淺述天車電氣系統變頻改造

陳 波

（包頭鋁業有限公司熱電廠，內蒙古 包頭 014046）

在某裝備制造廠內，涉及到32/5 天車共計2 臺、20/5 天車10 臺，16+16 天車2 臺。在啟動交流異步電機時，所產生的沖擊電流非常大，會損壞設備，還會出現運行噪聲，極大影響設備使用壽命、定位精度。天車構造成本高，且節能性、環保性低下。針對20/5 天車來說，實行電氣系統變頻改造，確保其滿足用戶需求。針對20/5t 天車的電氣控制系統，實行變頻改造后，可以降低天車建設成本加大控制效果。比如應用該車時，設備每年更新費用降低50%，檢修維護成本降低80%，總開支節約5500 元。在日常運行中，可以減少30%的電量，累計節省費用總計4000元。立足于長遠發展眼光，開支節省效果顯著。對于控制性能來說，可以準確檢測電源缺項、電壓欠壓、過流與過壓問題，同時應用自動化應變措施，確保電機運行安全。同時針對應急變負載、檢知瞬時功率，實現快速準確響應，保證加減速平穩，加快電機動態響應速度，可以進行無級調速，提升控制精確度。

1 天車改造前問題

1.1 主令控制系統

原設計起重機電氣元件，包括主副起升、大小車、照明、警報。具體元器件構成為照明變壓器、主回路進線開關、控制開關、進線控制接觸器、分子回路、主回路。原有切換主要對轉子電阻進行切換，科學控制電機轉速。保護系統通過限位方式，可以對主進線接觸器進行控制，加強保護效果。

1.2 傳統控制系統存在問題

第一，啟動電流比較大，會嚴重沖擊電網運行。第二，機械設備使用壽命短，鋼繩、電機聯軸器的磨損量多；第三，繼電器、接觸器等電器元器件，線圈、觸頭會燒壞損失。第四，電動機故障率高。在檢修和維護起重機時，由于為高空作業，應用便捷性低，且起重機故障會嚴重影響生產進度。

1.3 故障原因

第一，拖動電動機容量大，在啟動設備時，瞬間電流非常大，會導致電網系統受影響。電動機在額定轉矩狀態，會使電能浪費家居。

第二，天車升降、大小車啟停速度快，多為慣性負載，會使機械沖擊增加，縮短機械設備的運行時間。操作人員缺乏安全意識，不安全操作行為多，對設備運行可靠性的影響非常大。

第三，天車承擔搬運工作，傳統電機的調速法，通過電氣驅動系統實現，主要為控制元件、交流接觸器，對電動機轉子串接電阻進行閉合，會出現頻繁切換動作。當電流量較大時，會導致線圈、觸頭燒壞。由于受到環境影響，轉子回路與銅電阻串接在一起，會明顯增加不良影響，且因設備振動、灰塵影響，極易產生斷裂、燒毀問題。因此會增加設備故障率、維修量。大小車運行期間，也會出現上述問題。

第四，天車起升操作中，電動機升降的受力不均勻，容易產生過載問題，損壞電動機損壞，導致鋼絲繩斷裂。

第五，為了全面適應天車工況，操作人員的操作行為比較多，會導致起重機電氣元件、電動機電流較大，對電氣元件、電動機服役時間影響非常大。

2 天車電氣系統變頻改造的構造與優勢

2.1 構造分析

在原有電氣控制中，通過變頻調速方式，全面代替電阻調速方式。電機轉子星點短封時，需要加設4 臺變頻器，主要在在大小車、主副鉤、主回路系統。對于不同變頻器進線端，增設空氣開關。原控制器，能夠進行一組正反切換接點，將剩余一組更改到變頻控制單元。正反轉主令，源于正反兩接點，與變頻正反控制連接在一起。在變頻設置中，應當重新設置輸入端子，將其轉化為正反控制輸出。利用主令控制能夠看出，在原設計中，涉及到4 段速，基于變頻頻段，對端子進行控制，同時引入主令接點。

基于使用需求，在變頻器內設置3 段速度，分別為10Hz、25Hz、45Hz。在低速、高速行駛狀態，維護行車安全。為了確保電機運行曲線平滑，必須提升機械設備穩定性。變頻器的熱保護功能強，為了降低空間占用量，應當將原設計主副鉤、小車過熱情況消除。大車變頻器運行，需要借助雙臺電機。變頻熱保護功能，不能對電機進行同步保護。因此，大車熱保護投入運行時，能夠對抱閘系統進行控制，增設抱閘控制接觸器，數量為4 個。起升回路通過變頻器實現多功能輸入，高效控制抱閘啟停。對于行走回路，利用主令控制器接點，能夠對抱閘吸合進行控制；通過變頻器接點，能夠科學控制輸出。由于變頻器不能多次啟停，所以需要將原設計限位，與變頻正反控制回路串接在一起。

