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变频器在塔式起重机中的应用

作者: 在测接 来源: http://www.zgdzqw.com 时间:2015-06-25 19:47
塔式起重机属于臂架型起重机,由于其提升高度大,司机室位置较高,因此操纵难度大,尤其是起吊时,对吊重的快速、准确就位要求也高,所以要求起升机构调速性能要好。传统的塔式起重机调速系统存在着调速范围小、速度稳定性差、无法长时间低速运行、可靠性低及维护量大、能耗高等缺点。
  
  塔式起重机起升机构的运转具有大惯性、四象限运行的特点,与萁他传动机械相比,对变频器有着更为何可的安全和性能上的要求。塔式起重机变频调速系统的变频器应选用专为起重机类负载而设计的专用变频器。该系列变频器具有如下特点:
  
  (1)具有全程磁通矢量控制,在1Hz的低频下,即使无速度反馈环节,也能提供150%额定转矩的启动力矩;
  
  (2)可配备制动单元,实现四象限运行,而且动态响应好:
  
  (3)在全速范围内,具有恒转速特性。
  
  ①变频调速控制系统
  
  塔式起重机的起升机构在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态下滑的现象(称为溜沟)。防止溜沟是塔式起重机变频控制系统设计中的安全控制环节。在控制系统中,通过PLC对变频器实现零速全转矩功能和直流强励磁功能可有效地防止溜沟。其原理如下:
  
  a.零速全转矩功能。变频器可以在速度为0的状态下,保持电动机有足够大的转矩,且不需要速度反馈,这一功能保证了吊钩由上升、下降状态时降速为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,从而防止了溜沟。
  
  b.启动前的直流强励磁功能。变频器可以在启动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的转矩(可达额定转矩的200%)维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会溜钩。
  
  塔式起重机起升机构的平均启动转矩一般来说为额定转矩的1.3~1.6倍,考虑到电源电压波动及需要通过110%额定负载的动载试验要求等因素,其最大转矩应是负载转矩的1.8~2.0倍,以确保安全使用。
  
  通常对于采用普通鼠笼电动机的系统,其等额变频器仅能提供小于150%超载负载力矩值,为此可通过提高变频器容量或同时提高变频器和电动机容量来获得200%的负载力矩值。应用于塔式起重机的变频器容量可按下式进行计算,即:
  
  PCM≥K×k1×Pm/ηcosφ
  
  式中,Pcm为变频器容量,kW;
  
  K为过载系数,K=1.8~2.0:
  
  Pm为起升额定负载所需功率:
  
  η为电动机效率,η≈0.85;
  
  cOs(P为电动机功率因数,cosφ≈0.75
  
  kl为电流波形补偿系数,由于变频器的输出波形不是完全的正弦波,含有高次谐波的成分,故其电流应有所增加,PWM方式变频器的k≈1.05m~1.1。
  
  依据负载功率来计算出所需变频器容量的基础上,还必须按下式做电流验证,即:
  
  ICn>IM
  
  式中,Icn为变频器额定电流,A;Im为电动机额定电流,A。
  
  ②制动电阻的选择
  
  塔式起重机在某个地点以速度Ni提升重物,平移到另一个地点,然后以速度从下放重物,再回到原地继续作业,如此往复。设工作周期为T在下放重物时,电动机处于再生发电状态,持续时间为TB,重物在电动机轴上形成的负载转矩为Mz,机械效率为η,其最大瞬时回馈能量为:Pm=ηMzN1
  
  制动时间TB内的平均回馈能量为:PB=r1MzNi
  
  工作周期T内的平均回馈能量为:PA=ηMZNITB/T
  
  制动单元开关管额定电流Ibe可按下式计算,即:Ibe>P/750
  
  按正常过载条件Mz=1.5Me,N1=Ne来考虑,则:Ibe>1.5ηMZNe/750=1.5T1Pe/750
  
  式中,Mz、Ne、Pe分别为电动机的额定转矩、额定转速和额定功率。
  
  制动电阻值Rb可按下式计算,即:Rb≈(750~800)/Ibe(Ω
  
  )制动电阻额定功率Pbe可由下式计算,即:
  
  Pbe>1.2max(PB/Kb,PA)
  
  式中,Pb=ηMzNi=ηPe(MzN1/MeN。)
  
  PA=ηMzN1TB/T=ηPe[(TB/T×MzN1/MeNe)]
  
  令ki=MzNiMeNe,制动负载系数K2=TB/T,称K2为制动率,则:
  
  PB=ηK1Pe
  
  PA=ηK1K2P。
  
  根据实际工况计算出PA和PB,并从制动电阻特性曲线查出与TB对应的过载系数Kb(以40℃的环境温度为标准),同肘考虑一定的安全容量。

本文出处:http://www.zgdzqw.com/gongchenganli/28.html

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