塔吊主卷揚(yáng)改為變頻器控制技術(shù)分析

 

    能耗的大原因：由于使用能耗制動(dòng)，向電網(wǎng)吸收的能量在低速時(shí)是很大的，一部分電能消耗在兩臺(tái)電機(jī)的本身能量損耗上，一部分能量消耗在啟動(dòng)調(diào)速電阻上，一部分用于電機(jī)輸出動(dòng)能。前兩部分的能量都是做的無用功（約占70％）。但是都需要通過電機(jī)釋放這部分的能量。這就加大了電機(jī)的負(fù)擔(dān)，使電機(jī)容易燒壞。

 

    對(duì)控制線路的要求：由于實(shí)現(xiàn)這種調(diào)速方式需要復(fù)雜的主電路的切換，所以要求有繁瑣的控制線路動(dòng)作配合，每一個(gè)電路及觸點(diǎn)發(fā)生故障，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不良后果。如燒電機(jī)、打齒輪、切斷電機(jī)軸、使接觸器觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)龎牡鹊裙收?。因此?duì)接觸器有嚴(yán)格的要求，必須經(jīng)常檢查，確保可靠運(yùn)行，所以接觸器更換較為頻繁。同時(shí)電路出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的故障還是很多的。

 

    例1：其制動(dòng)回路電源取自380V耦合變壓，全波整流，使剎車電源帶有380V的危險(xiǎn)電壓，此處是一個(gè)安全隱患。并且其控制線路極為繁瑣，在三、四、五檔相互轉(zhuǎn)換時(shí)，LFA剎車?yán)^電器有抖動(dòng)現(xiàn)象，因此在剎車回路中又加入了CXL、LRA、RED1回路，利用續(xù)流回路消除LFA繼電器抖動(dòng)時(shí)而引起的剎車瞬時(shí)和閘現(xiàn)象。這些繁瑣的控制線路對(duì)電路各方面的要求很嚴(yán)格，剎車?yán)m(xù)流回路和控制回路一旦出現(xiàn)故障就有可能發(fā)生剎車花鍵滾鍵、剎車片嚴(yán)重磨損、甚至發(fā)生打齒和電動(dòng)機(jī)軸切斷的機(jī)械事故。嚴(yán)重威脅機(jī)械設(shè)備的安全正常的運(yùn)行。

 

    例2：LPV、LPV1、LRAGV、LRAGV1、LGV、LGV1、LRAPV、LRAPV1這八臺(tái)接觸器是進(jìn)行電動(dòng)機(jī)供電以及能耗制動(dòng)電源切換的，其控制線路極為繁瑣，這樣繁瑣的控制明顯地增多了發(fā)生故障的頻率。在落鉤二檔時(shí)LGV、LGV1吸合為高速電機(jī)提供電源，LRAPV、LRAPV1吸合使低速電機(jī)產(chǎn)生能耗制動(dòng)，LRAPV、LRAPV1兩臺(tái)交流接觸器要分段接通很大的直流電，因此經(jīng)常發(fā)生故障，主觸頭燒壞、控制線路供電出現(xiàn)異常、接觸器本身發(fā)生機(jī)械故障等，這樣低速電機(jī)就不能可靠的實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，從而造成落鉤二檔時(shí)實(shí)際是五檔的速度。在實(shí)際工作中，使用落鉤二檔時(shí)正是重物到達(dá)地面進(jìn)行慢就位的時(shí)候，地面作業(yè)人員就在重物附近，這是重大的不安全隱患；重物高速著地使大臂彈性恢復(fù)過快，塔身嚴(yán)重?cái)[動(dòng)，是設(shè)備的不安全隱患；主卷?xiàng)顧C(jī)構(gòu)本身發(fā)生高速的啟動(dòng)與制動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)和齒輪以及剎車部分都有很嚴(yán)重的損傷。

 

    容易打齒的原因分析：23B、36B機(jī)械發(fā)生打齒現(xiàn)象，有一部分是因?yàn)殡娖骺刂撇糠窒嗷デ袚Q而造成的，在電路工作正常的情況下，在變檔過程中，電機(jī)的速度變化是很快的，這種快速的切換，對(duì)齒輪的沖擊力是比較大的，尤其是在四檔、五檔相互切換過程中，速度變化最大，對(duì)電機(jī)、對(duì)齒輪的影響也是最大的，因此我們現(xiàn)在運(yùn)行的此類塔吊有很多都是把五檔拆下運(yùn)行，以避免燒電機(jī)、打齒輪。這樣可以很大程度的降低燒電機(jī)、打齒輪的情況。在其它的檔位也存在能量與速度的突變現(xiàn)象。如在二檔、三檔切換時(shí)，主動(dòng)電機(jī)要加速，制動(dòng)的電機(jī)要減小制動(dòng)力，這個(gè)過程在瞬間完成，就特別容易打齒。

