变频器在抓斗起重机和抓斗提升机改造中的应用.docx

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1、1、前言桥式起重机是工业生产中大量应用的提升设备，随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，传统的起重机调速方法（主要是绕线异步电动机转子串电阻调速系统）现场维护量大，调速系统的故障率高，而且调速系统的综合技术指标差，己不能满足工业生产的特殊要求。普传科技开发的基于P1500矢量控制技术平台的PI500-1.起重提升专用变频器在起重行业取得了广泛应用，提高了生产效率，受到用户好评。2、传统桥式起重机运行情况传统电力拖动系统主要有起升机构（吊钩主升降、副起升）和平移机构（大车、小车）,一般采用YZR绕线式交流异步电机转子回路内串电阻调速，由凸轮控制器、继电器、接触器控制。实际运行中存在以下问题

2、：1）起升机构、平移机构拖动运行系统采用变阻调速，运行性能差，而且电阻元件烧损和断裂故障时有发生。2）能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差。3）调速平滑性差，对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大，影响使用寿命。4）继电器、接触器控制系统切换频繁，起动时冲击电流大，因此触头烧损、电动机烧损故障时有发生，故障率高。3、变频调速改造方案鉴于传统起重机存在以上问题，客户要求对桥式起重机的吊钩升降电力拖动系统和大、小车电力拖动系统进行技术改造，为克服绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造起重机传动系统。4、改造实例采用普传科技PI500-1.系列起重专用变频器改造本项目

3、。该变频器针对起重行业应用设计,满足有关国家标准。硬件采用电机专用控制芯片DSP,搭载最新低功耗IGBT,内置起重专用软件，具有过载能力强、高启动转矩、防溜钩功能。采用矢量控制方式可获得稳定的工作状态和良好的机械特性。在满足冲击性负载、重负荷应用的同时，还能完美呈现起重行业的工艺控制特性，增进系统效能，达到了快速反应，平稳安全运行的要求。优异的力矩控制性能，丰富的产品功能设计全方位保证起重、提升行业使用的安全、可靠和高效。可用于各类起重机的起升、俯仰、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。5、改造后的应用效果1）起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，运行中

4、加、减速时整机振动和冲击明显减小减少了负载波动，安全性大幅提高。2）由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长。3）电磁制动器在低速时动作，其闸皮的磨损很小，使用寿命延长。4）变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。5）节约能源，电机运行电流小，运行效率高，发热损耗小。本案实测节能可达30%左右。在生产工况相同的情况下电耗和维修费用比改制前节约20%左右。6）可靠性高：变频器内置的防溜钩程序及完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合P1.C控制和采用闭环矢量控制柜，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性。7）

5、高效运行：起重机空钩或轻载时实现3倍速运行，提高装卸效率。交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，开发专用变频器，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速的起重机安全、可靠地运行。变频器在抓斗提升机上的应用一 .概述抓斗提升机是一个通用的起重机设备，该设备广泛的应用于矿山车站港口码头等用于装卸货物，是港口码头的重要设备之一。传统起重机的提升机构电机都是线绕电机驱动，在线绕电机转子回路中串入了电阻来起动电机，所以，电机的机械特性变软，并且能耗大、效率低，低速时转

6、速波动大，调速采用的是分级调速。特别是线绕电机防护等级低，在一些大型的露天起重设备上，线绕电机易受环境的侵蚀发生故障。近年来，随着变频器技术的发展，变频器的调速性能日益成熟和完善。同时，随着变频器使用量的增加，变频器的成本也大大降低。近几年来，变频器在起重设备上的应用也日益广泛。为了避免重物在空中静止状态下低速提升时重物因自身重量而下降，要求变频器的起动力矩及低速力矩足够大，并且要求变频器应具有预励磁功能，使机械抱闸打开后，电机能迅速输出足够的力矩，保证重物提升的要求。二 .PI500电流矢量变频器特点准确的电机参数自学习、稳速精度高、调速范围广、低速大转矩转矩脉动小、瞬时停电不停机、40环境

