機(jī)械工程師通常指的是從事機(jī)械行業(yè)專業(yè)人士。本文是選自省級科技期刊《機(jī)械工程師》中的初級機(jī)械工程師職稱論文范文：淺談變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的改進(jìn)與應(yīng)用。

　　摘要: 本文闡述了塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)控技術(shù)取代傳統(tǒng)變速調(diào)速，選用合適變頻器，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)無極調(diào)速，提高塔機(jī)控制精度和系統(tǒng)的可靠性。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)的半自動化控制。

　　關(guān)鍵詞: 起升機(jī)構(gòu),變頻技術(shù),變頻器

　　一、引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，塔機(jī)的應(yīng)用日益普遍需求量快速增長。全國塔機(jī)已達(dá)到10萬臺以上，現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)控技術(shù)在電力托動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，采用變頻調(diào)控技術(shù)取代老式變阻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)無機(jī)調(diào)速，提高了控制精度和系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的半自動化控制�，F(xiàn)在變頻技術(shù)的不斷發(fā)展,不斷地被人們認(rèn)識,它以絕對的優(yōu)勢超越了其他的任何調(diào)速方案,其優(yōu)點(diǎn)數(shù)不勝數(shù),如:零速抱閘,對制動器無磨損;任意低的就位速度,可用于精確吊裝;速度的平滑過渡,對機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊,提高了塔機(jī)的運(yùn)行安全性;極低的起動電流,減輕了用戶電網(wǎng)擴(kuò)容的負(fù)擔(dān);幾乎任意寬的調(diào)速范圍,提高了塔機(jī)的工作效率;節(jié)能的調(diào)速方式,減少了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。本文結(jié)合實(shí)際，談?wù)勗趯?shí)際工作中變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的更新與應(yīng)用。

　　二、開發(fā)雙變頻起升機(jī)構(gòu)的必要性

　　到目前為止，變頻器在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用已經(jīng)有了近10年的歷史，從上述分析我們知道，變頻調(diào)速技術(shù)會給塔機(jī)的運(yùn)行帶來較多的好處，而且國家的有關(guān)技術(shù)推廣部門和行業(yè)協(xié)會也舉辦過多次變頻技術(shù)應(yīng)用的專題研討會，但實(shí)際的采用量并不理想，業(yè)內(nèi)只有少數(shù)有實(shí)力的主機(jī)廠推出過變頻起升機(jī)構(gòu)，這遠(yuǎn)不能與其他行業(yè)的應(yīng)用程度相比。有理由認(rèn)為，限制變頻技術(shù)在行業(yè)內(nèi)推廣的主要原因是：

　�、抛冾l系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的售后服務(wù)難度大，與常規(guī)系統(tǒng)相比，加大了塔機(jī)的停機(jī)維修時間，增加了用戶的停工損失;

　�、谱冾l控制系統(tǒng)的成本要高于常規(guī)起升機(jī)構(gòu)，增加了推廣難度;

　　變頻起升機(jī)構(gòu)成本的60%左右是變頻器，由于目前變頻器的價格還較高，所以系統(tǒng)總成本要高于常規(guī)起升機(jī)構(gòu)，但隨著變頻技術(shù)的不斷普及和提高，變頻器的價格還有較大的下降空間，而常規(guī)起升機(jī)構(gòu)的成本基本已無潛力可挖。我們相信，在不久的將來，常規(guī)起升機(jī)構(gòu)的成本將無絕對優(yōu)勢可言。所以，行業(yè)技術(shù)工作者的當(dāng)務(wù)之急是如何能設(shè)計出減輕售后服務(wù)壓力的變頻起升系統(tǒng)。

　　三、塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的作業(yè)狀況分析

　　衡量一臺塔機(jī)的工作能力，不單是所配起升機(jī)構(gòu)的最大起重量這一參數(shù)，而更為重要的參數(shù)是工作力矩的大小，它是塔機(jī)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)。正是由于力矩參數(shù)的限制，塔機(jī)是不可能在任何工作幅度下都能起吊最大起重量的，而且從工地現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行情況來看，塔機(jī)起吊最大重量的工況也是非常少的。

　　這就給我們提供了一個思路：如果把現(xiàn)有的由一臺電動機(jī)和一臺變頻器控制的變頻起升機(jī)構(gòu)改變成功率減半的兩臺電動機(jī)和兩臺小變頻器來共同驅(qū)動的話，即使有電機(jī)或者是變頻器出現(xiàn)故障，塔機(jī)在絕大部分情況下還是可以照常工作的。這樣就大大減少了主機(jī)廠的售后服務(wù)壓力，對用戶也十分有利。

