变频器在桥吊桥式起重机中的运用

翟小明 易庆

摘要：桥式起重机能够满足物体升降和转运作业的基本需求，现在各个行业中已经得到了大规模应用。桥式起重机的工作效率能够对企业的经济效益产生直接影响。通常情况下，桥吊桥式起重机配置的拖动系统采用的是绕线式交流异步电机。转子回路的内部传输用于调速，并使用凸轮控制器与继电器进行触点控制，但是在具体应用过程中存在一些不足。根据桥吊桥式起重机的内部结构和控制系统的特点，本文主要分析了变频器的优点及其在起重机设备上的应用。

关键词：变频器；桥吊桥式起重机；运用

桥式起重机能够满足物体升降和转运作业的基本需求，现在各个行业中已经得到了大规模应用。桥式起重机的工作效率能够对企业的经济效益产生直接影响。传统桥式起重机的结构一般应用鼠笼式不同步电机或者绕线式不同步电机，通过改变转子串电阻或改变极对数等方法进行操作，但是存在噪声大、冲击电流大以及设备冲击大等问题，会在一定程度上影响设备定位的精准度，而且还会增加设备出现故障的几率，减少设备的使用寿命，所以需要对桥吊桥式起重机进行优化设计。

桥式起重机的工作状态会对检修任务的进展、维修人员的人身安全以及设备安全产生直接影响。随着现代电子技术的不断发展，变频调速器在安全性、可靠性与使用性能方面有了显著提升，而且价格也不断降低，为其在桥式起重机中的广泛应用创造了有利条件。

1变频调速

以电机学原理为理论基础进行分析，三相异步电机的转速为60f （1-s） /p，要实现变调调速的目的，就要改变电机定子供电的具体频率，而要改变同步转速，就需要调节起重机工作状态下的运行速度。其中，在极对数p没有发生改变的情况下，电机转子的固定转速与定子电源频率之间呈正比关系，通过不问断改变供电电源的具体频率，不但能够连续调节电机转子的速度，还可以保证调速过程非常平稳。与传统串电阻采用的调速模式相比较，变频调速的应用优势更为明显，如机械性硬、调速范围广以及调速平滑性高等，可以满足恒功率调速和横转矩的基本要求，甚至能够和直流调速效果进行比较。

2桥式起重机变频调速原理

2.1变频调速控制要点

行车拖动系统能够有效控制起重机的升降电机、大车以及小车等结构速度。在行车控制系统中，在操作电磁铁制动器设备时，抱住前和松开后的时间内，由于起重机停止运行，比较容易出现重物下滑等危险情况，有巨大的安全隐患。所以在设计变频器设备时，应重视研究如何提升溜钩性能的问题，不断优化控制系统的设计，提高安全系数。电磁制动器运行过程中，由通电状态进入松开状态，或由断电状态进入到抱住状态都需要经历一段时间，在承载重物不同的情况下，转换时间也会不同，所以在停止起重机时，切记不能过早停止电流输出。另外，在电磁制动出现抱住的情况下，变频器设置不应输出较高的频率，否则会因为过流引起跳闸误动。

2.2变频器控制方法

当操作橋式起重机的工作人员给出具体的运行指令后，对应的变频器能够马上响应，但并未在第一时间做出释放抱闸的动作，而是要等到预先设定好的反应时间后，才会执行释放抱闸的动作，从而为停止到抱闸两项操作之间的转换提供充足的反应时间，从而避免出现悬空重物由于负荷超重而发生溜钩情况。操作桥式起重机的工作人员在给定停机指令后，对应变频器能够根据预先设定好的时间来推迟抱闸指令的执行时间，从而为抱闸到停止两项操作之间的转换提供充足的反应时间，提升起重机作业过程的安全性。

2.3变频调速系统的优势

1）减少成本。在桥式起重机中应用变频器，能够不断优化电机存在薄弱的部分，以笼型异步电机逐渐取代绕线转子异步电机，不但可以降低设备构件所需的成本，还能够消除滑环和电刷等设备隐患。

2）延长寿命。传统串电阻调速模式应用于起重机设备时，在运行状态下，拖动系统可以直接完成抱闸操作，与变频调速模式相比较，能够做到在停止情况下进行抱闸操作，减小对闸皮造成的磨损，增加使用寿命。此外，变频器所执行的启动方式，可以有效降低因机械冲击而产生的负荷影响，避免出现因机械冲击力而损伤设备的情况。

3）故障率降低。在起重机中应用串电阻调速控制模式，是通过结构复杂的接触器系统与继电器系统实现的，故障发生率比较高。在应用变频器设备后，能够对系统作出建设设计，这样不会因为系统过于复杂而发生故障，大大提升了起重机设备运行的可靠性。

3桥式超重机中变频器的应用设计

3.1选择变频器

在对桥式起重机设备所配置的变频器进行优化改进时，应确保选用的变频器能够完全满足工程作业的需求，且适用性、安全性以及经济性都较高。如ACS800系列变频器，集成度非常高，具有启动向导与自定义编程等诸多优点，在应用过程中优势明显。特别是自动编程功能，能够实现自动的PLC控制，有效提升起重机作业的稳定性。

