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工业农业论文

变频器在桥式起重机大小车运行机构的改进应用

变频器在桥式起重机大小车运行机构的改进应用

蒲爱国;王霞

(甘肃省张掖市特种设备检验所 ,甘肃张掖 734000;)

摘要:

随着科学技术的进步,将变频器成功的应用在桥式起重机大小车运行机构中,使该改进方案很好解决了桥式起重机大小车起、制动的冲击问题。

关键词:桥机;运行机构;改进;应用

1、变频器应用背景

将桥式起重机大小车运行机构由一个速度改为5档调速,而应用变频器是交流调速方案中最理想的调速方案。尽可能利用原桥式起重机中一切可以利用的电气元器件和部件,电机和制动器继续使用,电机采用原电机接线的办法,使其达到变频调速的目的。

2、变频器工作原理

通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能。

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

整流器:

  最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。

平波回路:

  在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

逆变器:

  同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。   

控制电路:

是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。   

(1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。   

(2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。   

(3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。   (4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。   

(5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

3、改进方法

更换桥式起重机现有的一个档位大小车控制器(联动台);重新定制安装桥式起重机五档大小车制动器(联动台),作为操作指令信号,此信号输出给变频器,变频器按控制器的指令进行各种不同的频率输出,电机按各种不同的频率运行,从而达到调速、同步运行、起动、制动、点动、精确定位等功能。使原桥式起重机大小车速度具有110以上的调速比,且在整个调速范围内实现无级调速。并且有点动功能,每一个最小点动值为1-2mm。同时解决了吊运时色精确对位问题。通过利用变频器在桥式起重机大小车运行机构的改进应用,使该桥式起重机更加安全、可靠、操作方便、便于检修。

4、改进后的性能指标:

(1)、起重量:75t+75t/5t

(2)、跨度:16.5m

(3)、大车运行速度:0.2m/最小-20m/最小无级调速

(4)、小车运行速度:0.2m/最小-20m/最小无级调速

(5)、操作形式:司机室(联动台控制器)

5、项目创新点

(1)原桥式起重机的大小车运行机构为单速,起动、制动冲击大,安全系数低,此次改进在调速上采用变频器交流调速,使大小车运行机构满载调速比为1:10,在调速范围内可以进行无级调速。使桥式起重机在起动和制动时设有加速和减速时间,使桥式起重机起、制动平稳可靠,从而解决了大小车运行机构的冲击问题,便于精确定位。

(2)采用五档控制器进行电控部分改进,使控制线路简单、可靠、便于维修和维护。

(3)采用零速刹车技术,使桥式起重机制动和停车时,制动器立即刹车。电机轴在0.2-0.3秒时间内由1500转/分变为0转/分。使桥式起重机冲击很大,无法精确对装和吊运物品。此次改进采用零速刹车技术,即当制动和停车时,首先进行电气制动,使电机迅速减速,当电机转速接近零速时,制动器刹车避免了冲击。

(4)采用磁通矢量控制技术,使桥式起重机具有起动转矩大,低速时大转矩输出的特点,并能适应桥式起重机负载变化剧烈的特点。

(5)桥式起重机设计有精确定位功能,当需定位时,桥式起重机的制动器打开,变频器利用制动单元的制动力进行刹车,当桥式起重机停车运行后制动器刹车,避免震车和冲击,从而达到点动防震精确定位的功能。

(6)桥式起重机设有加、减速时间功能,通过调整该时间可以改变桥式起重机的起、制动过程,达到起、制动平稳,速度变化连续。

(7)桥式起重机的主控制回路和控制回路分开,有效的避免了桥式起重机的干扰问题。

6、项目的成熟性和可靠性

      本项目经过某水电站主厂房桥式起重机大小车变频器调速改进,使用运行稳定、性能可靠,符合改进工艺要求。 桥式起重机在大小车运行机构中应用变频技术以变频器为主,由于电源频率可以任意改变,所以能实现真正的无极调速。而变频器在桥机大小车运行机构上的成功应用,大大降低了设备的维护,提高了工作效率,有很大的节能空间。

(1)、系统采用开环或闭环控制的选择,作为一般的大小车运行机构拟采用开环控制方式,如果要构成闭环系统,一定要有PG(编码器)、检测回路和连接线。这些环节加大了安装的复杂性;增加了系统成本。(2)、速度给定方式的选取,绝大多数的变频器都有多种速度输入方式。由于桥机采用联动控制台控制,所以采用开关量作为速度给定,为做到系统的结构简洁,采用PLC与变频器通信接口传送速度与控制指令,这样,控制柜内的连接线最少。(3)、速度的给定:由于普通4极电机可在频率为25~75HZ范围长期运行,将几个档位分别确定为6HZ、20HZ、35HZ、50HZ、70HZ五个档位。其中一、二档作为低速就位档。桥式起重机采用变频控制方案,具有简单,可靠,平稳,高效,节能,保护功能齐全(过电流、过电压、欠压、接地、过热、短路),是自动化控制的理想选择。

 7、结束语 

该研究的创新点在与利用了变频器调速功能,提高了桥式起重机使用冲击和稳定性能,使大小车运行机构更加节能省电。变频调速技术用于起重机电气传动,实现四象限运行,保证起升机构各种工况要求和良好的低速就位性能,对推动桥机大小车起升机构节能的更新换代,具有非常实用的意义。

【参考文献】

[1]《电机与拖动》秦萌青,魏佩瑜等编,重庆大学出版社,1996

[2]《交流调速系统应用》蒋瑾瑾,任传胜主编,中国水利水电出版社,2010-03

[3]《起升机构调速技术》黄时伟著,建设机械与管理,2009-08,96-97

[4]《变频器技术与控制》陈宝华著,西南大学出版社,2000

作者简介:蒲爱国,男,工程师,1965年11月出生,大学本科学历,毕业于兰州理工大学,机械制造与自动化专业,工作于甘肃省张掖市特种设备检验所,从事电梯、起重机械、场内机动车辆检验工作。

王霞,女,助理工程师,1975年11月出生,大学本科学历,毕业于张掖河西学院,电气工程与自动化专业,工作于甘肃省张掖市特种设备检验所,从事电梯、起重机械、场内机动车辆检验工作。

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