橋式抓鬥吊車變頻調速方案
橋式起重機械工況分析
橋式起重吊車（又稱行車）是工況企業中十分常用的一種起重機械，主要結構分為：橋架、大車行走機構、小車行走機構及起升機構。其中，大車及小車機構帶動吊車前後左右行走，起升機構拖動重物負載上下運動。
吊車的大車、小車及起升機構在運動過程中，其阻轉矩基本不變，可看作為恒轉矩負載。重物上升時，電動機克服重力做功，屬於阻力負載；重物下降時，當重力大於傳動機構的摩擦阻力時，重物的位能成為下降的動力，電動機處於再生製動狀態，此時重物屬於動力負載。
原型拖動方案
繞線式電機主電路如左圖所示：通過滑環和電刷在轉子回路內串入若幹段電阻，由接觸器來控製接入電阻的多少，從而控製轉速。該方案存在下述問題：
1．設備故障率高
因工礦企業工作環境差，風塵、腐蝕性氣體等極易對電機滑環、碳刷及接觸器造成不良影響，加之電機啟動頻繁，電流及機械衝擊大，因此月平均故障率可高達數次；
2．控製線路複雜
電機調速級數越多，需要接入的接觸器就越多，這使得控製線路十分複雜，故障查除困難；
3．熱功率損耗大
轉子回路串入電阻後，電機損耗功率以熱能形式釋放，能量不能回收，電阻需定時更換。
4. 能耗分析
線繞式異步電動機的轉子回路串入電阻後，其機械特性如下圖所示。
因轉差變大，機械特性變“軟”，在負載轉矩TL不變的情況下，拖動係統的工作點由A點移到B點，轉速由n1降為n2。其定子電磁輸入功率分配情況如下：
1. 電磁輸入功率為：
Pin = TL·n0
2. 電機輸出功率為（曲線②）：
Pout = TL·n2
3. 電機損失功率為（曲線②）：
△P = TL·( n0- n2 )
如上圖所示，①、②號曲線分別為線繞式電機轉子回路串入電阻前、後的機械特性曲線。圖中陰影部分表明電機在串入調速電阻後，其功率損失增大許多，且機械特性偏“軟”，電機驅動能力明顯下降。
提升機變頻調速方案
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深圳市英威騰電氣有限公司作為國內主要變頻器專業製造商，始終致力於變頻器的市場推廣與行業應用。2004年推出的CHV係列高性能矢量變頻器，已廣泛應用於注塑機械、提升機械、拉絲機械、紡織機械、數控機床等要求較高的場合。下文將以CHV矢量變頻器為核心，詳細闡述提升機械變頻調速方案。
● 工藝要求及變頻控製要點
1．調速範圍
大型吊車多采用有級調速，速度檔位選擇常采用凸輪控製器，調速比一般小於10；CHV高性能矢量變頻器具有16段速設定功能，在閉環矢量控製模式下，其調速範圍高達1：1000，可輕鬆滿足需求；
2．製動定位
大車、小車及起升機構都要求有定位功能，較重負載製動定位時，拖動電機常處於再生製動狀態；變頻調速時，需加裝製動電阻，采用電製動與機械製動相結合的製動方式，以確保準確停車；
3．吊鉤啟動
吊鉤從地麵拖動重物啟動時，為避免機械衝擊，啟動檔的速度不能過快；CHV變頻器具有豐富的加減速預設曲線，吊鉤啟動可選擇“S”型加速曲線，保證加速過程平穩順暢；
4．溜鉤處理
吊鉤拖動重物起停時，電動機與抱閘裝置配合不當，容易造成重物滑落，即所謂“溜鉤”問題； CHV變頻器在閉環矢量控製模式下，0Hz運行時最大可輸出180%的額定轉矩，能很好解決吊車溜鉤問題。
● 節能分析
圖中曲線①為電機調速前的機械特性，曲線③為(wei)電(dian)機(ji)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)後(hou)的(de)機(ji)械(xie)特(te)性(xing)。對(dui)比(bi)可(ke)知(zhi)，變(bian)頻(pin)器(qi)調(tiao)速(su)的(de)一(yi)個(ge)顯(xian)著(zhu)優(you)點(dian)就(jiu)是(shi)在(zai)調(tiao)速(su)的(de)同(tong)時(shi)能(neng)夠(gou)調(tiao)整(zheng)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)，使(shi)電(dian)機(ji)的(de)機(ji)械(xie)硬(ying)性(xing)基(ji)本(ben)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)。相(xiang)比(bi)繞(rao)線(xian)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)差(cha)調(tiao)速(su)，在(zai)負(fu)載(zai)轉(zhuan)矩(ju)TL不變的情況下，變頻調速具有較好的節能效果。其電磁輸入功率分配情況如下：
1．電磁輸入功率為：
Pin’ = TL·n
2．電機輸出功率為（曲線③）：
Pout = TL·n2
3．電機損失功率為（曲線③）：
△P = TL·( n
● 變頻器電控方案
深圳市英威騰電氣有限公司成功改造的橋式抓鬥吊車電機參數及需選配變頻器清單如下：
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機組 |
機型 |
數量 |
選配變頻器 |
數量 |
備注 |
|
大車電機 |
7.5KW |
2 |
CHV100-7R5-4 |
2 |
配製動電阻、防塵外殼 |
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小車電機 |
3.5KW |
1 |
CHV |
1 |
配製動電阻；配防塵外殼 |
|
提升電機 |
37KW |
1 |
CHV100-037-4 |
1 |
有PG矢量控製，配置PG卡、製動單元、製動電阻、防塵外殼 |
|
抓鬥電機 |
37KW |
1 |
CHV100-037-4 |
1 |
配置製動單元、製動電阻、防塵外殼 |
電控方案說明：
1、提升電機的變頻器需選配PG卡，采用有PG矢量控製；其餘變頻器均采用無PG矢量控製；
2、原繞線式電機可不必更換，但需把 電機轉子上的電刷舉起，且轉子的出線頭要短接，如左圖所示：
3、所有變頻器均需選配製動電阻或製動單元（15KW以上變頻器製動單元外置）；
4、因應用現場吊車是在粉塵較大的水泥生產車間使用，因此所有變頻器均需選配專用防粉防塵外殼；
以提升電機為例，其主電路示意圖如下：
用變頻器運行信號控製電磁抱閘；變頻器在有PG矢量控製模式下，0Hz運行時可輸出180%額定轉矩，轉矩響應時間在20ms以內，完全可滿足吊車的應用要求，有效避免溜鉤問題及起停抖動問題；
當然，對於一些高檔提升機械，還會應用到PLC來進行對提升機構、行走機構、橫動機構進行集中控製，實現多種功能，控製簡易示圖如下：
變頻器的外圍接線配置圖如下：
總結
深圳市英威騰電氣有限公司自主研發生產的CHVxiliegaoxingnengshiliangxingbianpinqichenggongyingyongyuqiaoshidiaochelingyu，youxiaomanzudiaochedekongzhigongyiyaoqiu，bingdedaokehudeyizhirentong。yingweitenggongsitichudediaochebianpinkongzhifangan，tuidonglediaochedianqikongzhijishudefazhan，wanquanmanzudiaochederuanqidong、軟停車、無衝擊、平滑調速功能，有效降低係統的能耗及機械的維護成本，延長機械的使用壽命。