焙燒多功能天車夾具提升系統的變頻器改造

趙偉華

【摘 要】變頻調速是通過改變電動機定子電源的頻率改變其同步轉速的調速方法。針對天車夾具系統電氣控制技術落后的問題，通過采用變頻技術對陽極焙燒多功能天車夾具提升系統的改進，介紹了變頻器在夾具提升系統中的應用。

【關 鍵 詞】多功能天車 夾具 變頻器 節能

【中圖分類號】 E968【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0266-01

1 引言

陽極焙燒多功能天車是陽極焙燒爐的專用操作設備。它的夾具提升系統用于將已經編組好的生塊陽極從生塊輸送鏈填入焙燒爐室，以及將已經焙燒好的熟塊陽極從焙燒爐中夾取出放在熟塊輸送鏈上。

夾具提升系統傳統的調速方法是：采用繞線轉子異步電動機，通過集電環和碳刷在轉子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉速。但存在以下缺點：

（1）串聯電阻調速，其調速變化呈跳躍狀，使得減速機齒輪、平衡輪、繩輪、夾具與導軌之間，在加減速運行階段均受到沖擊力的作用，設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。

（2）串聯電阻調速范圍小，使得夾具速度呈突變，減速后停車時仍有較高轉速，對制動器和限位開關的調整精度要求高，且容易發生越位而影響生產。

（3）串聯電阻調速，使得夾具起動及減速時，大部分電能消耗在電阻器上；當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉差率增大，嚴重時，夾具無法啟動，易于產生事故。

（4）能耗高，低速機械特性軟。因為轉速的降低是通過轉子外接電阻消耗能量來實現的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經濟，電網電壓的高低對速度影響很大。

而變頻調速具有調速范圍寬、精度高、響應速度快、靈活性高等特點，具有明顯的節能效果和完善的保護功能。

2 現狀

我廠焙燒二車間共有兩臺陽極焙燒多功能天車，系2000年投產，其夾具提升系統采用的就是轉子回路串電阻調速系統。由于焙燒車間高導電性粉塵石墨粉濃度較高，調速電阻頻發短路故障；且采用繼電器-接觸器控制系統，接觸器頻繁粘連燒損，經常更換，使得天車故障率高，嚴重影響陽極焙燒的正常生產。

為了保障天車的平穩運行，適應當代電氣控制技術的發展，實現節能降耗，對夾具提升系統進行變頻調速控制系統的改造勢在必行。

3 項目準備

陽極焙燒多功能天車夾具提升系統改造費用為10萬元/臺，改造前由于天車電氣故障率高，每年維修費用約為25萬元/臺；改造后設備故障率將大大降低，不但提高控制水平，而且減少檢修工作量及備件儲備量，經濟效益顯著。

4 變頻器的選擇

變頻器容量選擇的前提條件是變頻器的額定電流大于電動機的額定電流。根據我廠使用變頻器的情況， 選用了日本三菱的FR- A740。調試時，變頻器功能參數的設置非常重要，是關系到變頻器與設備運行工況是否配合恰當的重要環節，需要在使用過程中結合設備運行情況不斷摸索修正。

用于驅動起升機構電機的變頻器容量的計算公式如下：（1）

式中cosφ———電動機功率因數， 約0.75

η———電動機的效率， 約0.85

K———電流波形的修正系數， PWM方式取1.05～1.10

PM———負載所要求的電機的軸輸出功率， kW

K1———容量補償系數， 取1.1～1.2

PCN———所需變頻器容量， kV·A

卷揚提升電機37kW， 根據式（1） 計算可得變頻器容量為55kV·A。

根據我廠多功能天車的性能參數：起重量：2噸；工作級別：M8；起升高度：6.57m；調速方式：變頻；制動器：YWZ4B-300/50；選擇：電動機：YZP-250M-8C IP55 P=37KW；變頻器：FR-A740-55K；制動力矩：630n.m；減速機：M3PSF50。

5 工作原理

（1）接線方式：如圖所示：參考三菱變頻器接線圖，控制部分接正轉啟動STF、反轉啟動STR、高速RH、中速RM、低速RL、輸出停止MRS、復位RES和抱閘輸出A1-C1，外接制動斬波器和配套制動電阻即可滿足生產要求。

（2）工作原理：天車工在聯動臺發出信號，操作手柄打到上升或下降某一個檔位，通過中間繼電器，將信號傳輸給PLC，PLC在接收到信號后，執行控制程序，把上升或下降信號送給變頻器，同時把檔位速度信息也送給變頻器，變頻器接收指令后開始工作。首先通過整流電路將交流整流為直流，然后再通過控制回路有規則地控制逆變電路的導通與截止，即令帶有脈寬調制功能的逆變電路中的6個晶體管開關元件有規則地交替輪流切換導通，則在變頻器輸出端得到交流電壓。通過改變晶體管開關元件的通斷周期，使得變頻器輸出端交流電壓頻率得以改變，從而改變電機轉速。電機加減速時間可以通過改變變頻器的設定參數來調整。

（3）對再生制動能量的處理有2 種方式： 一種是用制動單元和制動電阻來吸收；另一種是通過在直流側設置公共母線的逆變橋使之回饋到電網。我廠主要采用能耗電阻的方式，在制動單元和制動電阻的選擇上考慮到起升機構屬位能性負載特性，不能使用制造廠商推薦的制動單元和制動電阻的容量，必須增大制動單元和制動電阻的容量，電阻的阻值決定著制動電流，也就決定著制動時間的長短。起重機變頻調速系統中長時間的制動轉矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值， 而是它的功率， 即在設計中把制動電阻的功率增加一倍，以保證再生制動能量的迅速釋放。

6 改造后的效果

從改造后運行來看，卷揚提升機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速，減少負載的波動；操作靈活易掌握。卷揚機鋼絲繩的使用壽命也明顯延長。由于去掉了外接啟動電阻和能耗制動電阻，因而提高了系統的用電效率，經測算節電率達5%以上。

7 結論

多功能天車夾具提升系統改進后，制動系統動作準確、可靠，夾具運行平穩，故障率大幅降低，維修量也減少了。變頻調速徹底避免了繞線式異步電動機起制動速度無法準確控制的缺點，可靠性大為提高。隨著電子元器件性能不斷飛速發展，變頻調速技術必將更廣泛應用于起重機械上，同時變頻調速也必將獲得更大的發展。

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