塔吊主卷揚改為變頻器控制技術分析

 

    能耗的大原因：由于使用能耗制動，向電網吸收的能量在低速時是很大的，一部分電能消耗在兩臺電機的本身能量損耗上，一部分能量消耗在啟動調速電阻上，一部分用于電機輸出動能。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釋放這部分的能量。這就加大了電機的負擔，使電機容易燒壞。

 

    對控制線路的要求：由于實現這種調速方式需要復雜的主電路的切換，所以要求有繁瑣的控制線路動作配合，每一個電路及觸點發生故障，都會產生嚴重的不良后果。如燒電機、打齒輪、切斷電機軸、使接觸器觸點嚴重燒壞等等故障。因此對接觸器有嚴格的要求，必須經常檢查，確保可靠運行，所以接觸器更換較為頻繁。同時電路出現不可預測的故障還是很多的。

 

    例1：其制動回路電源取自380V耦合變壓，全波整流，使剎車電源帶有380V的危險電壓，此處是一個安全隱患。并且其控制線路極為繁瑣，在三、四、五檔相互轉換時，LFA剎車繼電器有抖動現象，因此在剎車回路中又加入了CXL、LRA、RED1回路，利用續流回路消除LFA繼電器抖動時而引起的剎車瞬時和閘現象。這些繁瑣的控制線路對電路各方面的要求很嚴格，剎車續流回路和控制回路一旦出現故障就有可能發生剎車花鍵滾鍵、剎車片嚴重磨損、甚至發生打齒和電動機軸切斷的機械事故。嚴重威脅機械設備的安全正常的運行。

 

    例2：LPV、LPV1、LRAGV、LRAGV1、LGV、LGV1、LRAPV、LRAPV1這八臺接觸器是進行電動機供電以及能耗制動電源切換的，其控制線路極為繁瑣，這樣繁瑣的控制明顯地增多了發生故障的頻率。在落鉤二檔時LGV、LGV1吸合為高速電機提供電源，LRAPV、LRAPV1吸合使低速電機產生能耗制動，LRAPV、LRAPV1兩臺交流接觸器要分段接通很大的直流電，因此經常發生故障，主觸頭燒壞、控制線路供電出現異常、接觸器本身發生機械故障等，這樣低速電機就不能可靠的實現能耗制動，從而造成落鉤二檔時實際是五檔的速度。在實際工作中，使用落鉤二檔時正是重物到達地面進行慢就位的時候，地面作業人員就在重物附近，這是重大的不安全隱患；重物高速著地使大臂彈性恢復過快，塔身嚴重擺動，是設備的不安全隱患；主卷楊機構本身發生高速的啟動與制動，對電動機和齒輪以及剎車部分都有很嚴重的損傷。

 

    容易打齒的原因分析：23B、36B機械發生打齒現象，有一部分是因為電器控制部分相互切換而造成的，在電路工作正常的情況下，在變檔過程中，電機的速度變化是很快的，這種快速的切換，對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，對電機、對齒輪的影響也是最大的，因此我們現在運行的此類塔吊有很多都是把五檔拆下運行，以避免燒電機、打齒輪。這樣可以很大程度的降低燒電機、打齒輪的情況。在其它的檔位也存在能量與速度的突變現象。如在二檔、三檔切換時，主動電機要加速，制動的電機要減小制動力，這個過程在瞬間完成，就特別容易打齒。

 

    容易燒電機的分析：主要是因為電機長期工作在額定負載之下，雖然我們并沒有起吊大噸位的重物，但是在低速時，兩臺電機同時輸入很大的電流，主動電機為120A交流電，制動電機為100A直流電。這樣大的電流，在很短的時間內就會使電機發熱。這樣大的電流在電機的繞組內也會產生很大的電磁力。這兩個原因會加速電機絕緣的老化。這也是造成此類塔吊燒電機的根本原因。

 

    使用變頻器后解決以上問題的方式及優點：

 

    采用變頻調速從交流電機的調速原理來說是最合理的，也是最佳的解決方案。隨著電子技術的發展，尤其是變頻技術的成熟，為交流電機調速提供了良好的解決方案。

 

    （如新圖所示）實際工作的時候是單電動機在進行工作，沒有兩電動機之間的切換。高低速電動機的的切換需要司機掌握，同時配合起重量保護電路，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，可以使用高速電動機，檔吊重超過額定起重量的50%時應當使用低速電動機。新線路的設計剎車電源取自控制變壓器的二次測，采用橋式整流，LFA剎車繼電器的吸合信號取自變頻器，可實現與電動機的同步運行，運行更加可靠，做到剎車片磨損最小。

