何偉峰，祁 廣，杜 亮

(河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南平頂山 467001)

電動葫蘆是一種用來起吊、放下和搬運重物、散料并使重物、散料在短距離內(nèi)水平、垂直方向上移動的起重、搬運設(shè)備，是生產(chǎn)過程中不可缺少的一種起重、搬運設(shè)備。電動葫蘆的主體懸掛在行走小車上，小車在起重機大梁的工字鋼下沿上行走進行就位作業(yè)。小車構(gòu)造簡單，是一個錐形轉(zhuǎn)子電機推動，由小減速箱減速后帶動行走輪行走。一端的錐形電動機，通過花鍵套和傳動軸將動力傳遞到另一端的減速機，經(jīng)過減速的動力，傳遞到中間的鋼絲繩卷筒，由鋼絲繩和吊鉤進行起重作業(yè)，這種電動機有制動功能。

河南神馬氯堿化工股份有限公司乙炔工序5 t電動葫蘆起重機，起重機垂直拖動有一臺12 kW的錐形電動機驅(qū)動，橫向拖動有一臺小型的繞線式異步電動機驅(qū)動，在原傳動控制中，采用接觸器控制方式。

原系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的故障是燒毀電機，電動機在使用過程中由于控制系統(tǒng)的性能限制會發(fā)生缺相運行。一般情況下，電動機在缺一相電源時還能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但由于電動機轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速急劇下降，繞阻中的電流突增，使得繞阻的溫升增高，若不及時切斷電源，將使電動機的絕緣受損，甚至燒毀，造成繞阻內(nèi)部短路，釀成嚴重的后果。

另外，錐形電機由于結(jié)構(gòu)上的限制，使得其在絕緣上存在不足，這也是引起繞阻燒毀的一個重要原因。

由于工作環(huán)境影響，加上工作任務(wù)重，沖擊電流偏大，觸頭燒損、電機燒損，故障率高對生產(chǎn)影響很大，維修量和維修費用也很高。并且此調(diào)速方式機械特性軟，啟動不夠平滑，配電回路及長期發(fā)熱浪費能量。

其系統(tǒng)存在的主要缺點如下:

①接觸器控制受環(huán)境影響，電動機在使用過程中經(jīng)常會發(fā)生缺相運行，在電動機轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速急劇下降，繞阻中的電流突增，使得繞阻的溫升增高的情況下，容易將使電動機的絕緣受損，甚至燒毀，造成繞阻內(nèi)部短路，釀成嚴重的后果。②拖動電動機起動時電流對電網(wǎng)沖擊很大，長期進行電能浪費非常嚴重。③系統(tǒng)機車起動、停止過快，而且都是大慣性負載，機械沖擊也很大，使機械設(shè)備使用壽命縮短，運行可靠性降低。④電動機一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次工作是變負載，因此造成非常大的電能浪費。⑤由于電機是通過交流接觸器控制，切換十分頻繁，在大電流下，非常容易燒壞觸頭。同時因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的銅電阻因灰塵、設(shè)備振動等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。因而設(shè)備故障率高，維修量大。

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本次改造對起重機采用變頻器技術(shù)。

1 改造方案

交流電動機的調(diào)速方式很多，針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，綜合各種性能最佳者為變頻控制方式。總體方案控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 改造控制系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖說明:通過外界模擬給定，任意給定頻率值;以及設(shè)定變頻器控制參數(shù);控制端子進行升、降、起、停等操作，整個系統(tǒng)處于開環(huán)運行。

2 拖動系統(tǒng)

2.1 升降用電動機選型

由于要求較高，原來采用的是錐形異步電動機;若采用錐形異步電動機，在選擇驅(qū)動變頻器時則需要采用矢量性高力矩變頻器，以彌補電機的不足，改善電機因數(shù)。由于經(jīng)濟方面的問題，還使用原來的電動機。

2.2 速度整定方法

采用目前國際最先技術(shù)具有矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速可以分檔控制，可以實現(xiàn)多段速度運行，從低到高或從高到低自由切。

2.3 制動方式

采用再生制動、直流制動和錐形電機機械制動相結(jié)合的方法。通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的起重機的速度迅速而準確地將轉(zhuǎn)速降到0(使它們停止)。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點

起重機控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制。在電機制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停住狀態(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。

防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是:

機械制動器在通電到松開(或從斷電到抱住)之間是需要時間的，大約0.6 s(視型號和大小而定)。因此，變頻器如過早地停止輸出，將容易溜鉤。變頻器必須避免在電磁制動器抱住的情況下輸出較高頻率，以免發(fā)生“過流”而跳閘的誤動作。