在主站中建立緩沖區，在實際工作期間，可以對用戶相關信息內容進行掃描，然而此時需要通過中央處理器承擔。此外，在工作處理中，必須合理應用周期循環方式，按照特定順序與從站，有效交換數據和信息，同時將信息數據存儲到緩沖區域內，為系統提供多元化優質服務。當限位不經常動作時，應用減少原設計變更，確保在動作限位不頻繁時，確保限位回路穩定。通過限位，能夠對主回路接觸器進行控制，加大限位保護。

2.2 應用優勢

轉子切電阻電氣系統的運行問題多，必須優化和改進交流電動機，特別是調速方式。在改進時，應用變頻調速方式。優勢如下：第一，通過變頻器，科學有效控制電機運行，實現電機軟啟動，保證電機響應快速，并且實現無級調速。針對電源缺相、過壓過流、欠壓問題，可以實現準確化檢測，采用自動化方式，對電機予以保護。第二，具備較高的工作可靠性。在運行狀態下，原有拖動系統會出現抱閘情況，通過變頻調速處理后，可以在停止狀態機械能抱閘，對閘皮磨損進行改善。第三，降低控制系統故障率。原有系統過繼電器系統、接觸器系統，可以開展科學化控制，故障率非常高。利用變頻調速控制系統，能夠對控制系統進行簡化，全面嘉慶可靠性。在意外停電事故下，通過停電減速功能，能夠減緩起重機速度，直至停止狀態。以免由于突然停車，引發較大的安全隱患。第三，具備明顯的節能效果。轉子異步電機運行速度慢，轉子回路、電阻電能消耗大。通過變頻調速系統，能夠使外接電阻的能耗降低。在頻繁啟動電機中。通過此種方式，電費節省效果顯著。第四，加強調速質量。在應用變頻調速系統后，整個調速比較平穩，可以長期低速運行。運行效率、定位精度均比較高。

3 天車電氣系統變頻改造報告

針對天車電氣系統實施變頻改造后，應用到該裝備制造場中，獲得業主一致好評。

3.1 節能效果

電氣系統所應用的變頻器，可以實現自動化節能與操作效果，全面提升系統功率因數、運行效率，節能效果顯著。平均節電率大于30%。在一年運行時間內，電費節約量達到4000 元。在更新和改造設備時，可以降低50%的費用，檢查維護費用下降80%，總計達到5500 元的節約量。立足于長遠發展，費用節省效果顯著。

3.2 控制性能

相比于傳統切電阻系統，采用變頻控制方式改造天車后，明顯提升整機性能，起升行走的穩定性、平滑度高，準確定位被吊物件。按照實際操作需求，在不同場合內，均刻意應用無級變速。變頻器具備自我保護功能，能夠報警和停止過載、過流、過壓等問題，降低天車故障率，還可以提升安全性能。天車電氣系統變頻改造的參數設定值如表1 所示：變頻器具備限流作用，在啟動時，避免對電網系統造成沖擊，維護車間設備運行穩定。控制系統的改造優勢如下：第一，速范圍寬，能夠對要求作用區域進行精確化定位與控制；第二，軟啟動、軟停止功能，通過上述功能，能夠降低機械傳動沖擊力，改善鋼結構承載性能，延長天車使用壽命；第三，低壓電器的組件集成度、可靠性均比較高，能夠簡化原有電氣系統接線復雜度，既可以使系統故障率下降，還可以便于維護。第四，電動機處于低速運行狀態時，可以實現大力矩輸出，接近200%。即使制動器失靈、松動，也不會導致重物滑落，具備較高安全性、可靠性第五，動態快速響應，減少溜鉤問題，實現零速交叉效果。萬能轉向器左轉，可以確保限位開關處于常閉接通狀態，此時接觸器處于通電狀態，電機正轉塔臂會向左轉動。當萬能轉向器左轉，可以確保限位開關處于常閉接通狀態，此時接觸器處于得電狀態，電機正轉塔臂會向右轉動。在按下回轉制定按鈕后，會導致回轉制動接觸器得電，此時回轉萬能轉向開關不得電，電機制動，可以防止在大風天氣下出現安全事故。第六，在變頻調速系統應用后，可以避免出現操作人員違章操作問題。

表1 天車電氣系統變頻改造的參數設定值

4 結語

綜上所述，采用20/5t 變頻天車改造，能夠對自身設計能力、施工能力進行鍛煉，還可以增加人員、技術的儲備量，確保天車變頻改造的有效性。在技術改造中，可以將主副鉤、大小車改造為變頻。按照實際應用需求，單獨針對主副鉤、大小車系統的部位予以改造。變頻控制屬于新興技術，技術投資量比較大，且回報慢。但是，按照長遠發展可知，變頻控制技術可以明顯降低費用開支，應用效果顯著。在相同使用條件下，能夠使電量節省30%以上。且人工維護成本費用支出少。