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QD橋式起重機中的應用和改造方案
2018/4/17 16:52:00來源:中國起重機械設備網
1、方案概述
      橋式起重機是工礦企業中應用十分廣泛的一種起重機械,QD型橋式起重機,使用頻繁,橋式起重機電力拖動係統多采用繞線式交流異步電機,轉子回路內串入多段外接電阻調速,采用凸輪控製器、繼電器、接觸器控製。
這種控製係統主要缺點是:
      (1)大車、小車、吊鉤主起升;拖動運行係統采用變阻調速,運行性能差,而且電阻元件使用普通康銅材質,性脆易斷裂,故電阻燒損和斷裂故障時有發生,又製成柵狀,高溫時易彎曲變形造成短路事故,電纜燃燒和損壞。
      (2)電機轉子串電阻調速屬能耗型轉差調速,能耗大,機械特性軟,調速範圍小,平滑性差。
      (3)由於現場環境中的金屬粉塵、有害氣體對電動機集電環、繼電器的腐蝕與短路,再加上繼電器、接觸器控製係統切換頻繁,起動時,衝擊電流大,因此觸頭燒損、電刷冒火、電動機燒損故障時有發生,故障率高。
      (4)調速平滑性差,對減速機、連軸器、鋼絲繩的機械衝擊大,影響使用壽命。
      (5)係統抱閘是在運動狀態下進行的,對製動器損害很大,閘皮磨損嚴重而引起的安全隱患。
      隨著電力電子技術的飛快發展和軟件技術的成熟,安川變頻器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此,在橋式起重機上應用變頻調速技術,可實現橋式起重機的升降,小車和大車機構的無級調速,從而極大地提高了係統運行的安全性和精確性。

      2、變頻調速改造方案
      對擔負工廠橋式起重機的大、小車電力拖動係統,吊鉤升降、電力拖動係統進行變頻調速技術改造,以改善其操作性能、降低故障率能耗率。橋式起重機的電氣傳動係統工作原理如下。
      2.1 變頻調速改造方案設計
      橋式起重機的電氣傳動係統改造的具體設計方案是:
      (1)用4台安川變頻器來控製5 台電機,實現重載啟動與變頻調速, 應考慮125% 額定重量的過載能力。
      (2)電氣控製係統中、原各電氣控製櫃和繼電器、接觸器一律取消,更換為新電氣控製櫃,控製櫃采用封閉式另加散熱風扇、空氣過濾器,是用來防護粉塵對電氣元件的危害。安川變頻器采用的是日本安川CIMR-HB4A(H1000)、CIMR-AB4A(V1000)、CIMR-AB4A(A1000)係列起重專用安川變頻器。
      (3)調速方式采用無PG矢量控製功能的變頻調速係統,轉速由中間繼電器調速控製器控製。
      (4)製動方式采用再生製動、直流製動和電磁機械製動相結合的方式。運行(重物下降)時,采取在安川變頻器直流回路內接入製動電阻的方式消耗掉再生的電能,把運行的大、小車和吊鉤迅速而準確地停止住(速降為2-3HZ)。吊鉤作業時,常常有將重物在半空中停留一段時間的現象(如重物在空中平移或突然停電時),變頻調速係統雖然能使重物停住,但因容易受到外界因素的幹擾(如平移時常出現斷電),可靠性差。因此,還必須同時采取電磁製動器進行機械製動以配合可靠完成作業。
      由於繞線式異步電動機散熱風扇是一體的,在低頻率速運轉時達不到散熱效果,所以要在每台電動機上加一台單控製的微型軸流風機,完善地達到散熱效果。避免電動機長時間低轉速所產生的高溫現象。
      2.2 電氣工作原理
      (1)係統的控製指令,由司機室聯動台專用主令電位控製器Ks、給出,控製變頻指令:上升、下降、加速、減速,平滑調速。吊鉤升降、機構製動打開由安川變頻器輸出繼電器驅動製動器控製接觸器Cs、使製動器、微型軸流風機動作。
      (2)安川變頻器有短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護功能和故障自診斷及顯示報警功能。當安川變頻器出現短路、過流等故障時,安川變頻器給出故障信號,並停止輸出,切斷安川變頻器電源,控製製動器抱閘,並發出報警信號。
      吊鉤升降、機構除了安川變頻器內部有保護功能外,還設置了線路保護:
      (1)零位保護,由主令控製器零位觸點實現此功能;
      (2)限位保護,由高度限製器實現;
      (3)線路設有低壓斷路器作為短路保護。
      (4)小車運行機構電氣拖動係統小車運行機構由一台變頻電機驅動,采用1 台安川變頻器控製,係統控製方法與起升機構電氣傳動係統類似。
      (5)大車運行機構電氣拖動係統大車運行機構由兩台變頻電機驅動,采用1台安川變頻器控製,係統控製方法與小車運行機構電氣傳動係統類似。

