起重機(jī)經(jīng)常需要在重載的情況下頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、變速等操作，傳統(tǒng)橋式起重機(jī)主要采用控制器-接觸器控制的電氣系統(tǒng)，所用的電器零件多，控制電路復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)不方便。設(shè)備在調(diào)速瞬間，電路所產(chǎn)生的沖擊電流大，并且還會(huì)產(chǎn)生一定的機(jī)械沖擊力。傳統(tǒng)橋式起重機(jī)各項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，而利用變頻器調(diào)速的起重機(jī)控制線路簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、高效節(jié)能，同時(shí)還可以提高橋式起重機(jī)的安全性能。本文通過(guò)對(duì)15/3t橋式起重機(jī)升降系統(tǒng)電氣改造為例，通過(guò)對(duì)變頻器的選擇和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。

1、橋式起重機(jī)介紹及系統(tǒng)控制要求

橋式起重機(jī)主要是將物體在空間內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移或者使物體升降以滿足工程施工需要，它的內(nèi)部運(yùn)行結(jié)構(gòu)主要是主起升和副起升運(yùn)行設(shè)備以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)兩部分組成，大車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要控制前后運(yùn)動(dòng)方向，小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要是控制左右運(yùn)行方向，依據(jù)運(yùn)行的速度可以使用四個(gè)檔，在運(yùn)行的過(guò)程中加速時(shí)間或者減速時(shí)間控制在三到六秒內(nèi)。一般情況下，小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)只需要1臺(tái)電動(dòng)機(jī)就可以進(jìn)行操作任務(wù)，但是大車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)就需要2臺(tái)到4臺(tái)電動(dòng)機(jī)才可以進(jìn)行操作任務(wù)。大車運(yùn)行和小車運(yùn)行時(shí)發(fā)出的慣性非常大，可能在操作中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)產(chǎn)生電壓，所以在它們運(yùn)行時(shí)需要配置制動(dòng)電阻來(lái)控制能量，或者配置制動(dòng)控制單元來(lái)達(dá)到控制能量的目的。

2、改造前橋式起重機(jī)升降系統(tǒng)

15/3t橋式起重機(jī)升降電機(jī)功率為72kW，電流為141A，頻率為50Hz，是利用凸輪控制器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組中串接的電阻，前后為對(duì)稱布置。隨著凸輪控制器檔位從快加速1檔到快加速3檔，轉(zhuǎn)子繞組中串接的電阻被逐級(jí)切除，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐級(jí)升高，直至電阻被切除到最小，電動(dòng)機(jī)最終以額定速度運(yùn)行。15/3t橋式起重機(jī)升降系統(tǒng)電氣原理圖如圖1所示。點(diǎn)動(dòng)起升（或下降）按鈕，KM1（或KM2）閉合，電動(dòng)機(jī)定子接通正向(或反向)電源，橋式起重機(jī)處于上升（或下降）狀態(tài)。速度可通過(guò)以下操作調(diào)節(jié)：當(dāng)操作手柄推向快加速1檔時(shí)，Q13、M13、Q12、M12斷開(kāi)，Q11、M11閉合，第一級(jí)電阻被切除，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行一級(jí)加速；當(dāng)操作手柄推向快加速2檔時(shí)，Q11、M11、Q13、M13斷開(kāi)，Q12、M12閉合，第一級(jí)電阻和第二級(jí)電阻被切除，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行第二級(jí)加速；當(dāng)操作手柄推向快加速3檔時(shí)，Q11、M11、Q12、M12斷開(kāi)，Q13、M13接通，第一級(jí)電阻、第二級(jí)電阻、第三級(jí)電阻被切除，電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

3、變頻器調(diào)速系統(tǒng)

橋式起重機(jī)原有的調(diào)速控制系統(tǒng)多由繼電接觸器電路和分立電子元件電路組成。其電路復(fù)雜，體積龐大，效率較低。而采用先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

第一，無(wú)論低速還是高速，變頻調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差功率不變，效率最高。

