彙川變頻器在塔式起重機起升機構的應用

    摘要：本文介紹目前國內塔機起升機構幾種主要調速方式
，指出了各種方式的優劣和適用範圍
；針對4繩最大起重量小於等於6t的小中型塔機提出了使用交流變頻調速方式

，使用彙川矢量變頻器實現，給出了完善的解決方案。 
　塔式起重機針對建築施工中的模板工藝而進行研發，適用於鋼筋混凝土結構的工業與民用建築施工中建築材料與構件的起重吊運。 

　1．目前國內起升機構的主要調速方式 
　起升機構是塔式起重機最重要的傳動機構，目前傳統調速方式下要求重載低速，輕載高速，調速範圍大；起升機構調速方式的優劣直接影響整機性能。起升機構調速方式選擇原則有三個：首先要平穩
，衝擊小
；其次要經濟和可靠
，符合國情；三是要便於維修。 

　1.1 多速電機變極調速 
　4繩最大起重量小於等於6T的小中型塔機競爭激烈

，成本控製嚴格，國內以多速電機變極調速為主，方案簡單
，應用較廣，常采用4/8/32極多速電機實現。 

　1.2 電磁離合器換檔的減速器加帶渦流製動的單速繞線轉子電機 
　該gai調tiao速su方fang式shi我wo國guo已yi采cai用yong幾ji十shi年nian，但dan現xian在zai已yi逐zhu漸jian不bu再zai使shi用yong。它ta靠kao電dian磁ci離li合he器qi換huan檔dang改gai變bian減jian速su器qi的de速su比bi，靠kao帶dai渦wo流liu製zhi動dong的de單dan速su繞rao線xian轉zhuan子zi電dian機ji串chuan電dian阻zu獲huo取qu較jiao軟ruan的de特te性xing和he慢man就jiu位wei速su度du。它ta的de優you點dian是shi運yun行xing比bi效xiao平ping穩wen，調tiao速su比bi可ke以yi設she計ji較jiao大da。它ta的de缺que點dian較jiao多duo
，首shou先xian電dian磁ci離li合he器qi一yi般ban采cai用yong國guo產chan機ji床chuang用yong產chan品pin
，壽shou命ming短duan，可ke靠kao性xing差cha；其次是不能空中動態變換離合器檔位，不然會下滑，這很危險

；三是減速器成本較高。 

　1.3 普通減速器加帶渦流製動的多速繞線轉子電機 
　將jiang上shang一yi種zhong方fang式shi的de電dian磁ci離li合he器qi換huan檔dang改gai為wei多duo速su電dian機ji驅qu動dong普pu通tong單dan速su比bi減jian速su器qi則ze是shi本ben方fang式shi的de思si路lu。相xiang對dui於yu多duo速su電dian機ji換huan檔dang衝chong擊ji大da的de缺que點dian，帶dai渦wo流liu製zhi動dong的de多duo速su繞rao線xian轉zhuan子zi電dian機ji可ke串chuan電dian阻zu獲huo取qu較jiao軟ruan的deM-ntexing，qizhidonghedangweiqiehuanjiaopingwen
，youmanjiuweisudu，gonglvkeyibishulongdianjiyongdeda。zhezhongtiaosufangshigouzaojiandan，yiweihu
，kekaoxinggao。muqianyichenggongdijiejuelewoliuzhidongraoxianzhuanzidianjisanrewenti，dadatigaolezhezhongtiaosufangshidekekaoxing。 
　目前國內8～12t起升機構大多采用這種調速方式，但是這種電機起製動和換檔仍有較大的峰值電流和衝擊，電氣控製係統比較複雜，16t以上的大噸位起升機構一般不宜再采用這種調速方式。 

　1.4 差動行星減速器加雙電機 
　行(xing)星(xing)減(jian)速(su)器(qi)的(de)太(tai)陽(yang)輪(lun)由(you)一(yi)台(tai)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)，行(xing)星(xing)架(jia)由(you)另(ling)一(yi)台(tai)電(dian)機(ji)經(jing)行(xing)星(xing)減(jian)速(su)驅(qu)動(dong)，外(wai)軌(gui)道(dao)的(de)內(nei)齒(chi)圈(quan)固(gu)定(ding)在(zai)起(qi)升(sheng)卷(juan)筒(tong)上(shang)。這(zhe)就(jiu)是(shi)差(cha)動(dong)行(xing)星(xing)減(jian)速(su)器(qi)的(de)構(gou)造(zao)。行(xing)星(xing)係(xi)確(que)定(ding)為(wei)某(mou)一(yi)合(he)適(shi)參(can)數(shu)後(hou)，卷(juan)筒(tong)轉(zhuan)速(su)就(jiu)取(qu)決(jue)於(yu)兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)和(he)轉(zhuan)向(xiang)，同(tong)向(xiang)快(kuai)速(su)，反(fan)向(xiang)慢(man)速(su)。如(ru)果(guo)是(shi)單(dan)速(su)電(dian)機(ji)
，每(mei)台(tai)電(dian)機(ji)則(ze)有(you)正(zheng)轉(zhuan)、fanzhuanhetingzhisanzhongzhuangtaiyulingyitaidianjixiangpei，yincisududangweihenduo。ruguoyongduosudianji，sududangweijiugengduole，zhejiushichadongtiaosuyuanli。dianjikeyongshulonghuobianpinyushulongxiangjiehe，jiaoxiaodunweiyongshulong，dadunweiyongbianpinyushulongxiangjiehe。zhezhongfangshitiaosubida，wanquannengmanzuzhongzaidisu
、輕載高速的要求，而且可靠性高
，特別適合於大噸位起升機構。 
　但差動行星減速器結構複雜
，一般要非標設計與生產，加上雙電機，成本較高，控製複雜。主機生產廠家采用的不多。 

