ABB變頻器在天車改造中的應用研究

呂建偉

(河鋼唐鋼熱軋部 河北 唐山 063009)

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ABB變頻器在天車改造中的應用研究

呂建偉

(河鋼唐鋼熱軋部 河北 唐山 063009)

針對天車正常使用和維護保養等過程中出現的電能浪費、設備故障率高、電器元件損耗大等一系列問題進行分析，并通過ABB變頻調速自控改進并解決了相關問題，為同行業天車改造工程提供可參考性借鑒。

天車；改造；ABB變頻調速

天車也稱橋式起重機，主要用來起吊、放下和搬運重物、并使重物在一定距離內水平移動的起重、搬運的設備，它是由大車、小車、減速機、電動機、控制系統等設備構成。而鋼廠天車吊裝作業經常涉及重量大、形狀特殊物品，其運轉情況直接影響到安全生產，甚至會危及到工人生命，因此對于天車操作性能和安全性能的改造迫在眉睫。近年來變頻器在工業生產各環節得到了廣泛的應用，其表現為可以實現軟起動和無級調速，進行加減速控制，使電動機獲得高性能，而且具有顯著的節能效果。所以應用變頻調速可以提高生產機械的控制精度、生產效率和產品質量，并實現了自定義保護功能，從而利于實現生產過程的自動化。

一、天車改造前問題研究

天車在日常使用過程中經常出現相同問題：(1)拖動電動機容量大，起動時電流對電網沖擊大，而且電動機一直在額定轉矩下工作，電能浪費嚴重。(2)天車升降、小車、大車起動、停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊也較大，電機連軸器、鋼繩等機械易磨損，機械設備使用壽命縮短，操作人員的安全系數較差，設備運行可靠性較低。(3)接觸器、繼電器等電器元件的觸頭、線圈經常燒壞，因為天車每天需進行大量的搬運工作，由于繞線式電機調速是通過電氣驅動系統中的主要控制元件交流接觸器，并通過繼電器來接入和斷開電動機轉子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態下，容易燒壞觸頭、線圈。同時因工作環境惡劣，轉子回路串接的銅電阻因灰塵、設備振動等原因經常燒壞、斷裂。因而設備故障率比較高，維修工作量比較大。同樣小車、大車的運轉也存在上述問題。(4)在天車起升的瞬間，升降電動機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機損壞或者鋼絲繩斷裂。 (5)為適應天車的工況，操作人員經常性的反復操作，導致天車的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態，降低了電器元件和電動機的使用壽命。(6)電動機故障率高等。

而維修天車屬于高空作業，極易導致安全事故的發生。此外，天車故障一旦發生，維修時間較長，很大程度上減緩了企業生產進度?；谏鲜龇N種原因，決定對天車故障全面檢查，進行ABB變頻調速控制改進應用研究。

二、改進方案及效果分析

改進主要是針對交流電動機的調速方式，改進過程當中，主要采取了ABB變頻器調節方案。調速方法主要采用具有矢量控制功能的變頻調速系統，變頻后轉速可以分檔控制，改進中對主鉤電動機我采用3段速度運行，由低到高依次切換，這樣就有效避免了電動機的全矩啟動。

ABB變頻器的設計是采用電流額定值，以滿足工業環境中需要高過載能力的應用的需求，其核心是直接轉矩控制—DTC技術，基于DTC原理的控制技術可以提供優異的性能和顯著的優點：例如，精確的靜態和動態速度及轉矩控制、高啟動力矩和更長的電機電纜連接，內置的傳動可選件使安裝工作迅速而簡單。

針對原控制系統中的不足，經過改造后的變頻調速控制系統主要具有以下效果：

1.變頻器調速控制系統的保護功能強

使用變頻器控制電機的運行，可以進行電機的軟啟動，而讓電機具有很快的動態響應并且實現無級調速；對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時準確的檢測而自動采取應變措施保護電機；

2.工作可靠性顯著提高，主要有以下幾個方面：

A.電磁鐵的壽命可大大延長。原拖動系統是在運動的狀態下進行抱閘的，采用變頻調速后，可以在基本停住的狀態下進行抱閘，閘皮的磨損情況大為改善；

B.控制系統的故障率大為下降。原系統是由于十分復雜的接觸器、繼電器系統進行控制的，故障率較高。采用了變頻調速控制系統后，控制系統大大簡化，可靠性大為提高；

C.停電減速功能?？梢栽谝馔馔ｋ姇r使天車減速停止，消除了突然停車所帶來的隱患。

3.節能效果十分可觀。繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻內消耗大量的電能。采用變頻調速系統后，非但外接電阻內消耗的大量電能可以完全節約，并且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源。這樣，每小時節省的電費相當可觀。

4.調速質量明顯提高，采用了變頻調速系統后，調速平穩，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。

5.可簡化傳動鏈。由于可以進行無級調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，使傳動鏈結構簡單，設計標準化。

三、ABB變頻器優勢分析

ABB變頻器實現了與主要自動控制系統的連接。這通過現場總線系統和ABB傳動之間的網關概念實現?，F場總線網關模塊可以很容易的在傳動中設置。由于現場總線的網關種類很多，自動控制系統的選擇可以相對獨立，高性能ABB交流傳動總能與之相配套。實現了硬件和軟件的模塊化結構，現場總線控制的應用很大程度上減少安裝和工程量，優化了接線方案，以一對雙絞線代替了傳統的大量傳動控制電纜，降低了成本，提高了系統可靠性；模塊化結構實現了單個模塊的預集成，提供了更簡便快速的設備集成；在周期數據傳輸中可以選擇一組傳動參數或實際信號，如轉矩、速度、位置和電流等，為操作人員和制造過程提供了快速數據傳輸，實現了傳動監測，準確、可靠的診斷信息可以通過傳動警告、極值和故障字獲得，從而減少了生產過程的停工時間；ABB為特定的工業傳動應用提供了預制控制方案，增加了針對應用的功能和保護而不需要外部PLC，節能且具有自定義保護功能，斷電后可以持續運行一段時間，從而提高了生產能力，減少了成本。

四、結語

通過對天車控制系統的改造，解決了其設計中存在的故障問題和易發安全隱患，為企業的正常生產提供了有力保障，獲得了明顯的經濟效益。在天車改造的過程中深刻體會到技術創新對實現資源節約、節能減耗以及企業良性發展的重大意義，雖然變頻控制短期看是一種投資較大、回報較慢的新興技術，但是從長遠來說，節省的開支以及帶來的回報必將相當可觀。

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呂建偉(1971-)，男，天津市寧河縣西關村人，河北鋼鐵集團唐鋼熱軋部，天車點檢作業區作業長，本科學歷。