变频器在起重机系统中的运用

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变频器在起重机系统中的

运用

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文件编号：KG-AO-8496-91 变频器在起重机系统中的运用

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一、概述

随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械化水平的不断提高，对塔机的制造质量和整机技术水平的要求也越来越高。塔机的各个传动机构所采用的方式、控制系统的技术水平、用户的可操作性和可维护性基本上就体现了整个塔机的技术水平和档次。而在这几个机构中，最为重要也是最具有技术代表性的是起升机构，它控制功率最大、调速范围最宽、出故障后的维修难度也最大。而且该系统在变速过程所产生的机械冲击的大小将直接影响塔机结构件的疲劳损伤程度。

为了改进其性能，国内各主机生产商在起升机构的调速控制技术上已花了许多工夫，得到了长足的进

步。从整体上看，绝大多数采用的是传统的单电机传动，以带涡流制动器的绕线式电机和多极电机调速的方案为主。这些传统的调速方案，要想达到较宽的调速范围，其途径不外乎设计制造大功率、宽调速范围的非标电机，如：采用带涡流制动器的多极绕线式电机或制作大极差的多速电机等。由于塔机起升机构所需要的较高调速要求不但给电机生产厂商带来了较多的质量控制难题，而且也增加了控制回路和电机的制造成本，降低了系统可靠性。更有甚者，随着用户对塔机的起吊能力要求越来越大，传统控制方式已经越来越感觉到力不从心，不论是上述技术的可实现性，其制造成本以及使用性能等方面也存在一些问题。所以，我们不得不寻求更理想的新的调速控制技术。

鉴于以上的原因，国内外的专业生产商在塔机的起升调速方式上进行了较多的新技术应用尝试，比如：采用多极电机的调压调速，引进变频调速等。逐渐地，随着变频技术的不断发展，不断地被人们认识，它以

绝对的优势超越了其他的任何调速方案，其优点数不胜数，如：零速抱闸，对制动器无磨损；任意低的就位速度，可用于精确吊装；速度的平滑过渡，对机构和结构件无冲击，提高了塔机的运行安全性；极低的起动电流，减轻了用户电网扩容的负担；几乎任意宽的调速范围，提高了塔机的工作效率；节能的调速方式，减少了系统运行能耗；单速的鼠笼电动机保证了机构的运行可靠性厖。正是因为这些明显的特点和优势，国外的塔机制造商所推出的新一代塔机的起升机构也大多采用变频调速方案，如POTAIN，LIEBHERR等世界著名公司。同时我们认为，随着变频器价格的不断降低，可靠性不断提高，变频技术一定能在塔机上得到广泛应用，这将对产品的安全运行和减少运行能耗都有重要的意义。为了普及变频技术，加深对变频调速方案的了解，本文将对变频技术在塔机起升机构上的应用作一探讨。

二、常规变频起升机构

1．结构介绍

变频调速技术在塔机各传动机构的应用在我国已经有近10年的时间，虽然取得了一些成功的应用经验，并且也有不少的变频起升机构现在正在工地正常运行，但与其他行业相比，变频调速技术在塔机上的应用还远远未达到应有的程度，其中有成本的原因，也有技术的原因。

国内和国外目前所采用的典型方案，从技术上来讲，大同小异，不同点在于：

（1）变频器的品牌不同，其采用的控制回路不同；

（2）系统是开环（不带PG）或者是闭环（带PG）

（3）机械结构的形式的不一样：L型布置、п型

布置或一字型布置等；

（4）减速机的类型不一样，如：圆柱齿轮减速机或行星减速机；是定速比或可变速比等。

就传动控制技术而言，以上所述差异并未涉及控制方式的改变，均为采用一台变频器控制一台电动机进行调速的典型模式，也可称其为常规变频起升机构。在所有的这些常规变频机构中，LIEBHERR公司在EC-H型塔机上装配的变频起升机构的特点最为突出，它采用250V电动机和与之匹配的变频器，配置可变速比的减速机，L型布置。该方案具备较好的起升速度特性，其缺点是系统成本高，而且部件通用性差。

2．常规变频起升机构的设计要点

（1）电动机极数和功率的校核

当起升机构的基本参数（如：最大起重量、最高工作速度等）给定后，就要对电动机的极数和功率进行确定和计算，其设计要点是：

a）电动机输出转速应小于3000转/分（由减速机输入级的工作转速限制）；

b）系统最高工作频率应小于100Hz（频率越高，电动机的损耗功率就越大，将破坏恒功率特性，起吊能力大幅度降低而无实际应用价值）；

c）电动机额定转矩用于校核最大起重量（考虑总传动比、效率、倍率等）；

d）电动机的额定功率用于校核高速时的起重量（考虑总传动比、效率、倍率等，如果频率接近100Hz，应考虑有效功率降低10～15%）。

在选择电机功率时，根据以上的条件就能基本确定减速机的减速比与电动机功率和极数。

（2）电控系统的设计

a）变频器的选取

当系统的电动机确定后，就可着手进行控制系统的设计。首先是变频器的选型。现在市场上的国内外变频器品牌不少，控制水平和可靠性差别较大，技术上大体可分为V/F控制、矢量控制和DTC直接转矩控制三种。用于塔机的起升机构，建议最好选用具有矢量控制功能或者是具有DTC直接转矩控制功能的变频器，这样的变频器品牌较多，设计者可根据自己的熟悉程度、技术支持力度、其他行业厂的使用情况等因素来选择。

由于变频器品牌的不同，相同功率下变频器的过