為此，具體控制方法利用變頻器的零速全轉(zhuǎn)矩功能和直流制動勵磁功能的高性能矢量變頻器，具備了有效的防止溜鉤的一些獨特的制動功能，如:零速全轉(zhuǎn)矩功能。變頻器可以在速度為0的狀態(tài)下，保持電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩。這一功能保證了起重機由升降狀態(tài)降為0時，電動機能夠使重物在空中停住，直到制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤的放生。起動前的直流強勵磁功能。變頻器可以在起動之前自動進行直流強勵磁。使電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩(有速度傳感器的矢量控制:200%r/min;無速度傳感器的矢量控制:150%/0.5 Hz)，維持重物在空中的停住狀態(tài)，以保證電磁制動器在釋放過程中不會溜鉤。

4 改造后控制系統(tǒng)的優(yōu)點

4.1 變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的保護功能強

變頻調(diào)速以其體積小、通用性強、動態(tài)響應(yīng)快、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式;使用變頻器控制電機的運行控制，可以進行電機的軟啟動，而讓電機具有很快的動態(tài)響應(yīng)并且實現(xiàn)無級調(diào)速;另外對電機的一些參數(shù)做到補償;對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時很準確的檢測而自動采取應(yīng)變措施保護電機。

4.2 工作可靠性顯著提高

主要體現(xiàn)在:控制系統(tǒng)的故障率大為下降，原系統(tǒng)是由于十分復(fù)雜的接觸器、繼電器系統(tǒng)進行控制的，故障率較高。采用了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)大大簡化，可靠性大為提高。

4.3 節(jié)能效果十分可觀

異步電動機在低速運行時，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)消耗大量的電能。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，非但外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)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。

4.4 調(diào)速質(zhì)量明顯提高

采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速范圍有PG矢量控制時1∶1000，無PG矢量控制時1∶100，速度控制精度有速度傳感器矢量控制0.05%，無速度傳感器矢量控制0.5%最高頻率，并且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。

5 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的介紹

5.1 制動單元和制動電阻

本系統(tǒng)對于重物下降時電動機再生的電能，采取由變頻器外接的制動單和制動電阻消耗掉的方式。針對起重機的起重機升降機鉤起、制動頻繁，要求制動的轉(zhuǎn)矩較大，以及下降時制動狀態(tài)的持續(xù)時間較長等特點，因此:制動單元用標準配置就可以實現(xiàn)制動過程的功能。制動電阻的額定功率可以稍稍的加大一倍。

5.2 變頻器選擇

變頻器選用美國EMERSON(艾默生)品牌變頻器。采用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥(1.05～1.10A)電動機的額定電流或電動機實際運行中的最大電流。

I1NV≥(1.05～1.10)IN或(1.05～1.10)Imax;式中I1NV，變頻器額定輸出電流，A;IN，電動機的額定電流，A;Imax，電動機實際最大電流，A。

對于起重機升降電動機，考慮到功能性負載，工作時總是重載起動、制動;而且要求盡可能地快速起動、制動。變頻器的容量是按上式計算得到的。

所實現(xiàn)的功能如下:對于普通的負載，停止變頻器運轉(zhuǎn)、切斷流向電機的電流，則由于負載的反抗轉(zhuǎn)矩電機將減速，并很快停止，也叫自然減速或自由停車。但是，若想在更短的時間內(nèi)讓電機停止，就必須使電機產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩。變頻器產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩時，電機從負載接受機械能，將它變?yōu)殡娔芩腿胱冾l器，導致直流回路電壓升高，此時變頻器必須處理這部分能量，否則由于直流回路的電容器被過充電，過壓保護動作將使其運轉(zhuǎn)停止。

由電動機同頻轉(zhuǎn)速公式n0=60f1/p(n0為電機轉(zhuǎn)速，f1為供電電源頻率，P為電機極對數(shù))可知，改變供電電源頻率即可達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。我公司在乙炔電動葫蘆控制系統(tǒng)改造中，靠變頻器預(yù)先設(shè)定的一個電壓補償?shù)竭_信號使電動機定子、轉(zhuǎn)子在磁力作用下打開抱閘系統(tǒng)，進而可以進行其他相關(guān)操作。操作人員通過起重機升降(升降)操縱聯(lián)動臺分別給其控制的變頻器一個起、停、起的信號而讓變頻器動作。當通過起重機升降控制臺給其控制的變頻器一個起升的信號后，變頻器帶動起升電機工作，但剛開始時由于變頻器輸出的頻率還小，而且起升的抱閘電機不會運行，當變頻器的輸出頻率達到預(yù)設(shè)定的頻率后，通過磁力使得電機脫離自身抱閘，電機運行松閘，進而完成起重機上升的任務(wù)。當起重機下降過程中，變頻器的輸出頻率較小作用與抱閘系統(tǒng)，就會馬上抱閘這樣避免起重機失速猛的下落而造成的危害傷害。

乙炔電動葫蘆控制系統(tǒng)改造后，可以使普通異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速，啟動電流小，減少電源設(shè)備容量，啟動平滑，消除機械的沖擊力，保護機械設(shè)備，對電機具有保護功能，降低電機的維修費用;同時給操作者的使用帶來很大的方便，達到操作靈活簡單，安全可靠。該改造項目完成后為公司的順利生產(chǎn)提供了有力的保證。