摘 要：本文介紹了橋式起重機的工作原理和應用環境，詳細闡述了台達VFD-VE係列變頻器的天車功能模式。為VFD-VE在天車行業中的應用提供指導依據。
關 鍵 字：橋式起重機 VFD-VE 天車功能
Abstract: The paper introduces the working principle of bridge crane and application environment. And then expounds the platform of VFD - VE series inverter crane function as to provide guidance on VFD - VE application in industry.
Keywords: bridge crane VFD-VE crane function
1 引言
橋(qiao)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)是(shi)橋(qiao)架(jia)在(zai)高(gao)架(jia)軌(gui)道(dao)上(shang)運(yun)行(xing)的(de)起(qi)重(zhong)機(ji)，又(you)稱(cheng)天(tian)車(che)。橋(qiao)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)橋(qiao)架(jia)沿(yan)鋪(pu)設(she)在(zai)兩(liang)側(ce)高(gao)架(jia)上(shang)的(de)軌(gui)道(dao)縱(zong)向(xiang)運(yun)行(xing)，起(qi)重(zhong)小(xiao)車(che)沿(yan)鋪(pu)設(she)在(zai)橋(qiao)架(jia)上(shang)的(de)軌(gui)道(dao)橫(heng)向(xiang)運(yun)行(xing)，構(gou)成(cheng)矩(ju)形(xing)的(de)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)，就(jiu)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)橋(qiao)架(jia)下(xia)麵(mian)的(de)空(kong)間(jian)吊(diao)運(yun)物(wu)料(liao)，不(bu)受(shou)地(di)麵(mian)設(she)備(bei)的(de)阻(zu)礙(ai)。
橋式起重機廣泛地應用在室內外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易粱橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。本文主要利用台達VE係列和B係列變頻器通過分別驅動的方式使橋式起重機平穩運行。
橋式起重機
2.1 工藝結構
普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構組成。起重小車又由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。
提升機構包括電動機、製動器、減速器、卷(juan)筒(tong)和(he)滑(hua)輪(lun)組(zu)。電(dian)動(dong)機(ji)通(tong)過(guo)減(jian)速(su)器(qi)，帶(dai)動(dong)卷(juan)筒(tong)轉(zhuan)動(dong)，使(shi)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)繞(rao)上(shang)卷(juan)筒(tong)或(huo)從(cong)卷(juan)筒(tong)放(fang)下(xia)，以(yi)升(sheng)降(jiang)重(zhong)物(wu)。小(xiao)車(che)架(jia)是(shi)支(zhi)托(tuo)和(he)安(an)裝(zhuang)起(qi)升(sheng)機(ji)構(gou)和(he)小(xiao)車(che)運(yun)行(xing)機(ji)構(gou)等(deng)部(bu)件(jian)的(de)機(ji)架(jia)，通(tong)常(chang)為(wei)焊(han)接(jie)結(jie)構(gou)。
起重機運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一台電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅動、即兩邊的主動車輪各用一台電動機驅動。中、小型橋式起重機較多采用製動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅動方式，大起重量的普通橋式起重機為便於安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯軸器。
