合康變頻HID620系列起重專用變頻器在起重機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

　　一、 前言
　　門(mén)式起重機(jī)俗稱龍門(mén)吊，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的重要機(jī)械設(shè)備。傳統(tǒng)的門(mén)式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)比較常見(jiàn)的是采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，需要定期維護(hù)，調(diào)速系統(tǒng)故障率較高，極大地影響了起重機(jī)械的工作效率，現(xiàn)已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。基于行業(yè)的這種情況，合康變頻專注于電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，自主研發(fā)的HID620系列起重專用變頻器憑借準(zhǔn)確穩(wěn)定的調(diào)速控制、低頻高力矩輸出、快速制動(dòng)等功能，全方位適應(yīng)起重行業(yè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、負(fù)載變化頻繁、故障率高的工況特點(diǎn)，為企業(yè)取得了良好的生產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益。
　　二、門(mén)式起重機(jī)調(diào)速的幾種方式
　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系式：n=(1-s)60f/p，式中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為供電電源頻率，Hz；p為磁極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率，可得一般三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式如下：
　?。?）改變p進(jìn)行調(diào)速，即變極調(diào)速。該方法調(diào)速范圍小，性能差，無(wú)法高速運(yùn)行，啟動(dòng)電流大，功率因素低。（2）改變s進(jìn)行調(diào)速，即變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。常用的方法是改變定子電壓調(diào)速和滑差電磁調(diào)速電機(jī)調(diào)速。該方法轉(zhuǎn)子損耗較大，效率低。（3）改變f進(jìn)行調(diào)速，即變頻調(diào)速。由于沒(méi)有改變s，轉(zhuǎn)子中不產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)差功率損耗，所以效率高，是一種較為理想的調(diào)速方法，但需要較復(fù)雜的控制電路組成。
變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)克服了以上不足，它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。
　　三、HID620系列起重專用變頻器在門(mén)式起重機(jī)的應(yīng)用

圖一：HID620系列起重專用變頻器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)近景

　　（一）項(xiàng)目基本介紹
　　項(xiàng)目名稱：湖南中鐵五新重工有限公司45t通用門(mén)式起重機(jī)
　　項(xiàng)目地點(diǎn)：湖南長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線
　　門(mén)機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)： 
　　A、主起升機(jī)構(gòu)：110KW變頻電機(jī)    1臺(tái)
　　C、 大車行走機(jī)構(gòu)：11KW變頻電機(jī)   4臺(tái)
　　C、小車行走機(jī)構(gòu)：3.7KW變頻電機(jī)  4臺(tái)
　?。ǘ?nbsp;選擇HID620系列起重專用變頻器的必要性
　　湖南中鐵五新重工長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線45t門(mén)式起重機(jī)頻繁起、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和變速運(yùn)行，經(jīng)常過(guò)載，機(jī)械振動(dòng)較大，沖擊較強(qiáng)，調(diào)速不精準(zhǔn)容易導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、機(jī)械磨損嚴(yán)重等問(wèn)題，從而引發(fā)安全隱患。因此，選擇一款高性能的變頻調(diào)速設(shè)備無(wú)疑對(duì)門(mén)式起重機(jī)的高質(zhì)量、高效率的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。HID620系列起重專用變頻器集高性能開(kāi)環(huán)/閉環(huán)控制、抱閘時(shí)序控制與監(jiān)控、可調(diào)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差補(bǔ)償以及負(fù)載與速度自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能為一體，輕松解決起重機(jī)調(diào)速過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。
　　（三）變頻器的選型
　　A、變頻器類型的選擇
　　45t門(mén)式起重機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速常需考慮起重機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、主鉤上行或下滑時(shí)易溜鉤、負(fù)載沖擊頻繁等情況。本項(xiàng)目選用的HID620系列起重專用變頻器，采用最新高性能電機(jī)控制專用DSP，磁場(chǎng)定向電流閉環(huán)矢量控制，定子電流完全解耦，具有低頻高力矩輸出的特點(diǎn)，高速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、持久的完成起重控制任務(wù)，同時(shí)配合獨(dú)特、可靠的抱閘時(shí)序控制，可完全避免溜溝的現(xiàn)象。
　　B、變頻器功率的選擇
　　變頻器功率的選擇主要是以電機(jī)的額定功率為主要依據(jù)。主起升機(jī)構(gòu)在選擇變頻器功率時(shí)還需考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及安全勞動(dòng)部門(mén)對(duì)起重機(jī)1.25倍額定靜載荷檢測(cè)要求等因素，因此在選擇功率時(shí)，我們一般按照電機(jī)額定電流1.5倍的方式選擇變頻器功率。大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬于大慣量負(fù)載，其加減時(shí)間一般不超過(guò)20 s，變頻器的短時(shí)過(guò)載能力為150％，不同的加速時(shí)間對(duì)變頻器容量的計(jì)算不同，當(dāng)加速時(shí)間>2 min時(shí)，變頻器功率選擇應(yīng)放大些，以此來(lái)選擇大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的變頻器容量，我們一般按各行走機(jī)構(gòu)電機(jī)額定功率總和來(lái)選擇相應(yīng)的變頻功率即可。
　　C、制動(dòng)單元及電阻的選擇
　　當(dāng)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，對(duì)于連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案：1、在中間直流回路設(shè)置制動(dòng)單元加電阻器，讓連續(xù)再生能量通過(guò)電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉；2、采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)。制動(dòng)單元加電阻器的處理方式成本較低，維護(hù)更方便，能量卻被電阻器消耗。整流回饋裝置成本較高，對(duì)電網(wǎng)要求較高，當(dāng)起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，具有良好的節(jié)能效果。
　　合康變頻根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮到本類起重機(jī)的總工作時(shí)間并不長(zhǎng)，能夠方便維護(hù)，綜合兩者的性價(jià)比后，本項(xiàng)目采用第一種處理方案，具體制動(dòng)單元及電阻器的選型請(qǐng)參考合康變頻《HIB100制動(dòng)單元選型說(shuō)明》。
　　根據(jù)以上變頻器選型原則，45t門(mén)式起重機(jī)變頻器選型清單如下：

