浅述天车电气系统变频改造

陈 波

（包头铝业有限公司热电厂，内蒙古 包头 014046）

在某装备制造厂内，涉及到32/5 天车共计2 台、20/5 天车10 台，16+16 天车2 台。在启动交流异步电机时，所产生的冲击电流非常大，会损坏设备，还会出现运行噪声，极大影响设备使用寿命、定位精度。天车构造成本高，且节能性、环保性低下。针对20/5 天车来说，实行电气系统变频改造，确保其满足用户需求。针对20/5t 天车的电气控制系统，实行变频改造后，可以降低天车建设成本加大控制效果。比如应用该车时，设备每年更新费用降低50%，检修维护成本降低80%，总开支节约5500 元。在日常运行中，可以减少30%的电量，累计节省费用总计4000元。立足于长远发展眼光，开支节省效果显著。对于控制性能来说，可以准确检测电源缺项、电压欠压、过流与过压问题，同时应用自动化应变措施，确保电机运行安全。同时针对应急变负载、检知瞬时功率，实现快速准确响应，保证加减速平稳，加快电机动态响应速度，可以进行无级调速，提升控制精确度。

1 天车改造前问题

1.1 主令控制系统

原设计起重机电气元件，包括主副起升、大小车、照明、警报。具体元器件构成为照明变压器、主回路进线开关、控制开关、进线控制接触器、分子回路、主回路。原有切换主要对转子电阻进行切换，科学控制电机转速。保护系统通过限位方式，可以对主进线接触器进行控制，加强保护效果。

1.2 传统控制系统存在问题

第一，启动电流比较大，会严重冲击电网运行。第二，机械设备使用寿命短，钢绳、电机联轴器的磨损量多；第三，继电器、接触器等电器元器件，线圈、触头会烧坏损失。第四，电动机故障率高。在检修和维护起重机时，由于为高空作业，应用便捷性低，且起重机故障会严重影响生产进度。

1.3 故障原因

第一，拖动电动机容量大，在启动设备时，瞬间电流非常大，会导致电网系统受影响。电动机在额定转矩状态，会使电能浪费家居。

第二，天车升降、大小车启停速度快，多为惯性负载，会使机械冲击增加，缩短机械设备的运行时间。操作人员缺乏安全意识，不安全操作行为多，对设备运行可靠性的影响非常大。

第三，天车承担搬运工作，传统电机的调速法，通过电气驱动系统实现，主要为控制元件、交流接触器，对电动机转子串接电阻进行闭合，会出现频繁切换动作。当电流量较大时，会导致线圈、触头烧坏。由于受到环境影响，转子回路与铜电阻串接在一起，会明显增加不良影响，且因设备振动、灰尘影响，极易产生断裂、烧毁问题。因此会增加设备故障率、维修量。大小车运行期间，也会出现上述问题。

第四，天车起升操作中，电动机升降的受力不均匀，容易产生过载问题，损坏电动机损坏，导致钢丝绳断裂。

第五，为了全面适应天车工况，操作人员的操作行为比较多，会导致起重机电气元件、电动机电流较大，对电气元件、电动机服役时间影响非常大。

2 天车电气系统变频改造的构造与优势

2.1 构造分析

在原有电气控制中，通过变频调速方式，全面代替电阻调速方式。电机转子星点短封时，需要加设4 台变频器，主要在在大小车、主副钩、主回路系统。对于不同变频器进线端，增设空气开关。原控制器，能够进行一组正反切换接点，将剩余一组更改到变频控制单元。正反转主令，源于正反两接点，与变频正反控制连接在一起。在变频设置中，应当重新设置输入端子，将其转化为正反控制输出。利用主令控制能够看出，在原设计中，涉及到4 段速，基于变频频段，对端子进行控制，同时引入主令接点。

基于使用需求，在变频器内设置3 段速度，分别为10Hz、25Hz、45Hz。在低速、高速行驶状态，维护行车安全。为了确保电机运行曲线平滑，必须提升机械设备稳定性。变频器的热保护功能强，为了降低空间占用量，应当将原设计主副钩、小车过热情况消除。大车变频器运行，需要借助双台电机。变频热保护功能，不能对电机进行同步保护。因此，大车热保护投入运行时，能够对抱闸系统进行控制，增设抱闸控制接触器，数量为4 个。起升回路通过变频器实现多功能输入，高效控制抱闸启停。对于行走回路，利用主令控制器接点，能够对抱闸吸合进行控制；通过变频器接点，能够科学控制输出。由于变频器不能多次启停，所以需要将原设计限位，与变频正反控制回路串接在一起。

