變頻器在塔式起重機上的應用

譚曉軍

摘 ? 要：隨著驅動技術的快速發展，各式各樣的變頻器如今已經應用到了各行各業。塔式起重機作為基建領域最常見的工程設備，為我國的基礎建設立下了汗馬功勞。本文先對我國塔機的基本情況作了大概的介紹，然后分析了塔機三大機構中的驅動系統主角——變頻器相比傳統驅動方式在塔機上所具有的優點，闡述了變頻器在塔機三大機構上的安全設計與應用方法。

關鍵詞：變頻驅動 ?渦流控制 ?安全設計

中圖分類號：TH215 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0058-02

我國是一個基建大國，而塔式起重機幾乎是最常見的也是最重要的基建設備之一。我國的塔機行業起步于20世紀50年代，相較于西方國家雖然起步較晚，但在國家各種利好政策的驅動下，塔機整體發展水平與歐美等發達國家相比已大為縮小。從塔機的技術發展層面來看，塔機產品不斷推陳出新，而且新產品在生產效能、操作簡單、保養便捷和運行可靠等方面均有很大提高，特別是變頻器在塔機上得到了廣泛的推廣和應用，這使得塔機的操作性能得到極大改善。

1 ?在塔機上變頻器相較于傳統調速方式具有的優點

（1）對于塔式起重機，傳統的驅動控制方式多采用交流繞線式電機串電阻的方法來調速，由于塔機的工作特性，需要頻繁的正反轉、重載荷運行，這使得它的沖擊電流很大。而變頻器調速的平滑性與連續性可以很好地改善這一現象。

（2）傳統的調速方式（無論是繞線式電機串電阻調速還是變極調速）線路復雜，不利于檢修;而變頻器一般都有故障碼，可以迅速定位故障點。

（3）調速方便，可以靈活、準確的調整運行速度，而且調速范圍較寬。

（4）制動快速平穩，對傳動機構的沖擊大為減小，延長了機構的使用壽命。

2 ?變頻器在塔機三大機構上的應用

通常塔機由4大機構組成：起升機構、回轉機構、變幅機構、頂升機構，由于頂升機構的電控比較簡單，在此我們不做介紹。

2.1 變頻器在起升系統上的應用

塔吊的起升機構是4大機構中對電控要求最高的系統之一，它既要求重物在起吊過程當中保持相當的平穩性，也要求速度響應的及時性，更要求系統的高度安全性。在這個系統中糅合了重量限制器、力矩限制器、高度限制器，還有風速儀等安全裝置，這些裝置都與重物起降的速度有密切的聯系。對于速度響應的及時性與重物起降的平穩性我們可以通過變頻器的加減速時間、各段速度頻率的合理匹配等參數設置來加以解決。安全對于塔機來說是重中之重，而對于起升系統的安全性設計，我認為應該從3大方面進行考慮。首先，在起升機構拖動重物啟動的瞬間，要求在起升機構抱閘裝置打開前變頻器應輸出一定的反向預轉矩，否則會出現開閘溜鉤現象造成安全事故。此外還應設置制動抱閘閉合頻率。這一設置主要是為了防止重物在空中暫停時出現閉閘溜鉤現象。其次，對于大噸位的起升系統，其速度控制最好使用閉環控制，即使用編碼器。這樣系統會時刻檢測起升速度，對于低速啟動和高速運行都有一個安全的判斷，以免出現實際速度與設定速度之間的差值過大，從而提高起升安全性。另外，各種安全限位裝置（比如前面提到的重量限制器、力矩限制器、高度限制器、風速儀等）所發出的信號一定要在變速邏輯中加以體現。圖1為塔機起升系統主電路圖的一部分，從圖可知，該系統使用了閉環控制。S1-S5為速度控制信號，S6為抱閘反饋信號，K15為抱閘控制信號。

2.2 變頻器在回轉系統上的應用

目前市場上大多數塔吊的回轉系統采用的是雙電機控制。由于電機所驅動的回轉機構大臂長度多在60m以上，且均為剛性結構，在大臂帶動重物回轉的過程中既要求回轉臂能快速停車，更要求定位準確、平穩，這就對回轉系統的電控設計提出了更高的要求。對于這種大慣量系統，我們可以選用帶渦流制動線圈的電機作為回轉機構的動力系統，使渦流線圈參與到回轉系統的穩定性與平穩性控制當中。因此我們可以選擇集成了渦流控制的麥格米特MV600L變頻器作為回轉電機的驅動系統。變頻器、回轉電機、渦流線圈與渦流模塊之間的工作原理如圖2所示。

2.3 變頻器變幅系統上的應用

塔吊中的變幅機構就是改變所吊重物幅長的裝置。對于建筑工地上常見的水平臂塔吊，它是通過大臂橫梁上載重小車的往返運動來調整吊鉤覆蓋的幅度范圍，從而達到變幅的目的。對于變幅系統的速度控制，目前一般有兩種控制方式。一種就是選用雙速或三速電機。這種控制方式比較簡單，但接線稍顯復雜，并且換擋速度不連續，對機械沖擊比較大，操作起來頓挫感強烈。因此大多數塔機的變幅系統選擇變頻器控制載重小車的行走速度。由于載重小車只做水平移動，因此我們只需要使用變頻器的V/F控制模式即可。如圖3所示，對于變頻器的DI信號則來自PLC，因此在PLC控制邏輯中需要考慮變幅機構的換速邏輯，防止載重小車以過高的速度沖向臂尖或塔身，造成意外。載重小車的剎車信號也由變頻器Y1端子發出。

3 ?結語

對于塔機的三大機構，無論是采用全變頻還是部分機構采用變頻控制，在市場上都反映良好。不僅提高了用戶操作的舒適度，更提高了塔機的穩定性與安全性。

參考文獻

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