 

    容易燒電機(jī)的分析：主要是因?yàn)殡姍C(jī)長(zhǎng)期工作在額定負(fù)載之下，雖然我們并沒有起吊大噸位的重物，但是在低速時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)輸入很大的電流，主動(dòng)電機(jī)為120A交流電，制動(dòng)電機(jī)為100A直流電。這樣大的電流，在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)使電機(jī)發(fā)熱。這樣大的電流在電機(jī)的繞組內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生很大的電磁力。這兩個(gè)原因會(huì)加速電機(jī)絕緣的老化。這也是造成此類塔吊燒電機(jī)的根本原因。

 

    使用變頻器后解決以上問題的方式及優(yōu)點(diǎn)：

 

    采用變頻調(diào)速從交流電機(jī)的調(diào)速原理來說是最合理的，也是最佳的解決方案。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是變頻技術(shù)的成熟，為交流電機(jī)調(diào)速提供了良好的解決方案。

 

    （如新圖所示）實(shí)際工作的時(shí)候是單電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工作，沒有兩電動(dòng)機(jī)之間的切換。高低速電動(dòng)機(jī)的的切換需要司機(jī)掌握，同時(shí)配合起重量保護(hù)電路，為了滿足吊重與速度的需要，在吊載低于其額定起重量的50%時(shí)，可以使用高速電動(dòng)機(jī)，檔吊重超過額定起重量的50%時(shí)應(yīng)當(dāng)使用低速電動(dòng)機(jī)。新線路的設(shè)計(jì)剎車電源取自控制變壓器的二次測(cè)，采用橋式整流，LFA剎車?yán)^電器的吸合信號(hào)取自變頻器，可實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行，運(yùn)行更加可靠，做到剎車片磨損最小。

 

    使用變頻器調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)其制動(dòng)的平穩(wěn)性，不會(huì)出現(xiàn)變檔時(shí)的機(jī)械運(yùn)行的突變，對(duì)齒輪的運(yùn)行是有很大的好處的，可以大大降低打齒現(xiàn)象。

 

    單電機(jī)工作，有變頻器提供電源，變頻器可靠而完善的保護(hù)功能。由于沒有雙電機(jī)運(yùn)行時(shí)的相互之間的能耗制動(dòng)，電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電流大大降低，尤其是在低速時(shí)，電流大約只有原電路的30%左右，電流的大小取決于起吊重物的多少，沒有電機(jī)相互制動(dòng)的電流。從很大程度上降低電機(jī)發(fā)熱的現(xiàn)象。從而使電機(jī)的壽命大大延長(zhǎng)。

 

    由于沒有低速時(shí)的能耗制動(dòng)，可以節(jié)約能源，大約節(jié)約用電40%。

 

    更換變頻器后，不需要大容量的接觸器，可以很大限度的降低塔吊的維修次數(shù)，降低維修成本，提高我們的整體服務(wù)水平。

 

    變頻器較完善的參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以更加直觀的監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。變頻器完善的計(jì)時(shí)功能可以更加準(zhǔn)確的了解電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，以及塔吊的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為電機(jī)、機(jī)械的維修保養(yǎng)提供更加準(zhǔn)確的記時(shí)間參考。

 

    改用變頻器技術(shù)可行性分析：

 

    就現(xiàn)在的23B、36B塔吊改用變頻器的技術(shù)問題經(jīng)過簡(jiǎn)要計(jì)算，認(rèn)為可以采用，首先此設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)所選用電機(jī)在最大吊重時(shí)為電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩。

 

    四極51.5KW電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩M=326N.m。

 

    23B在吊重10T時(shí)，折算到電機(jī)軸上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為：M=321N.m

 

    36B在吊重12T時(shí)，折算導(dǎo)電機(jī)軸上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為：M=330N.m

 