　　四、變頻器的選取

　　當(dāng)系統(tǒng)的電動機(jī)確定后，就可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計。首先是變頻器的選型。現(xiàn)在市場上的國內(nèi)外變頻器品牌不少，控制水平和可靠性差別較大，技術(shù)上大體可分為V/F控制、矢量控制和DTC直接轉(zhuǎn)矩控制三種。用于塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，建議最好選用具有矢量控制功能或者是具有DTC直接轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器，這樣的變頻器品牌較多，設(shè)計者可根據(jù)自己的熟悉程度、技術(shù)支持力度、其他行業(yè)廠的使用情況等因素來選擇。

　　由于變頻器品牌的不同，相同功率下變頻器的過載能力和額定電流值也不完全一致。所以，選擇變頻器容量時，不單要看額定功率的大小，還要校核額定工作電流是否大于或者即是電動機(jī)的額定電流，一般的經(jīng)驗(yàn)是選擇變頻器的功率大于電動機(jī)功率10～30%左右。

　　五、變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的方案

　　塔式起重機(jī)在起升機(jī)構(gòu)中應(yīng)用變頻技術(shù)以日本安川變頻器為主，主要應(yīng)用于中大塔機(jī)，同時4繩最大起重量小于等于6T的小中型塔機(jī)競爭激烈，成本控制嚴(yán)格，所以變頻器應(yīng)用極少。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)變頻器技術(shù)日益成熟，價格優(yōu)勢明顯，應(yīng)用于中小塔機(jī)已經(jīng)成為可能。

　　首先是系統(tǒng)采用開環(huán)或閉環(huán)控制的選擇,作為一般的塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)擬采用開環(huán)控制方式,如果要構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),一定要有PG(編碼器)、檢測回路和連接線。這些環(huán)節(jié)加大了安裝的復(fù)雜性;增加了系統(tǒng)成本。

　　其次是速度給定方式的選取,絕大多數(shù)的變頻器都有多種速度輸入方式。由于起重機(jī)采用聯(lián)動控制臺控制,所以采用開關(guān)量作為速度給定,為做到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡潔,我們采用PLC與變頻器通信接口傳送速度與控制指令,這樣,控制柜內(nèi)的連接線最少。

　　第三是速度的給定:由于普通4極電機(jī)可在頻率為25～75HZ范圍長期運(yùn)行,所以我們將幾個檔位分別確定為6HZ、20HZ、35HZ、50HZ、70HZ五個檔位。其中一、二檔作為低速就位檔。

　　實(shí)際運(yùn)行證明,固定塔式起重機(jī)采用變頻控制方案,具有簡單,可靠,平穩(wěn),高效,節(jié)能,保護(hù)功能齊全(過電流、過電壓、欠壓、接地、過熱、短路),是自動化控制的理想選擇。完美的替代的原有的傳統(tǒng)控制模式,具有普遍的推廣價值。

　　從改造后的運(yùn)行情況來看,效果非常明顯:

　　(1) 系統(tǒng)采用5段速變頻啟動,啟動沖擊小,可以緩啟緩?fù)�。由于采用單電機(jī)工作,沒有了兩電機(jī)時的切換動作,電機(jī)啟動時對變速齒輪箱的沖擊大大減少。提升機(jī)的啟動,加速,減速,制動等過程平穩(wěn)快速,負(fù)載的波動小,操作靈活穩(wěn)定。

　　(2)制動方面,沒有了兩電機(jī)相互之間的能耗制動,電量消耗減少,單電機(jī)的運(yùn)行電流根據(jù)負(fù)載的大小決定,只有原系統(tǒng)的三分一電流。變頻器采用反饋制動,對提升機(jī)無任何沖擊,無需電機(jī)來釋能,電機(jī)的放熱減小,延長壽命。

　　(3)變頻器擁有完善的電流、電壓、力矩、轉(zhuǎn)速、方向等檢測記憶功能,這是原系統(tǒng)不具備的,技術(shù)人員可根據(jù)定期的勘查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題及時處理,解除安全隱患。

　　因此，根據(jù)塔式起重機(jī)使用的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展，我們需要探討的問題是生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的塔式起重機(jī)。特別是安全問題，隨著人們安全意識的不斷增強(qiáng)，對塔式起重機(jī)安全裝置的重要性更加重視，積極開展對塔式起重機(jī)的改進(jìn)及新技術(shù)的應(yīng)用的理論研究勢在必行，以促進(jìn)塔式起重機(jī)生產(chǎn)的進(jìn)一步改進(jìn)，滿足塔式起重機(jī)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展及需求。

　　《機(jī)械工程師》雜志創(chuàng)刊于1969年，系國內(nèi)外公開發(fā)行的大型綜合性科技期刊，它是一份深具新聞價值、工具價值、決策參考價值、投資指南價值、管理借鑒價值、潮流引導(dǎo)價值的中國制造業(yè)主流期刊。曾用刊名：黑龍江機(jī)械。

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