 

    使用變頻器調速，可以實現其制動的平穩性，不會出現變檔時的機械運行的突變，對齒輪的運行是有很大的好處的，可以大大降低打齒現象。

 

    單電機工作，有變頻器提供電源，變頻器可靠而完善的保護功能。由于沒有雙電機運行時的相互之間的能耗制動，電機在實際運行時的電流大大降低，尤其是在低速時，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，沒有電機相互制動的電流。從很大程度上降低電機發熱的現象。從而使電機的壽命大大延長。

 

    由于沒有低速時的能耗制動，可以節約能源，大約節約用電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，降低維修成本，提高我們的整體服務水平。

 

    變頻器較完善的參數監測技術，可以更加直觀的監測電機的運行狀態。變頻器完善的計時功能可以更加準確的了解電機的運行時間，以及塔吊的實際運行時間為電機、機械的維修保養提供更加準確的記時間參考。

 

    改用變頻器技術可行性分析：

 

    就現在的23B、36B塔吊改用變頻器的技術問題經過簡要計算，認為可以采用，首先此設備在設計時所選用電機在最大吊重時為電機的額定輸出轉矩。

 

    四極51.5KW電機額定輸出轉矩M=326N.m。

 

    23B在吊重10T時，折算到電機軸上的靜態轉矩為：M=321N.m

 

    36B在吊重12T時，折算導電機軸上的靜態轉矩為：M=330N.m

 

    此設備并沒有超負荷使用電機。而現在的變頻器在輸出0.5Hz以上時就能使電機輸出的轉矩達到電機額定轉矩的150%，因此我們擔心的低速啟動問題可以很好的解決。在重物下降時的勢能問題，在變頻器外部加裝制動單元、制動電阻，可以解決重物下降時的勢能問題。在低速時的電機發熱問題，由于此時電機原來就是工作在大電流的情況之下，發熱比較嚴重，改用變頻器后在相同的情況之下，電機的發熱現象會明顯降低，如果長時間工作在低速情況下，由于風扇的降溫性能降低，電機的溫升會稍高，我們可以在電機后部加裝風機，來改善電機的通風，從而解決長期低速時的電機溫升問題。

 

    改用變頻器后的經濟分析：可以降低維修費用，降低維修的頻率。原配電箱使用F115進口接觸器，每臺價格2000多元，共使用10臺，按每臺壽命一年計算，更換接觸器的費用為20000元，每年燒一臺電機維修費用7000元，打齒一套5000元。合計的費用為32000元，這不包括維修的人工費用，誤工費用，用車臺班費用等等。在塔吊使用頻率較高的情況下，維修的費用還會更高。

 

    2002年維修費統計:

 

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

 

    103—018H36B（崇文門余權利），2003年共計維修費用110633.29元；

 

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

 

    7臺這樣的塔吊今年前五個月的維修費用12萬。其中用于主卷揚的大件費用為5萬元，此費用不包括電機燒壞的維修費用，以及沈陽產塔吊使用的cj20—100A型交流接觸器的費用。

 

    就目前了解的情況及變頻器的價格，改裝變頻器的實際單臺投資大約在5萬元左右，這是根據所選變頻的品牌與型號而決定的。

 

    變頻器在TQZ250塔式起重機回轉、變幅機構中的實際應用：今年年初我單位對TQZ250塔式起重機回轉機構進行了變頻器技術改進。由于回轉機構的實際工作特點，對控制的要求是很嚴格的，首先是需要恰到好處的起動力矩，啟動力矩過大，啟動太快，塔身會出現嚴重的扭動現象，會加速鋼結構的疲勞；啟動慢不能滿足施工的需要。在制動過程中更是對控制電路的嚴格考驗，因為在TQZ250回轉上部有大約重60多噸，要在15秒左右使其平穩的停下來，需要在不同的時刻采用不同的減速方式。我們選用了日立公司生產的SJ300-220HFE型變頻器。經過與廠方服務人員一起多次細致的調整，使TQZ250回轉與變幅機構都達到預期的效果。后又經過我們多次的精心細致調整，充分發揮了變頻器完善的性能，如在低電壓保護、過載保護、加減速的時間控制等對機械和電動機都有很好保護作用。

 

    經過半年來對變頻器的實際使用，我們認為變頻器能很好用在70RC主卷楊機構中的應用，消除原設計中存在的不足，消除維修頻率高、維修費用高的、降低存在不安全的隱患，使這些設備能更好地我我服務。(end)