表一：45T門(mén)式起重機(jī)變頻器選型清單

　　（四）系統(tǒng)原理

 圖二：系統(tǒng)原理圖

　　電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制起升、大車、小車變頻器的運(yùn)行。起升機(jī)構(gòu)由單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，使用SVC（開(kāi)環(huán)矢量）控制模式，其中抱閘控制由變頻器發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC接到信號(hào)后控制報(bào)閘閉合與分?jǐn)?。大（小車）機(jī)構(gòu)均由單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，采用VF控制模式，其報(bào)閘控制與起升機(jī)構(gòu)相同。
　　（五）調(diào)試過(guò)程
　　A、起升機(jī)構(gòu)：
　　將變頻器的速度控制模式設(shè)為“無(wú)PG矢量控制”，對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)后對(duì)端子功能進(jìn)行設(shè)置，將變頻器的起停方式設(shè)為“先直流制動(dòng)再起動(dòng)”，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置報(bào)閘控制組參數(shù)，使抱閘開(kāi)啟和閉合控制時(shí)序滿足現(xiàn)場(chǎng)工況要求，通過(guò)抱閘實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋和起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，確?？刂频陌踩院涂煽啃?。
　　B、行走機(jī)構(gòu)：
　　由于大小車機(jī)構(gòu)均為“一拖多”的模式，所以速度控制模式需設(shè)為“V/F控制”，電機(jī)參數(shù)均采用變頻器默認(rèn)參數(shù)即可，設(shè)置對(duì)應(yīng)的端子控制功能，起停方式設(shè)為“直接起動(dòng)”，報(bào)閘參數(shù)組可使用默認(rèn)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)降低報(bào)閘控制延時(shí)時(shí)間，保證行走機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度。
表二：HID620起重專用變頻器主要參數(shù)表
 
　　四、45t門(mén)式起重機(jī)應(yīng)用HID620變頻調(diào)速后的效果
　　A、 起重機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確，減少了負(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高。
　　B、 完善的保護(hù)功能，保證電機(jī)安全運(yùn)行，極大降低故障率，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。
　　C、 準(zhǔn)確的抱閘開(kāi)啟和閉合控制時(shí)序，安全可靠，性能穩(wěn)定，避免了溜鉤現(xiàn)象。
　　D、 系統(tǒng)運(yùn)行的開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)化，電磁制動(dòng)器在低速時(shí)動(dòng)作，其閘皮的磨損很小，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。
　　E、 PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)變頻與變頻或變頻與PLC之間的通訊連接，減少控制布線，降低故障率，提高設(shè)備使用效率。
　　F、 由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流限制得較小，頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)電動(dòng)機(jī)熱耗減少，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，抑制諧波電流，可實(shí)現(xiàn)10%左右的節(jié)能效果。

　　五、總結(jié)
　　從HID620起重專用變頻器在湖南中鐵五新重工45T通用門(mén)式起重機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，該變頻器能調(diào)速平穩(wěn)、，控制精確，有效保證了起重機(jī)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，系統(tǒng)生產(chǎn)效率得到了極大提高，同時(shí)方便操作，易于維護(hù)，為客戶節(jié)約了運(yùn)行成本，提高了工作效率，值得廣泛推廣和使用。