起升机构的负载属位能负载,因此在下降时负载将拖着电机进入发电制动状态某些传动效率较低的机构在空钩下降时除外。对于非变频驱动的电机,发电制动产生的能量可以直接回馈给电网,而变频调速时则必需仔细考虑这部分能量的释放问题。目前可采取的方法有两种,一是采用带回馈制动功能的变频器,这其实是增加了一套逆变单元,虽节能效果好,但一次性投资太大,一般只有,56及以上功率的系统才会使用。二是采用制动单元和制动电阻,这种方法一次性投资少,适用于多数的中小变频系统,只要制动单元和制动电阻选配合适,能够达到令人满意的效果。
塔机是一种对安全性要求很高的设备。对于起升机构来说,就是不允许重物“溜钩”即重物在无约束的情况下自由下滑。一般起升机构都配有机械式抱闸或盘式制动器。起动时,如果电机力矩还不足以拉住重物就将抱闸打开;或者在电机失电后抱闸还未施加上去,这两种情况都会造成溜钩。对于变频调速必需仔细调整抱闸动作的时序。
起升变频调速系统原理框图中型塔机起升机构的调速范围也在左右,这样的调速范围对于目前的变频器来说是很容易做到的。为了减少对减速机、塔机钢结构件的冲击,提高它们的使用寿命,希望起升机构能够无级变速或平滑换速,这一要求对目前常用的传动方案来说实现起来是比较困难的,如果采用变频调速可以轻而易举地满足这一要求。
塔机起升机构变频调速的优越性能够使用鼠笼电机,充分发挥了鼠笼机坚固耐用、几乎免于维护、体积小、惯量小的优势。与多速电机和绕线电机拖动方案相比,变频电机发热小,从而解决了目前困扰塔机厂和特种电机制造厂的起升电机易烧的问题。
与常的绕线电机加涡流制动器方案相比,变频调速的慢就位速度可以设置得很低,且电机不过载,故没有前者苛刻的运行时间要求,有利于提高定位精度。起动和换速时的电流小,对进线电源的容量要求小,特别适合建筑工地的电源条件。与传统的绕线电机串转子电阻调速的方法相比,变频调速低速时的转差铜耗要小得多,效率高,而且无论是轻载还是重载,进线功率因数都很高,节能效果显著。
接受联动台发出的主令信号通常是表示方向和挡位的开关量信号,向变频器发出运行指令包括正反方向和给定频率选择,变频器在确认了输出力矩能够保证重物不溜钩后,发出制动器松闸信号,使制动器打开。与变频电机同轴安装的旋转编码器为变频器提供速度反馈,以实现闭环矢量控制。运行过程中一旦发生异常,如变频器故障、超速、过流等,变频器一方面自动进入保护状态,同时向+,-发出故障信号。
变频控制方案的选择目前变频器的控制方式而达到与直流电机相媲美的控制效果,它能够在基频以下全频段实现很完善的恒转矩控制,故应为起升拖动应用的首选。而矢量控制也有两种方式,即带速度反馈的闭环控制方式和不带速度反馈的开环控制方式。从调速性能上来说,对于塔机起升机构这种对动态响应要求不很高的场合,用开环方式已经足够了,但从安全性来看,还是闭环控制好些,这是因为塔机的吊重变化范围很大,闭环控制能够起到失速、超速等多种保护功能。此外闭环控制还能提供121的零速转矩,杜绝重载溜钩的发生,并且在正反快速切换时抱闸不回位,提高了工效。综合以上的考虑,闭环矢量控制是起升机构变频调速的最佳方案。
容量选择:一般变频器的样本上多会列出各种容量的变频器适配的电机功率,但很多情况下只适用于风机水泵等平方率负载。对于起重工况,我们除了参考这一参数外,最重要的是要保证变频器的额定输出电流注意不是最大电流不小于满足加速时间、过载等要求时电机所需的最大电流。这是由于变频器的过载能力比较低,一般在+额定电流下只能维持一分钟左右,而电机的过载能力较强,两者不在同一级别。根据我们的经验,在按电机额定电流选取变频器的基础上提高一个档次是比较合适的。制动单元和制动电阻的选择在重物减速或恒速下降时,电动机将处于发电制动状态,由电机再生并反馈回变频器直流回路的能量可以在制动单元的控制下释放到制动电阻器上,从而获得制动转矩。如果制动单元选得太小或制动电阻器选得太大,就会造成回馈能量释放不及时,使变频器直流回路过电压,这是不允许的,变频器将自动保护并停止运行。目前制动单元有两种形式,即内置式和外置式。
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