普通橋式起重機主要采用電力驅動，一般是在司機室內操縱，也有遠距離控製的。起重量可達五百噸，跨度可達60米。
驅動需求
橋式起重機作為搬運大且重的物品的通用裝備，對驅動機構有特殊要求：
（1）起重機應具有大的啟動轉矩，通常超過150%的額定轉矩，若考慮超載實驗等因素，至少應在起動加速過程中提供200%的額定轉矩。
（2）由you於yu機ji械xie製zhi動dong器qi的de存cun在zai，為wei使shi變bian頻pin器qi輸shu出chu轉zhuan矩ju與yu機ji械xie製zhi動dong器qi的de製zhi動dong轉zhuan矩ju平ping滑hua切qie換huan，不bu產chan生sheng溜liu鉤gou現xian象xiang，必bi須xu變bian頻pin器qi啟qi動dong信xin號hao與yu機ji械xie製zhi動dong器qi動dong作zuo信xin號hao的de控kong製zhi時shi序xu。
（3）dangqishengjigouxiangxiayunxinghuopingyijigoujijiansushi，diandongjijiangchuyuzaishengfadianzhuangtai，qinengliangyaoxiangdianyuancehuikui，bixugenjubutongdexianchangqingkuangyantaoruhechulizhebufenzaishengnengliang。
（4）起升機構在抓吊重物離開或接觸地麵瞬間負載變化劇烈，變頻器應能對這種衝擊性負載進行平滑控製。
變頻驅動控製
3.1 抱閘驅動控製
針對橋式起重機的特殊要求，台達VFD-VExiliebianpinqishejilekezhihuadezhuanyongqudonggongneng。tongguobianpinqideduogongnengduanzishishijianceshuchudianliuheshuchupinlvlianggebianliang，kongzhiqizhongjibaozhaxitongdongzuo，rutu1所示。在啟動時當輸出電流和輸出頻率同時大於設定值時，打開包閘；在(zai)天(tian)車(che)停(ting)止(zhi)時(shi)，如(ru)果(guo)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)任(ren)一(yi)小(xiao)於(yu)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，則(ze)包(bao)閘(zha)關(guan)閉(bi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)保(bao)證(zheng)了(le)變(bian)頻(pin)器(qi)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)轉(zhuan)矩(ju)的(de)同(tong)時(shi)保(bao)證(zheng)了(le)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)。
圖1 台達變頻器抱閘驅動控製
3.2 起升驅動控製
變頻器的容量必須大於負載所需求的輸出，即：
式中 ――過載係數1.33
――負載要求的電動機軸輸出功率，kW
――電動機效率
――電動機的功率因數
起升機構要求的起動轉矩為1.3―1.6倍的額定轉矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉矩需有1.6―2倍的額定轉矩，以確保其安全使用。對於拖動等額功率電動機的變頻器來說，可提供長達60秒、150%額定轉矩的過載能力，因此過載係數k=2/1.5=1.33。
在變頻器容量選定後，還應做電流驗證，即：
式中 ――電流波形修正係數（PWM調製方式時取1.05―1.1）
――變頻器額定輸出電流，A
――工頻電源時的電動機額定電流，A
一般的大噸位起重機有兩個獨立驅動的起升機構，每個起升機構由2台tai電dian動dong機ji同tong步bu驅qu動dong各ge自zi的de鋼gang絲si繩sheng卷juan筒tong轉zhuan動dong，再zai經jing過guo動dong滑hua輪lun組zu多duo級ji減jian速su提ti升sheng吊diao鉤gou。起qi升sheng機ji構gou的de變bian頻pin調tiao速su傳chuan動dong方fang案an采cai用yong一yi台tai變bian頻pin器qi帶dai一yi台tai電dian動dong機ji的de“一拖一”方案，為了提高低速傳動時的動態特性和高轉矩輸出能力，每台電動機采用帶脈衝編碼器的速度閉環控製。每個起升機構的2台變頻器之間采用中科變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控製功能的主從控製方案，這些控製方案可以實現2台電動機精確的轉矩平衡分配和2個起升機構的速度同步。
平移驅動控製
