桥式起重设备的变频控制探讨与改造实践讲解.doc

桥式起重设备的变频控制探讨与改造实践 Discussion and reform practice of frequency control equipment has the bridge 袁 忠 YUAN Zhong （成都航空职业技术学院 成都 610100） 摘 要： 桥式起重机的变频调速改造是近几年才开始应用的新技术，是一个新的探索和尝试。本文通过对桥式起重机驱动原理的分析，简要阐述和对比了桥式起重机传统电气控制方式与变频控制方式下的能耗情况，得出节能的空间和方向，并提供了改造案例，供业内共享和交流，以提高节能意识。 关键词：桥式起重机 能耗分析 PLC 变频器 变频调速 节能改造 1. 问题的提出 桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重设备，其传统控制方式采用“继电器-接触器”控制系统。这种电控系统存在启动电流大、对电网冲击严重、可靠性差、故障率高等缺点；而且因采用电动机转子绕组串电阻调速，机械特性软，调速效果差；同时转子绕组串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，对生产影响较大。随着电力电子技术的发展和变频技术的广泛应用，对桥式起重机的变频调速改造也势在必行。 2. 桥式起重机的运行机构及电气控制要求 2-1 运行机构的构成 运行机构由三个基本独立的拖动系统组成： （1）大车拖动系统 拖动整台起重机顺着车间作“横向”运动（已操作者的坐向为准）。 （2）小车拖动系统 拖动吊钩及重物顺着桥架作“纵向”运动。 （3）吊钩拖动系统 拖动重物作上、下起吊或放下的“垂直”运动（也称起升机构）。 2-2 负荷特征 上述三个独立拖动系统的负载转矩TL都与“阻力”FL和回转半径RL的乘积成正比： TL = FL·RL 在大车和小车拖动系统中，FL 是摩擦力，而在吊钩（起、升）拖动系统中，FL 是被吊物和吊钩的重力。由上式可知，负载转矩TL的大小与转速无关，因而具有“恒转矩”的特点。 2-3 电气控制要求 三个独立的拖动系统中，大、小车拖动系统的要求一般，这里主要谈吊钩拖动系统的要求： （1）在全调速范围内，电动机的有效转矩应该是恒转矩； （2）启动时，除上述负载转矩TL外，还必须克服静摩擦力。所以，拖动系统应有足够大的启动转矩； （3）重物下降时，除空钩和极轻负载外，在绝大多数情况下，都是靠自重而下降。为了避免重物因重力加速而不断加速出现失控，电动机必须产生足够的制动转矩，使重物在所需的转速下平稳下降； （4）重物在空中停车时，不能出现“溜钩”现象。 3. 桥式起重机传统拖动方式的能耗分析 3-1 传统拖动系统的主电路构成 传统拖动系统的主电路如图1所示，其驱动电机大多采用绕线转子异步电动机；调速是通过在电动机的转子回路中串入多段外接电阻R1～Rn ，由接触器KM1～KMn的状态来决定串入电阻的多少，从而调整电动机的转速；而制动则采用电磁制动器进行机械制动。 图1 传统拖动系统的主电路 3-2 传统拖动系统的功率损失分析 对于绕线转子异步电动机，分别考察其转子回路不串电阻时和串入电阻时的机械特性。 图2 转子回路未串入电阻的机械特性及功率分配 未串入电阻时，电动机的机械特性可理解为自然机械特性，如图2所示。曲线1称为电动机的自然机械特性曲线；直线5为负载的机械特性（恒转矩负载特性），两曲线的交点Q1（T1，n1）为拖动系统的工作点，转子转矩为T1，转速为n1，而同时电动机的同步转速为n 01。这时电动机转子的功率分配如下： （1）电动机的电磁功率： PM1 = T1·n 01 / 9550， 由于定子侧的功率损失所占比例很小，所以PM1近似代表电动机的输入功率； （2）电动机的输出功率： PL1 = T1·n1 / 9550 取决于转子转矩T1和转子的转速n1 （3）电动机的功率损失：△P1 = PM1 - PL1 = T1·△n 1 / 9550 = s·PM1 式中，s为电动机的转差率, s = △n 1 / n 01 以上分析说明电动机的功率损失与转差率的大小成正比。 图3 转子回路串入电阻的机械特性及功率分配 当转子回路串入电阻后，其机械特性如图3中曲线2所示（曲线1为自然机械特性）。这时，拖动系统的工作点移至Q2 点，转矩仍为T1，转速则下降为n 2。经分析有： （1）因同步转速n 01未变，电磁功率PM1也不变： PM1 = T1·n 01 / 9550； （2）电动机的输出功率： PL2 = T1·n2 / 9550 则下降； （3）电动机的功率损失：△P2 = PM1 – PL2