3.2主要机构设计

1）起升机构。在桥式起重机中应用变频器，必须要求选择的变频器设备容量要超过负载所需要的输出，用公式表达为P0>KPM/ηcosψ，其中P0代表变频器容量，K为过载系数，取值1.33，PM为负载要求电机轴的具体输出功率，取值o.8。COSψ为电机功率因数，取值o.85若Po，72kW，则能够确定选用的变频器能够满足具体应用要求。起升装置启动转矩需要设定为额定转矩的1.6-2倍，为了使125%超载作业的要求得到满足，在进行设计时要根据诶型转矩的1.6-2倍来设置最大转矩，使作业的安全性得到提升。变频器要充分满足等额功率电机的工作要求，也就是需要提供60s，150%额定转矩的过载能力，此时要求过载系数分别为K=2/1.5=1 .33。

在确定变频器设备的实际容量后，还要进一步验证电流，也就是/CN≥k/M，k为电流波形修正系数，而且PWM在调制过程中取值1.05-1.1。/CN为变频器设备额定输出电流，取值为110A。/M为电机额定电流，单位是A。在/CN>120A的情况下，能够确定选择的变频器设备可以满足基本的生产需求。

2）大小车运行机构。大小车运行机构一般是位移性负载，要以此为基础选择运行所需要的变频器。与此同时，运行系统自动选择开环控制措施，设定的调速范围是1：10，实际控制精度是o.5%。运行系统利用PLC对主令档位开关量进行处理，输出模拟量并将数据信息传送给交流变频器，从而确定具体的运行速度，且能够在PLC中自由设置各档位的速度。通常情况下把大小车运行机构的主令档位设为四档，对应的档位速度分别为10%、30%、60%和100%，模式选择为档位无极调速模式。

3）平移机构。桥式起重机所配置的平移机构主要由小车机构和大车机构组成，一般选择多平台电机传动方案设计进行应用。以起重机设备运行特点为基础进行分析，平移机构所具备的转动惯性比较大，为了使加速电机运行的需求得到充分满足，所设置的启动转矩应比较大。那么，起重机所配置的平移机构所执行的电机轴输出功率PM主要包括加速功率PN与负载功率PJ两部分，两者之间的关系为PM>PN+PJ。由于平移机构所选择的Ulf开环频率控制方式，通过一台变频器实现对多台电机的拖动，也就是在选择变频器内在容量时，要符合/CN>kn/M。此公式中，K为电流波形修正系数，在PWM这一调试方式下所取的数值在1.05到1.1之间。/CN为变频器所设定的额定输出电流，单位为A。 /M为工频电源时间内单台电机所设定的额定电流，单位是A。n为一台变频器所拖动的全部电机数量。

3.3电机制动

起重机在进行重物提升作业时，设备电机要输出大量能量，此时处于负载状态。为了避免出现因起重机停止工作而发生溜钩的情况，在进行设计时必须在电机设备上安装制动装置。在起重机电机在运行状态时，装置的制动开关处于松开状态；当电机处于停止状态时，装置的制动器和电机转子完全抱紧，避免出现任何的转动情况，保证起重机能够安全作业。变频器设备中负责提升重物的电动机处于负载与负负载的运行状态下，当处于提升重物状态时，电动机不断输出能量，此时为负载状态；当负载下降时，此时电动机成为了发电机，状态为负负载状态。为了避免起重机因停止运行而出现溜钩问题，电动机要安装制动保护装置，确保电动机在运行状态下，制动装置处于运行状态，确保作业安全。

3.4变频器的调试

变频器设备的调试是由专业技术人员完成的。在设备通电运行前，工作人员需要认真阅读设备使用说明书，并严格按照说明书上的具体要求对参数进行调整。确定全部接线正确，无接地短路情况且安装牢固可靠，尤其是变频器输出端不可以直接连接电源。在连接电源后要改好盖板，以防触电。变频器的运行方式多种多样，在完成通电后，确定频率的具体指示显示为o.OOHz，对冷却扇工作状态进行检查以确定其是否正常运行，并确定板面显示状态是否清晰。当所有检查结果都显示正常时，把频率调整到5Hz，然后试验正向转、反向转及停止；对电机运行方向进行观察，判断是否正确，确定电机运行是不是平稳运行，如果一切正常，则提高频率继续运行。在设备调试完成后，要详细记录变频器最终设定的参数以及设备运行状态下的参数，这些数据能为今后设备的维修与更换工作提供极大便利。

4结语

在检修工作中，桥吊桥式起重机属于使用频率非常高的机械设备，过去的桥吊控制系统在技术设计上比较落后，导致安全事故频发，所以，我国需要采用新型变频技术对控制系统进行改造。在桥式起重机中应用变频器，能够实现变频调速，与传统串电阻调速模式相比较，在具体应用中优势非常明显，不但能够有效提升设备运行的安全性和可靠性，還能够减少成本的投入。在系统改造升级之后，启动与制动过程非常快速，且启动过程非常平稳，设备故障率明显降低，设备维修次数极大减少，当设备操作人员因为失误导致起升机故障，控制系统能够自动进行制动保护，避免发生安全事故。今后需要以当前现状为基础进行更深入的研究，以服务于起重机作业。

参考文献

[1]吴炳章.PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用[J]，质量探索，2016 （06）.

[2]吴炳章.PLC与变频器在桥式起重机控制系统改造中的应用[J].质量探索，2016 （6）：68-67.