    此設(shè)備并沒有超負(fù)荷使用電機(jī)。而現(xiàn)在的變頻器在輸出0.5Hz以上時(shí)就能使電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的150%，因此我們擔(dān)心的低速啟動(dòng)問題可以很好的解決。在重物下降時(shí)的勢(shì)能問題，在變頻器外部加裝制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻，可以解決重物下降時(shí)的勢(shì)能問題。在低速時(shí)的電機(jī)發(fā)熱問題，由于此時(shí)電機(jī)原來就是工作在大電流的情況之下，發(fā)熱比較嚴(yán)重，改用變頻器后在相同的情況之下，電機(jī)的發(fā)熱現(xiàn)象會(huì)明顯降低，如果長(zhǎng)時(shí)間工作在低速情況下，由于風(fēng)扇的降溫性能降低，電機(jī)的溫升會(huì)稍高，我們可以在電機(jī)后部加裝風(fēng)機(jī)，來改善電機(jī)的通風(fēng)，從而解決長(zhǎng)期低速時(shí)的電機(jī)溫升問題。

 

    改用變頻器后的經(jīng)濟(jì)分析：可以降低維修費(fèi)用，降低維修的頻率。原配電箱使用F115進(jìn)口接觸器，每臺(tái)價(jià)格2000多元，共使用10臺(tái)，按每臺(tái)壽命一年計(jì)算，更換接觸器的費(fèi)用為20000元，每年燒一臺(tái)電機(jī)維修費(fèi)用7000元，打齒一套5000元。合計(jì)的費(fèi)用為32000元，這不包括維修的人工費(fèi)用，誤工費(fèi)用，用車臺(tái)班費(fèi)用等等。在塔吊使用頻率較高的情況下，維修的費(fèi)用還會(huì)更高。

 

    2002年維修費(fèi)統(tǒng)計(jì):

 

    103—016H36B（崇文門郭繼文），2003年共計(jì)維修費(fèi)用157616.6元；

 

    103—018H36B（崇文門余權(quán)利），2003年共計(jì)維修費(fèi)用110633.29元；

 

    103—007H36B（馬連道吳繼勝），2003年共計(jì)維修費(fèi)用55021元。

 

    7臺(tái)這樣的塔吊今年前五個(gè)月的維修費(fèi)用12萬。其中用于主卷揚(yáng)的大件費(fèi)用為5萬元，此費(fèi)用不包括電機(jī)燒壞的維修費(fèi)用，以及沈陽產(chǎn)塔吊使用的cj20—100A型交流接觸器的費(fèi)用。

 

    就目前了解的情況及變頻器的價(jià)格，改裝變頻器的實(shí)際單臺(tái)投資大約在5萬元左右，這是根據(jù)所選變頻的品牌與型號(hào)而決定的。

 

    變頻器在TQZ250塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)、變幅機(jī)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用：今年年初我單位對(duì)TQZ250塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了變頻器技術(shù)改進(jìn)。由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作特點(diǎn)，對(duì)控制的要求是很嚴(yán)格的，首先是需要恰到好處的起動(dòng)力矩，啟動(dòng)力矩過大，啟動(dòng)太快，塔身會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的扭動(dòng)現(xiàn)象，會(huì)加速鋼結(jié)構(gòu)的疲勞；啟動(dòng)慢不能滿足施工的需要。在制動(dòng)過程中更是對(duì)控制電路的嚴(yán)格考驗(yàn)，因?yàn)樵赥QZ250回轉(zhuǎn)上部有大約重60多噸，要在15秒左右使其平穩(wěn)的停下來，需要在不同的時(shí)刻采用不同的減速方式。我們選用了日立公司生產(chǎn)的SJ300-220HFE型變頻器。經(jīng)過與廠方服務(wù)人員一起多次細(xì)致的調(diào)整，使TQZ250回轉(zhuǎn)與變幅機(jī)構(gòu)都達(dá)到預(yù)期的效果。后又經(jīng)過我們多次的精心細(xì)致調(diào)整，充分發(fā)揮了變頻器完善的性能，如在低電壓保護(hù)、過載保護(hù)、加減速的時(shí)間控制等對(duì)機(jī)械和電動(dòng)機(jī)都有很好保護(hù)作用。

 

    經(jīng)過半年來對(duì)變頻器的實(shí)際使用，我們認(rèn)為變頻器能很好用在70RC主卷?xiàng)顧C(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，消除原設(shè)計(jì)中存在的不足，消除維修頻率高、維修費(fèi)用高的、降低存在不安全的隱患，使這些設(shè)備能更好地我我服務(wù)。(end)