变频器在塔式起重机上的应用

谭晓军

摘   要：随着驱动技术的快速发展，各式各样的变频器如今已经应用到了各行各业。塔式起重机作为基建领域最常见的工程设备，为我国的基础建设立下了汗马功劳。本文先对我国塔机的基本情况作了大概的介绍，然后分析了塔机三大机构中的驱动系统主角——变频器相比传统驱动方式在塔机上所具有的优点，阐述了变频器在塔机三大机构上的安全设计与应用方法。

关键词：变频驱动  涡流控制  安全设计

中图分类号：TH215                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0058-02

我国是一个基建大国，而塔式起重机几乎是最常见的也是最重要的基建设备之一。我国的塔机行业起步于20世纪50年代，相较于西方国家虽然起步较晚，但在国家各种利好政策的驱动下，塔机整体发展水平与欧美等发达国家相比已大为缩小。从塔机的技术发展层面来看，塔机产品不断推陈出新，而且新产品在生产效能、操作简单、保养便捷和运行可靠等方面均有很大提高，特别是变频器在塔机上得到了广泛的推广和应用，这使得塔机的操作性能得到极大改善。

1  在塔机上变频器相较于传统调速方式具有的优点

（1）对于塔式起重机，传统的驱动控制方式多采用交流绕线式电机串电阻的方法来调速，由于塔机的工作特性，需要频繁的正反转、重载荷运行，这使得它的冲击电流很大。而变频器调速的平滑性与连续性可以很好地改善这一现象。

（2）传统的调速方式（无论是绕线式电机串电阻调速还是变极调速）线路复杂，不利于检修;而变频器一般都有故障码，可以迅速定位故障点。

（3）调速方便，可以灵活、准确的调整运行速度，而且调速范围较宽。

（4）制动快速平稳，对传动机构的冲击大为减小，延长了机构的使用寿命。

2  变频器在塔机三大机构上的应用

通常塔机由4大机构组成：起升机构、回转机构、变幅机构、顶升机构，由于顶升机构的电控比较简单，在此我们不做介绍。

2.1 变频器在起升系统上的应用

塔吊的起升机构是4大机构中对电控要求最高的系统之一，它既要求重物在起吊过程当中保持相当的平稳性，也要求速度响应的及时性，更要求系统的高度安全性。在这个系统中糅合了重量限制器、力矩限制器、高度限制器，还有风速仪等安全装置，这些装置都与重物起降的速度有密切的聯系。对于速度响应的及时性与重物起降的平稳性我们可以通过变频器的加减速时间、各段速度频率的合理匹配等参数设置来加以解决。安全对于塔机来说是重中之重，而对于起升系统的安全性设计，我认为应该从3大方面进行考虑。首先，在起升机构拖动重物启动的瞬间，要求在起升机构抱闸装置打开前变频器应输出一定的反向预转矩，否则会出现开闸溜钩现象造成安全事故。此外还应设置制动抱闸闭合频率。这一设置主要是为了防止重物在空中暂停时出现闭闸溜钩现象。其次，对于大吨位的起升系统，其速度控制最好使用闭环控制，即使用编码器。这样系统会时刻检测起升速度，对于低速启动和高速运行都有一个安全的判断，以免出现实际速度与设定速度之间的差值过大，从而提高起升安全性。另外，各种安全限位装置（比如前面提到的重量限制器、力矩限制器、高度限制器、风速仪等）所发出的信号一定要在变速逻辑中加以体现。图1为塔机起升系统主电路图的一部分，从图可知，该系统使用了闭环控制。S1-S5为速度控制信号，S6为抱闸反馈信号，K15为抱闸控制信号。

2.2 变频器在回转系统上的应用

目前市场上大多数塔吊的回转系统采用的是双电机控制。由于电机所驱动的回转机构大臂长度多在60m以上，且均为刚性结构，在大臂带动重物回转的过程中既要求回转臂能快速停车，更要求定位准确、平稳，这就对回转系统的电控设计提出了更高的要求。对于这种大惯量系统，我们可以选用带涡流制动线圈的电机作为回转机构的动力系统，使涡流线圈参与到回转系统的稳定性与平稳性控制当中。因此我们可以选择集成了涡流控制的麦格米特MV600L变频器作为回转电机的驱动系统。变频器、回转电机、涡流线圈与涡流模块之间的工作原理如图2所示。

2.3 变频器变幅系统上的应用

塔吊中的变幅机构就是改变所吊重物幅长的装置。对于建筑工地上常见的水平臂塔吊，它是通过大臂横梁上载重小车的往返运动来调整吊钩覆盖的幅度范围，从而达到变幅的目的。对于变幅系统的速度控制，目前一般有两种控制方式。一种就是选用双速或三速电机。这种控制方式比较简单，但接线稍显复杂，并且换挡速度不连续，对机械冲击比较大，操作起来顿挫感强烈。因此大多数塔机的变幅系统选择变频器控制载重小车的行走速度。由于载重小车只做水平移动，因此我们只需要使用变频器的V/F控制模式即可。如图3所示，对于变频器的DI信号则来自PLC，因此在PLC控制逻辑中需要考虑变幅机构的换速逻辑，防止载重小车以过高的速度冲向臂尖或塔身，造成意外。载重小车的刹车信号也由变频器Y1端子发出。

3  结语

对于塔机的三大机构，无论是采用全变频还是部分机构采用变频控制，在市场上都反映良好。不仅提高了用户操作的舒适度，更提高了塔机的稳定性与安全性。

参考文献

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[2] 熊炎炎，李墨林.探析PLC技术在化工装置电气自动化控制中的应用[J].化工管理，2014（36）：117.

[3] 佚名.PLC技术及其在煤炭工程电气自动化中的应用分析[J].电子技术与软件工程，2018，142（20）：125.