在主站中建立缓冲区，在实际工作期间，可以对用户相关信息内容进行扫描，然而此时需要通过中央处理器承担。此外，在工作处理中，必须合理应用周期循环方式，按照特定顺序与从站，有效交换数据和信息，同时将信息数据存储到缓冲区域内，为系统提供多元化优质服务。当限位不经常动作时，应用减少原设计变更，确保在动作限位不频繁时，确保限位回路稳定。通过限位，能够对主回路接触器进行控制，加大限位保护。

2.2 应用优势

转子切电阻电气系统的运行问题多，必须优化和改进交流电动机，特别是调速方式。在改进时，应用变频调速方式。优势如下：第一，通过变频器，科学有效控制电机运行，实现电机软启动，保证电机响应快速，并且实现无级调速。针对电源缺相、过压过流、欠压问题，可以实现准确化检测，采用自动化方式，对电机予以保护。第二，具备较高的工作可靠性。在运行状态下，原有拖动系统会出现抱闸情况，通过变频调速处理后，可以在停止状态机械能抱闸，对闸皮磨损进行改善。第三，降低控制系统故障率。原有系统过继电器系统、接触器系统，可以开展科学化控制，故障率非常高。利用变频调速控制系统，能够对控制系统进行简化，全面嘉庆可靠性。在意外停电事故下，通过停电减速功能，能够减缓起重机速度，直至停止状态。以免由于突然停车，引发较大的安全隐患。第三，具备明显的节能效果。转子异步电机运行速度慢，转子回路、电阻电能消耗大。通过变频调速系统，能够使外接电阻的能耗降低。在频繁启动电机中。通过此种方式，电费节省效果显著。第四，加强调速质量。在应用变频调速系统后，整个调速比较平稳，可以长期低速运行。运行效率、定位精度均比较高。

3 天车电气系统变频改造报告

针对天车电气系统实施变频改造后，应用到该装备制造场中，获得业主一致好评。

3.1 节能效果

电气系统所应用的变频器，可以实现自动化节能与操作效果，全面提升系统功率因数、运行效率，节能效果显著。平均节电率大于30%。在一年运行时间内，电费节约量达到4000 元。在更新和改造设备时，可以降低50%的费用，检查维护费用下降80%，总计达到5500 元的节约量。立足于长远发展，费用节省效果显著。

3.2 控制性能

相比于传统切电阻系统，采用变频控制方式改造天车后，明显提升整机性能，起升行走的稳定性、平滑度高，准确定位被吊物件。按照实际操作需求，在不同场合内，均刻意应用无级变速。变频器具备自我保护功能，能够报警和停止过载、过流、过压等问题，降低天车故障率，还可以提升安全性能。天车电气系统变频改造的参数设定值如表1 所示：变频器具备限流作用，在启动时，避免对电网系统造成冲击，维护车间设备运行稳定。控制系统的改造优势如下：第一，速范围宽，能够对要求作用区域进行精确化定位与控制；第二，软启动、软停止功能，通过上述功能，能够降低机械传动冲击力，改善钢结构承载性能，延长天车使用寿命；第三，低压电器的组件集成度、可靠性均比较高，能够简化原有电气系统接线复杂度，既可以使系统故障率下降，还可以便于维护。第四，电动机处于低速运行状态时，可以实现大力矩输出，接近200%。即使制动器失灵、松动，也不会导致重物滑落，具备较高安全性、可靠性第五，动态快速响应，减少溜钩问题，实现零速交叉效果。万能转向器左转，可以确保限位开关处于常闭接通状态，此时接触器处于通电状态，电机正转塔臂会向左转动。当万能转向器左转，可以确保限位开关处于常闭接通状态，此时接触器处于得电状态，电机正转塔臂会向右转动。在按下回转制定按钮后，会导致回转制动接触器得电，此时回转万能转向开关不得电，电机制动，可以防止在大风天气下出现安全事故。第六，在变频调速系统应用后，可以避免出现操作人员违章操作问题。

表1 天车电气系统变频改造的参数设定值

4 结语

综上所述，采用20/5t 变频天车改造，能够对自身设计能力、施工能力进行锻炼，还可以增加人员、技术的储备量，确保天车变频改造的有效性。在技术改造中，可以将主副钩、大小车改造为变频。按照实际应用需求，单独针对主副钩、大小车系统的部位予以改造。变频控制属于新兴技术，技术投资量比较大，且回报慢。但是，按照长远发展可知，变频控制技术可以明显降低费用开支，应用效果显著。在相同使用条件下，能够使电量节省30%以上。且人工维护成本费用支出少。