7、温度设计独立风道、新一代节能运行、三防漆涂层处理、全球安规认证CE/TUV,内置自适应PID功能模块、易用的上位机软件、I/O扩展功能、内置制动单元、支持多种通讯、高防护薄膜按键键盘、支持多种安装方式，可法兰安装、可卸载式风扇，安装维护方便、增加了QUICK多功能键及键盘锁定功能选择。.应用实例：本案例抓斗机的应用是云南一家生产饲料添加剂的企业，抓斗机用于给设备加料，原来使用的是电阻起动，现在使用我公司两台PI500250G3分别控制抓斗和升降两台电机。经技术服务人员现场改造调试，该抓斗提升设备设备达到了原有的性能，运行稳定、可靠，低频及高频时均无抖动现象，满足客户需求。3.1. 设备状况电机

8、型号40012-10功率200KW转速589rmin定子380V/423A转子460V/253A3.2. 现场应用图片：3.3. 改造状况：1）两台PI500250G3变频器共直流母线应用2）制动单元PB200-180-3两台，制动电阻35kW4.4欧3.4. 运行控制：1）变频器使用端子运行，四段速调速2）变频器使用V/F控制方式3）抱闸控制对起重机械的安全起着重要作用，为了防止打开抱闸时起重机下滑，一般是等变频器已有一定的频率输出时才打开抱闸，利用PI500变频器的多功能输出端子频率到达输出功能，通过参数设定实现延时打开抱闸。使抱闸打开时，变频器己有一定的频率输出给电机，保证电机在抱闸打开

9、时有足够的输出力矩，防止重物的下滑。延时时间及延时输出频率根据现场的实际情况设定4)抓斗和提升两台电机同时工作，抓斗的张合电流245A左右，提升和下降运行电流在358A左右。四.总结该设备使用P1500系列变频器，设备运行平稳，起动、停止、加速、减速平滑稳定，起动电流小，噪音低，节省能源，达到客户的使用要求。附参考资料：变频器应用在起重机上基本常识变频器的主要效益表现在：节能、提高生产效率、调速、提高产品性能提高生产线的自动化和改善适用环境等方面。下面例举使用变频调速的10个理由来说明变频器应用在起重机上基本知识：(I)控制电机的启动电流当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电

10、流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量。从而降低电机的寿命而变频调速则可以在零速零电压启动(当然可以适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力。用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低，电机的寿命则相应增加。(2)降低电力线路电压波动在电机工频启动时，电流剧增的同时电压也会大幅度波动。电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。如接近接近和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启

11、动则能最大程度上消除电压下降。(3)启动时需要的功率更低电机功率与电流和电压的乘积成正比,那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他设备产生严重的影响,从而将受到电网运行商的警告,甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停,就不会产生类似的问题。(4)可控的加速功能变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速,而且其加速曲线也可以选择(直线加速S形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件

12、和电机的寿命。另外变频启动还能应用在类似灌装线上以防止瓶子倒翻或损坏。(5)可调的运行速度运用变频多段速调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变。还能通过P1.C或其他控制器来实现速度变化。(6)可调的转矩极限通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏。从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调甚至转矩的控制精度都能达到很高的要求。在工频状态下电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。(7)受控的停止方式如同可控的加速一样,在变频调速中,停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以选择(减速停车自由停车减

13、速停车直流制动)。同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。(8)节能节约能源，变频调速的启动、制动、加速、减速等过程中，电机运行电流小。在生产工况相同的情况下电耗和维修费用比工频节能20%左右。(9)可逆运行控制在变频器控制中要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。(IO)减少机械传动部件由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出,从而节省齿轮箱等机械传动部件,最终构成直接变频传动系统从而就能降低成本和空间,提高稳定性。变频器控制不仅提高了起重设备安全运行时间，也使工作劳动维修强度维修成本大幅降低，因此，变频调速技术在起重机上的应用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的选择。