第二，變頻器采用無(wú)觸點(diǎn)電力電子元件，簡(jiǎn)化了外部接線，縮小了控制設(shè)備的體積。

第三，變頻器內(nèi)部控制核心CPU具有較強(qiáng)的運(yùn)算和控制能力，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化調(diào)速控制，通過(guò)設(shè)置合理的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，保證起重機(jī)各機(jī)構(gòu)有較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。

第四，變頻器內(nèi)部具有故障自診斷功能，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)載保護(hù)等功能，橋式起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的性能要求不高，選用V/F控制方式的通用變頻器就可以滿足使用要求。

較高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)速是主鉤起升機(jī)構(gòu)要求的基本性能。可以選用帶速度的矢量控制型變頻器。可以保證吊鉤的運(yùn)行速度為0時(shí)，重物停留在空中，而且電動(dòng)機(jī)軸被電磁制動(dòng)器抱住的時(shí)候，重物不會(huì)發(fā)生溜溝。

4、改造后橋式起重機(jī)升降系統(tǒng)

15/3t橋式起重機(jī)升降是通過(guò)改變電機(jī)頻率，控制STF（或STR）的閉合和RH（高）、RM（中）、RL（低）的不同動(dòng)作組合，使電動(dòng)機(jī)可以在變頻器多段速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在不同頻率下，保持正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）狀態(tài)。15/3t橋式起重機(jī)起升（或下降）電氣原理圖如圖2所示。點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕，KA閉合。點(diǎn)動(dòng)快速起升（或下降）按鈕，KA1（或KA2）閉合，電動(dòng)機(jī)定子接通正向(或反向)電源，橋式起重機(jī)處于快速上升（或下降）狀態(tài)，其速度隨著頻率的不斷升高而不斷增加(圖3所示)。以快速起升為例，起始時(shí)間為t0，其工作流程為：t0到t0+2，經(jīng)過(guò)2s后，電機(jī)速度從零加速到低速運(yùn)轉(zhuǎn)速度；t0+2到t1，電機(jī)處于穩(wěn)定速度（低速運(yùn)轉(zhuǎn)速度）；t1到t1+2，經(jīng)過(guò)2s后，電機(jī)速度從低速運(yùn)轉(zhuǎn)速度加速到中速運(yùn)轉(zhuǎn)速度；t1+2到t2，電機(jī)處于穩(wěn)定速度（中速運(yùn)轉(zhuǎn)速度）；t2到t2+2，經(jīng)過(guò)2s后，電機(jī)速度從中速運(yùn)轉(zhuǎn)速度加速到高速運(yùn)轉(zhuǎn)速度；t2+2到t3，電機(jī)處于穩(wěn)定速度（高速運(yùn)轉(zhuǎn)速度）；t3到t4，電機(jī)制動(dòng)。

5、改造后的應(yīng)用效果

從改造后運(yùn)行來(lái)看，取得的效果非常明顯，主要表現(xiàn)為：

第一，橋式起重機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程更加平穩(wěn)快速，減少了負(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高；

第二，控制系統(tǒng)故障率大大降低，采用變頻調(diào)速控制后，系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化；

第三，系統(tǒng)運(yùn)行的開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)化，具有半永久性的壽命；

第四，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，由于改造前電機(jī)啟動(dòng)瞬間，電流大，從而產(chǎn)生一定的沖擊，而改造后系統(tǒng)的啟動(dòng)電流平緩上升；

第五，防止溜鉤；

第六，降低電動(dòng)機(jī)噪聲、振動(dòng)、過(guò)熱等現(xiàn)象，頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)熱耗減少，壽命延長(zhǎng)；

第七，節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程中，電機(jī)運(yùn)行電流小，以本案來(lái)講，通過(guò)加裝電表測(cè)試，節(jié)能可達(dá)28%左右。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜上，通過(guò)對(duì)15/3t橋式起重機(jī)升降系統(tǒng)電氣改造，不僅提高了橋式起重升降系統(tǒng)的安全性能，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還降低了設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)難度。