　1.5 變頻調速 
　變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)是(shi)當(dang)今(jin)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)交(jiao)流(liu)調(tiao)速(su)方(fang)式(shi)。隨(sui)著(zhe)國(guo)際(ji)變(bian)頻(pin)器(qi)價(jia)格(ge)的(de)逐(zhu)步(bu)下(xia)降(jiang)，變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)。國(guo)內(nei)塔(ta)機(ji)起(qi)升(sheng)機(ji)構(gou)的(de)應(ying)用(yong)已(yi)多(duo)年(nian)
，效(xiao)果(guo)良(liang)好(hao)，但(dan)使(shi)用(yong)麵(mian)不(bu)廣(guang)。它(ta)的(de)優(you)點(dian)是(shi)慢(man)就(jiu)位(wei)速(su)度(du)可(ke)長(chang)時(shi)間(jian)運(yun)行(xing)，實(shi)現(xian)零(ling)速(su)製(zhi)動(dong)，運(yun)行(xing)平(ping)穩(wen)無(wu)衝(chong)擊(ji)，能(neng)延(yan)長(chang)結(jie)構(gou)和(he)傳(chuan)動(dong)件(jian)的(de)壽(shou)命(ming)，對(dui)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)排(pai)繩(sheng)和(he)壽(shou)命(ming)大(da)有(you)裨(bi)益(yi)
，同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)了(le)塔(ta)機(ji)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。 

　但其在起升機構使用麵很窄，一是進口變頻器仍然較貴
，國產變頻器不過關；二是變頻器一旦出了問題
，一般修不了

，大多隻能換新
；變頻調速由於成本高，一般中小噸位起升機構應用少，大噸位則較多。變速調速在中小噸位大麵積使用
，隻有等待國產變頻器的崛起。 

　2．變頻器在塔式起重機起升機構的方案 
　塔式起重機在起升機構中應用變頻技術以日本安川變頻器為主

，主要應用於中大塔機，同時4繩最大起重量小於等於6Tdexiaozhongxingtajijingzhengjilie
，chengbenkongzhiyange
，suoyibianpinqiyingyongjishao。suizhedianlidianzijishudefazhan，guochanbianpinqijishuriyichengshu，jiageyoushimingxian，yingyongyuzhongxiaotajiyijingchengweikeneng。 

     2.1彙川變頻器簡介  
　MDxiliebianpinqishishenzhenhuichuanjishuyouxiangongsituichudedaibiaoweilaibianpinqifazhanfangxiangdexinyidaimokuaihuagaoxingnengbianpinqi。yuchuantongyiyishangdebianpinqixiangbi
，zaimanzukehubutongxingneng、功能需求方麵，它不是通過多個係列產品來實現（從而增加額外的製造、銷售、使用、維護成本），而er是shi在zai客ke戶hu需xu求qiu合he理li細xi分fen的de基ji礎chu上shang
，進jin行xing模mo塊kuai化hua設she計ji，通tong過guo單dan係xi列lie產chan品pin的de多duo模mo塊kuai組zu合he，創chuang建jian一yi個ge客ke戶hu化hua量liang身shen定ding做zuo的de平ping台tai。是shi國guo內nei少shao有you的de幾ji家jia真zhen正zheng擁yong有you磁ci通tong矢shi量liang技ji術shu的de變bian頻pin器qi。  

　gaixiliebianpinqicaiyongyouliangdewusudushiliangkongzhicelveshiqijuyoujiaokuaidedongtaixiangying，xianjindedianliuxianzhijishuheyingjianyouhuasheji
，nengbaozhengzaifuzaipinfanbodongdeqingkuangxia，bianpinqibutiaozha。bingjuyouyixiatedian：  

　2.1.1可靠性  
　完善的可靠性設計方案：如冗餘設計
，降額設計等
，所有元器件全部采用工業或軍工等級
；專業化的製作平台，從而保證整機的可靠性。  

　2.1.2 軟啟動  
　相比工頻起動方式，采用變頻器控製可以減小機械部分震動和構假的衝擊，為用戶節省了維護的費用
，運行穩定。  
　2.1.3 高啟動轉矩  
　采用高性能磁通矢量控製模式，低頻段提供穩定高輸出轉矩。  