起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)平(ping)移(yi)機(ji)構(gou)分(fen)大(da)車(che)機(ji)構(gou)和(he)小(xiao)車(che)機(ji)構(gou)，兩(liang)種(zhong)機(ji)構(gou)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)多(duo)台(tai)電(dian)動(dong)機(ji)傳(chuan)動(dong)方(fang)案(an)。由(you)於(yu)起(qi)重(zhong)機(ji)平(ping)移(yi)機(ji)構(gou)的(de)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)較(jiao)大(da)，為(wei)了(le)加(jia)速(su)電(dian)動(dong)機(ji)需(xu)有(you)較(jiao)大(da)的(de)起(qi)動(dong)轉(zhuan)矩(ju)，因(yin)此(ci)起(qi)重(zhong)機(ji)平(ping)移(yi)機(ji)構(gou)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)軸(zhou)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv) 應由負載功率 和加速功率 組成，即：
由於平移機構采用一台變頻器拖動多台電動機的通用V/F開環頻率控製方式，因此在變頻器容量選擇時，還要滿足以下公式：
式中 ――電流波形修正係數（PWM調製方式時取1.05―1.1）
――變頻器額定輸出電流，A
――工頻電源時單台電動機的額定電流，A
――一台變頻器拖動的電動機數量
由於在變頻器“一拖多”通用V/F開kai環huan頻pin率lv控kong製zhi方fang式shi中zhong，變bian頻pin器qi提ti供gong的de電dian子zi熱re繼ji電dian器qi保bao護hu功gong能neng無wu法fa實shi現xian對dui單dan台tai電dian動dong機ji的de過guo載zai保bao護hu，為wei此ci在zai每mei台tai電dian動dong機ji回hui路lu中zhong串chuan入ru帶dai有you熱re過guo載zai保bao功gong能neng的de低di壓ya斷duan路lu器qi，以yi實shi現xian對dui單dan台tai電dian動dong機ji的de過guo載zai保bao護hu，電dian動dong機ji故gu障zhang信xin號hao取qu自zi低di壓ya斷duan路lu器qi的de輔fu助zhu觸chu點dian。
台達變頻器選型
台達VE係列變頻器結合本係統控製功能的要求，價低質優、抗燥耐用，易實現模擬量控製等特點，也適合炭素惡劣環境使用。其改造費用低。其天車改造配用的變頻器參數如下：
(1) 大車變頻器選用VFD150V43A-2 15kw 20hp 32a 380v 50hz 1台。
電控係統實現
4.1 電控係統原理設計
變頻調速控製係統主要是由台達VE係列變頻器，ES係列PLC，雙手柄聯動控製台組成，PLC采集手柄控製器信號，經過程序進行邏輯判斷，依據判斷結果調節變頻器的輸出，來控製驅動電機的方向、轉速和力矩，取代原來的傳統繞線型轉子串電阻調速驅動係統。變頻器抱閘驅動控製
所示。
圖2 電控係統原理
電控係統參數調試
在該係統中VFD-VE變頻器的參數主要如下：
（1）提升變頻器：
提升機變頻器參數：
F=20Hz 00-10=0（運行於VF模式）
01-12=2 （加速時間2s）
01-13=2 （減速時間2s）
02-13=42 (天車動作)
02-31=3Hz，02-32=20% (輸出頻率>3Hz，輸出電流>20%時，天車動作打開包閘)
02-33=4Hz, 02-34=30% (輸出頻率<4Hz，輸出電流<30%時，天車動作關閉包閘)。
（2）小車機變頻器參數：
F=10Hz 00-10=0（運行於VF模式）
01-12=5 （加速時間5s）
01-13=5 （減速時間5s）
02-13=42 (天車動作)
02-31=3Hz，02-32=20% (輸出頻率>3Hz，輸出電流>20%時，天車動作打開包閘)
02-33=4Hz, 02-34=30% (輸出頻率<4Hz，輸出電流<30%時，天車動作關閉包閘)
（3）大車機變頻器參數：
F=10Hz 00-10=0（運行於VF模式）
01-12=5 （加速時間5s）
01-13=5 （減速時間5s）
02-13=42 (天車動作)
02-31=3Hz，02-32=20% (輸出頻率>3Hz，輸出電流>20%時，天車動作打開包閘)
02-33=4Hz, 02-34=30% (輸出頻率<4Hz，輸出電流<30%時，天車動作關閉包閘)
結束語
基於台達VE變頻器的橋式起重機，不論運行還是停止等過程，均沒有出現溜鉤、速度不穩等現象。台達VE變頻器降低了原有係統的故障率，提高了現場控製的靈活性。在提升係統運行的質量的同時還節約了客戶運營成本。
