劉帝芳

（陜西建設機械股份有限公司，陜西 西安 710200）

作為回轉類型塔機的主要工作機構之一，回轉機構是使塔機的回轉部分在水平面內繞回轉中心線轉動的機構?；剞D機構的作用是實現貨物的水平移動，通過起升、變幅和回轉3個機構的配合動作，可以將貨物運送到塔機工作幅度范圍內的任意位置。加速傳動齒輪的磨損，造成齒輪間打滑；若回轉齒輪副側隙過小，則增大了回轉機構的傳動扭矩，當傳動扭矩超過回轉機構的額定載荷時，就會致使塔機回轉電機斷軸。

2 塔機回轉電機變頻調速驅動控制

1 塔機回轉機構組成

回轉機構通常由回轉支承裝置和回轉驅動裝置兩部分組成?；剞D支承裝置用來連接起重機的回轉部分與非回轉部分，并提供回轉運動所要求的約束以保證回轉部分具有確定的運動，同時為回轉部分提供穩(wěn)固的支承，承受來自回轉部分的垂直載荷、水平載荷以及傾覆力矩；回轉驅動裝置則用來驅動回轉部分相對于非回轉部分實現回轉運動。

一般來說，回轉機構驅動裝置主要由以下3部分組成：

主動機，如電力驅動中的電動機；傳動裝置主要包括減速、換向和制動裝置等；多個回轉小齒輪與回轉支承裝置上的大齒圈嚙合傳動，以實現回轉部分作回轉運動。

目前我國塔機回轉機構普遍采用電機—液力偶合器—回轉減速器—回轉支承的結構形式。塔機回轉機構的最后一級傳動都是齒輪傳動，回轉小齒輪與回轉支承裝置上的大齒圈嚙合傳動，以實現回轉部分作回轉運動。但如果回轉小齒輪出力不均會目前大型塔機上回轉電機大都采用變頻調速或者使用繞線轉子異步電動機，以降低回轉啟動速度，減小塔機回轉啟動力矩。

2.1 一對多驅動控制（1個變頻器控制3個電機）

在使用變頻調速的控制系統(tǒng)中，通常用1個變頻器控制3個異步電機來驅動塔機回轉機構。具體結構如圖1所示。

圖1 一對多驅動控制

變頻器采用V/F控制方式，輸出的PWM信號同時控制3個電機，電機驅動各自連接的小齒輪。這種方式是開環(huán)控制，但由于電機特性和機械連接的不一致，可能會導致3個電機的負載不均衡，甚至出現一個電機過載運行，另一個電機輕載運行的情況。所以在這種驅動方式下，一定要安裝極限力矩限制器，防止電機過載?；蛘哂行┕r選擇在這種驅動控制方式下用力矩電機替換異步電機。

（1）極限力矩限制器。

為了保證回轉機械可靠工作和防止回轉驅動裝置過載，保護電機、金屬機構及傳動零部件免遭破壞。在傳動系統(tǒng)中一般還需裝設極限力矩限制器。極限力矩限制器在正常工作時，蝸桿的轉矩通過渦輪的圓錐形摩擦盤與上錐形摩擦盤間的摩擦力矩傳給小齒輪軸，帶動小齒輪轉動；當需要傳動的轉矩超過極限力矩聯(lián)軸所能承受的轉矩時，上下2個錐形摩擦盤間開始打滑，以此來限制所要傳遞的轉矩，起到安全保護作用。

（2）力矩電機［2］。

交流力矩電機是一種用交流電壓信號控制的力矩電動機，可以長期工作在低速或堵轉狀態(tài)，力矩電機的軸以恒力矩輸出動力。因為力矩電動機轉子電阻比異步電動機轉子電阻大得多，所示相對來說力矩電動機轉差頻率大，特性比較軟。在一對多驅動控制中，若某個電機過載，其轉速會自動下降來調整3個電機之間負載均衡。

2.2 一對一驅動控制（1個變頻器控制1臺電機）

為了改進一對多驅動控制的弊端，文章提出一對一驅動控制方式，即1個變頻器控制1臺電機，每臺電機的輸出特性都可控。若每臺變頻器都是V/F控制，每臺電機的輸出特性不一致，仍然會出現負載不均衡的情況。所以在一對一驅動控制中，變頻器必須采用特殊控制方式。

（1）主從控制。

主從控制就是1臺變頻器采用開環(huán)矢量速度控制做為主機，另2臺變頻器采用轉矩控制為從機，從機變頻器接收主機變頻器的輸出轉矩做為轉矩控制的給定，保證3臺電機輸出轉矩一致，出力均衡［3］。具體結構如圖2所示。

在主從控制中，變頻器采用開環(huán)矢量控制。主機為速度反饋（估算速度）控制，算法中必須有速度環(huán)PI控制，其輸出作為轉矩的給定值。而從機為外部轉矩給定控制，在轉矩來源選擇中選外部給定轉矩（將主機的輸出轉矩通過模擬量傳輸給從機），即從機算法中沒有速度環(huán)PI控制。所以從機輸出轉矩完全跟隨主機，這樣就能保證3臺電機負載均衡。其具體原理框圖如圖3所示。

圖2 主從控制方式

圖3 主從控制原理框圖

（2）DROOP控制。

當多臺電機剛性連接驅動一個負載時，為了在電機之間取得負載平衡，可以使用DROOP控制。其原理就是在負載轉矩過高時使電機減速，負載轉矩過低時使電機加速，從而保持負載平衡。3臺變頻器都采用開環(huán)矢量速度控制，同時都能使用DROOP控制。具體框圖如圖4所示。

圖4 DROOP控制方式

在DROOP控制中，3臺變頻器都采用開環(huán)矢量速度控制，即3臺變頻器算法中都有速度環(huán)PI控制。而DROOP控制將接收到的手柄速度給定信號經過算法后做為速度環(huán)中的給定速度。DROOP控制的原理如圖5所示。DROOP算法為給定速度減去負載轉矩乘以DROOP系數。輸出負載轉矩大，則速度給定減小，即電機減速；輸出負載轉矩小，則速度給定增大，即電機加速，從而平衡3個電機之間的負載。DROOP系數為零，則不能使用DROOP控制。

3 結束語

自動化產品在塔機行業(yè)的應用已經得到認同，未來5年內需求將會保持高速增長。如今變頻調速技術已廣泛應用于塔機［1］，而如何選擇更優(yōu)的驅動控制方式來保證塔機工作的穩(wěn)定、安全，將是必須考慮的問題。

圖5 DROOP控制原理