　2.2工藝介紹  
　中小型塔式起重機典型規格QTZ315塔式起重機

，應用廣泛；2倍率主要技術指標為：最大起升重量3T，起升速度52/26/5.5m/min，起升機構15/15/5.5KW的4/8/32多極電機，減速機速比I=12.5，滾筒直徑300mm。  
　對於中小型塔式起重機最關鍵的指標是最大起升重量3T
，滾筒直徑300mm不能有太大變化，對速度的要求也比較高。選用變頻調速方式
，需要對相關設備和技術指標進行適當的調整。  

　2.3 參數計算  
　起重機變頻調速係統由主令控製器或電位器做為輸入給定，通過變頻調頻調速電控設備、荷重測控儀、限位開關、製動器等配合使用，來控製起重機的起升機構等交流變頻異步電動機起
、製動、可逆運轉與調速。  
　設備選型參數：動滑輪2倍率，起升機構18.5KW的4極異步鼠籠電機，減速機速比I=31.5；滾筒直徑300mm，即I=31.5,R=D/2=150mm=0.15m,Nn=1450轉/分,Pn=18.5KW。  

　2.3.1 最大起升重量的計算  
　Pn=2*π*Nn*Tn/60*1000  
　得：Tn= Pn*1000*60/2*π* Nn=18.5*1000*60/2π*1450=121.9Nm  
得理論起升重量為：F=2*Tn*I*/R*10000=2*121.9*31.5/0.15*10000=5.1198T  
考慮傳動效率為0.64，則最大起升重量為：Fmax=0.64*F=0.64*5.1198=3.28T  
　與要求的最大起升重量相比有1.1倍保險係數，基本符合要求。  

　2.3.2最大起升速度計算  
　Vmax=π*D*Nn/2*I=π*0.3*1450/2*31.5=21.7 m/min  
　根gen據ju上shang式shi可ke知zhi，變bian頻pin模mo式shi下xia
，電dian機ji的de最zui大da起qi升sheng速su度du降jiang低di了le很hen多duo，主zhu要yao是shi考kao慮lv到dao節jie約yue成cheng本ben，在zai市shi場chang上shang有you競jing爭zheng力li，設she計ji時shi相xiang關guan硬ying件jian成cheng本ben估gu算suan到dao最zui優you化hua；通過縮短啟動和就位時間，空鉤高於50HZ運行等多種協調方法，使得實踐中並不明顯感覺速度減慢。  

　2.4性能特點  

　采cai用yong先xian進jin的de現xian代dai交jiao流liu變bian頻pin調tiao速su技ji術shu對dui塔ta式shi起qi重zhong機ji電dian力li拖tuo動dong係xi統tong進jin行xing技ji術shu改gai造zao
，使shi起qi重zhong機ji實shi現xian平ping穩wen操cao作zuo，提ti高gao運yun行xing效xiao率lv，改gai善shan超chao負fu荷he作zuo業ye
，消xiao除chu起qi製zhi動dong衝chong擊ji
，減jian少shao電dian氣qi維wei護hu，降jiang低di電dian能neng消xiao耗hao，提ti高gao功gong缺que因yin數shu等deng均jun可ke取qu得de良liang好hao實shi效xiao。同tong時shi還hai具ju有you過guo電dian流liu、過電壓、欠電壓和輸入缺相保護，以及變頻器超溫、超載、超速、製動單元過熱、I/O故障保護、電動機故障保護等，變頻調速方法具有如下顯著特點：  

　2.4.1調速範圍寬，可實現有精確控製定位要求的作業；  

　2.4.2軟啟動、軟停止的功能降低了機械傳動衝擊，可明顯改善鋼結構的承載性能
，延長了起重機的使用壽命
；  

　2.4.3高集成度組件及高可靠性低壓電器
，有效解決原電氣係統接線複雜問題，不僅降低了係統故障機率，而且易維護
；  

　2.4.4電動機在零速時，能全力矩輸出
，即使製動器鬆動或失靈時，也不會出現重物下滑，確保係統安全可靠


；  

　2.4.5具有快速的動態響應
，不會出現溜鉤並真正實現“零速交叉”功能
；  

　2.4.6專用負荷重量測控儀並配以相應軟件
，起升速度可隨負荷重量變化自切換
，實現“輕載快速，重載慢速”的作業要求；  

　2.4.7係統所用變頻器，具有自動節能操作模式，能較大提高係統的功率因數和整機工作效率，節能效果顯著，平均節電率可達20%以上；  

　迄今為止
，該設計無速度矢量變頻調速的塔式起重機試機已三個月，整機設備運行良好，並接受定單4台。  

　muqiantashiqizhongjifangshijuedaduoshucaiyongyoujitiaosu，wujitiaosujinguanshifazhanfangxiang，danrengranshoudaochengbendengfangmiandexianzhi。bizhezengzuoguocesuan，caiyongrushangsuoshuleisidebuzengdabianpinqixuanxing，shidangxishengsududefangfa，bianpinwujitiaosudechengbenyudaiwoliuzhidongdeduosuraoxianzhuanzidianjibianjitiaosuchajubuda，xingnengqueyouhendatigao，kejianyiyizhongda。