      3、安川變頻器的選擇
      變頻器采用日本安川H1000、A1000、係列起重專用安川變頻器。
      3.1.1 安川變頻器控製方式的選擇
      由於起重機機構多為恒轉矩負載,故選用帶低速轉矩提升功能的電壓型安川變頻器。
      平移機構慣量較大,負載變化相對小,屬於阻力性負載,故大車、小車選用v/f 開環控製方式的安川A1000型安川變頻器;起升機構慣量較小,負載變化大,屬於位能性負載,為獲得快速的動態響應,實現對轉矩的快速調節,獲得理想的動態性能,通常采用矢量控製方式,主付升降選用安川H1000型安川變頻器,采用無PG矢量控製方式可獲得穩定的工作狀態和良好的機械特性。
      3.1.2 安川變頻器容量的選擇
      安川變頻器容量的選擇是以電動機的額定功率為依據的。由於繞線轉子異步電動機與通用或其它異步電動機相比,其繞組的阻抗較小,因此使用安川變頻器調速時應考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況,同樣功率下的電動機,繞線轉子異步電動機額定電流往往較大,所以選擇時應考慮一定餘量。雖然起重機升降機構的轉動慣量很小,加速時間較短,但考慮到電網電壓波動的因素,以及安全勞動部門對起重機1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機構電動機的安川變頻器容量。大車、小車運行機構屬於大慣量負載,其加減時間一般不超過20 s,安川變頻器的短時過載能力為150%,不同的加速時間對安川變頻器容量的計算不同,當加速時間>2 min時,安川變頻器功率選擇應放大些,以此來選擇大車、小車運行機構電動機的安川變頻器容量。
      3.1.3 製動單元和製動電阻的選擇
      當電動機處於反接製動或再生製動狀態,安川變頻器內直流電路儲能電容兩端的電壓將升高,為避免電壓過高而使直流過壓保護動作,必須將這部分能量回饋至電網或增設製動單元及製動電阻以釋放這部分能量。廠商提供與安川變頻器容量相配套的標準外接製動單元。大車、小車、主付升、降,製動單元均選用日本安川H1000 型與A1000型安川變頻器容量相配套的標準外接製動單元。大車、小車、主付升、降、製動電阻均選用國產、安川變頻器專用製動電阻器。
      (1)安川變頻器運行、停止控製;
      (2)控製製動器,保證電動機停止時能夠及時製動,既不提前,也不延後;
      (3)升降安川變頻器控製方式切換;
      (4)電氣閉鎖保護控製;
      (5)任何時刻斷電,係統將會立即停止運行,製動器製動。

      4、係統控製要點
      橋式起重機拖動係統的控製包括:大車的左、右行及速度擋;小車的前、後行及速度擋;吊鉤的主、付,升、降,及調速等,這些都可以通過安川變頻器進行無觸點控製。橋式起重機控製係統中需要引起注意的是關於防止溜鉤的控製,在電磁製動器抱住之前和鬆開後的瞬間,極易發生重物由於停止狀態下滑而產生溜鉤現象。在這個問題上,主要用安川變頻器運行參數設置與安川變頻器的製動單元、製動電阻和液壓製動器的配合而達到完美的效果。
      4.1 起吊重物升降控製要點
      4.2 自動轉矩提升設置
      自動轉矩提升設置,在調試過程中適當地提高中頻電壓可以改善低頻特性,從而提高啟動轉矩;提高零頻電壓可以加大直流強勵磁,使電機保持足夠大的轉矩防止溜鉤。
      吊車使用完畢後,應將主令控製器放置零位,30s後按下停止按鈕,斷開主電源,關閉風機及照明電源開關,確認斷電後,鎖好操作室門方可離開。

      5、安川變頻器功能參數的設置
      橋式起重機各傳動機構改造采用的日本安川H1000和A1000係列安川變頻器的功能參數設置。

      6、改造後的應用效果;改造效果主要表現為:
      (1)橋式起重機的啟動、製動、加速、減速等過程更加平穩快速,定位更加準確,減少了負載波動,安全性大幅提高。
      (2)係統運行的開關器件實現了無觸點化,具有半永久性的壽命。
      (3)由於電動機啟動電流限製得較小,頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少,壽命延長。
      (4)電磁製動器在低速時動作,其閘皮的磨損很小,使用壽命延長。
      (5)降低了對電網的衝擊。
      (6)節約能源,變頻調速的啟動、製動、加速、減速等過程中,電機運行電流小。以本案來講,節能可達30%左右。在生產工況相同的情況下電耗和維修費用比改製前節能20%左右。
      通過技術改造,不僅提高了橋式起重設備安全運行時間,也使工作勞動維修強度維修成本大幅降低,因此,變頻調速技術在橋式起重機上的應用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。

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