桥式起重机矢量变频调速电源

       传统桥式起重机是通过鼓形凸轮控制器调节串接在绕线式电机转子中的电阻,改变电机固有特性曲线,进而达到调速目的,以满足起吊速度和保证安装定位的要求。它存在着速度变化大、中间速不稳定,使得起重机运行效率低、功耗大、性能不稳定,另外电机滑环、碳刷磨损大,维修费用高。随着电力电子技术的发展,具备微电脑技术、PWM技术及矢量变换技术和能量回馈技术的起重机专用变频器的出现,使新一代桥式起重机变频器调速系统方案完全成熟。

1调速系统方案

        桥式起重机有主钩、辅钩、大车、小车电机,都需要调速,因而各有独立的调速系统。其中主钩、辅钩是重力性负载,要求恒力矩,位能变化大,须四象限运行,性能要求高,调速系统最为复杂。桥式起重机起动转矩大,低速时大力矩输出,负载变化剧烈。而一般V/F控制、转差频率控制的变频器无法满足其要求。因为磁通矢量控制方式是将定子电流分解成产生磁场的电流分量和与磁场相垂直产生转矩的电流分量,分别进行任意控制,二者合成的定子电流供给电动机,因而采用磁通矢量控制方式的变频器,调速范围宽、过流抑制能力强、转矩控制性能好,尤其可以控制静止转矩,满足起重机的要求。

       当桥式起重机的主钩电动机快速制动或带一位能负载时,电动机工作于发电状态,电动机转子轴上的动能或负载上的势能将转变为电能,使系统能耗大、变频器直流端口产生很高的泵升电压,制动力矩偏小,因此要求系统主电路具备能量回馈再生制动功能,将电动机转子轴上的动能和负载上的势能转变为电能回馈到电网。才能提高节能效果,获得较大的制动力矩。并能满足主钩电机四象限运行的要求。

        日本FR－A241E系列吊车、起重机专用变频器,具备磁通矢量控制模式,采用正弦波PWM控制,特别装备有专为控制吊车和完成自动调整功能的智能软件,内置能量回馈再生制动单元和交流输入电抗器,完全满足桥式起重机的工况要求。能量再生如图1所示。




2工作原理

主钩主电路及控制电路如图2所示。




       图2中,R1、S1接入电网,是为了变频器出现故障时保持住故障状态,便于控制和分析原因。STF－SD（或STR－SD）闭合便能保持正转（或反转）状态,直到STOP－SD端子断开才停止。RH、RM、RL的不同动作组合,可使变频器多段速运行。主钩电机的负载是恒转矩负载,低速时要有大转矩输出。通过对矢量变频器的T/f曲线的分析,可以理解对主钩电机的控制应采用顺序起、制动控制。所有的时序和端子均由PLC控制,简单可靠。

矢量变频器T/f曲线如图3所示。




       当变频器得到正转命令后变频器输出频率上升至3Hz时（此刻变频器已能通过电机输出足够大的起升力矩）,端子FU输出低电平,CR1吸合,控制MC2吸合,电磁铁B1松开,此信号回馈到变频器。电机开始运转并上升至设定转速。当减速停机时,如果过早制动,就会磨损抱闸机构,缩短机械寿命;若在电动机停转时才进行制动,电磁制动滞后动作引起输出力矩不足使重物跌落。因此在电机减速制动时,将能量回馈再生单元投入运行,采用低速制动的方法,当变频器频率下降至6Hz时,接触器MC2断开、电磁制动机构动作、电磁铁B1抱闸、主构电机停止,从而克服了上述缺点。并且当变频器故障或提升限位开关动作时,接触器MC2断开,电磁铁B1抱闸,主钩电机停止保持住重物。使系统具有更高的安全可靠性。

3矢量变频器调速系统的优点

变频器调速系统电动机机械特性如图4所示。




       从图4可以看出,矢量变频器大大改善了电动机的机械特性,基本上为一族平行的直线,具有制动力矩大的机械特性,完全实现了宽范围的无级调速。

       采用专用变频器调速系统改造后的桥式起重机,重载低速起动可靠、运行稳定,加减速时间的设定使各挡起制动速度相当平稳,控制精度高。利用频率检测信号控制制动器开闭,彻底解决了溜钩问题。利用电源回馈技术把电机的再生能量回馈电网,既提高了系统的效率,也提高了系统的安全性。PLC的控制,减少了故障点,使系统的可靠性进一步提高。

4结语

桥式起重机变频调速系统对电机冲击小,调速性能优良,节能效果显著,减少了维修工作量,提高了工作效率。