【摘要】 本文介紹了橋式抓斗起重機（簡稱橋抓）負載的特點、變頻技術(shù)在“橋抓”傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用、主要技術(shù)參數(shù)的選擇與設(shè)定以及改造后所取得的明顯效果。 【關(guān)鍵詞】 “橋抓”變頻調(diào)速 矢量控制 前言 　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)普遍應(yīng)用于電力拖動領(lǐng)域，特別是眾多的熱電廠紛紛采用變頻器、對一些耗能較大的設(shè)備（如引風(fēng)機、送風(fēng)機、給水泵、循環(huán)泵等）實行變頻調(diào)速，取得了明顯的節(jié)能效果。而“橋抓”采用變頻調(diào)速，取代傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)子回路串阻調(diào)速控制方法，近幾年才開始應(yīng)用的新技術(shù)，是一個新的探索和嘗試。本文簡述了無速度傳感器矢量控制的變頻技術(shù)在“橋抓”傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用。 1 負載的特點 　　“橋抓”在運行過程中負載的變化十分復(fù)雜，在拖動過程中對轉(zhuǎn)矩要求高，特別要求變頻拖動與調(diào)速系統(tǒng)在低速包括零速時應(yīng)能輸出較大轉(zhuǎn)矩（>150%額定力矩），動態(tài)響應(yīng)快，能承受四象限力矩的變化，“橋抓”在運行過程中，電機處于頻繁的正反轉(zhuǎn)切換運行，起動時沖擊力大；“橋抓”的抓斗是提升負載，當(dāng)抓斗由下至上運行時，電動機工作在電動狀態(tài)，當(dāng)抓斗由上至下運行時，電動機工作在發(fā)電狀態(tài)。 　　傳統(tǒng)的“橋抓”電氣傳動系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法起動和調(diào)速，抓斗的卷揚、開閉電動機在使用過程中反復(fù)承受無數(shù)次的倒順轉(zhuǎn)操作，經(jīng)常受強電流、大力矩沖擊，對電機和機械部件損傷較為嚴(yán)重，交流接觸器、電阻箱、滑環(huán)碳刷使用壽命短，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。要從根本上解決“橋抓”故障率高的問題，只有徹底改變繞型電機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，應(yīng)用變頻器其優(yōu)越的軟啟及調(diào)速性能與完善的保護功能，為“橋抓”的傳動系統(tǒng)可靠運行提供有利的條件。 2 改造方案 　　由于抓斗兩臺電動機的運行狀態(tài)是可逆的，所以采用的變頻器也應(yīng)是可逆的，而用于“橋抓”的日立J300（SJ300）系列變頻器能實現(xiàn)是象限運行，它能將電網(wǎng)的電力輸送給電動機，拖動“抓斗”上升，而當(dāng)“抓斗”下降時，通過自動放電單元，將電動機的再生能量消耗在放電電阻上，并起到“能耗制動”的作用。 2.1 動力回路 　　進線交流接至“橋抓”操作臺空氣開關(guān)柜內(nèi)，大車、小車電機保持原有接線方式。加裝HRS-200刀熔開關(guān)作為主吊，開閉調(diào)速電動機變頻器的斷開點。刀熔開關(guān)的上端接至拖纜端子盒，下端接變頻器的輸入，變頻器輸出接電動機。變頻器的過壓過流、短路等保護功能作為電動機保護，刀熔開關(guān)及電源總空氣開關(guān)作為變頻器的后備保護。 2.2 控制回路 　　“橋抓”操作臺的運行指令，外部動作要求信號通過控制單元與變頻器連接，變頻器對外的動作要求信號通過控制單元與外部執(zhí)行單元連接?？刂妻D(zhuǎn)速點數(shù)由主令控制檔數(shù)設(shè)定。繼電器及相應(yīng)其他元件，都選擇采用優(yōu)質(zhì)品牌的歐姆龍或富士產(chǎn)品。 3 主要技術(shù)參數(shù) 　　在橋抓上應(yīng)用變頻器，因為其特定的工況要求及特殊的負載特性，也就決定了如何使用變頻調(diào)速裝置的型號、功率、保護等技術(shù)參數(shù)的合理配置，必然要結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備具體情況慎重考慮選擇。 以下簡述一下我單位在改造舊“橋抓”采用變頻調(diào)速時，進行分析選擇的幾個主要技術(shù)參數(shù)。 3.1 驅(qū)動電機 　　傳統(tǒng)的交流起重機用繞線式異步電機，其輸出外特性與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)。而改用變頻調(diào)速，通過保持電壓/頻率（V/F）基本恒定條件下，改變頻率來實現(xiàn)調(diào)速，因此可用結(jié)構(gòu)簡單，維護方便的鼠籠式異步電動機來取代。但必須滿足功率、轉(zhuǎn)矩、散熱等要求。 3.2 變頻調(diào)速器 　　考慮到“橋抓”工況可變性大的因數(shù)，所以選用比電機功率升一級的變頻器。例如：用37KW的鼠籠式異步電動機，應(yīng)選用45KW的變頻器。投入資金雖然要增加一點，但變頻器功率模塊承受頻繁起動電流沖擊的能力及設(shè)備的可靠性卻大為增加。 3.3 拖動轉(zhuǎn)矩 　　日立J300系列變頻器具有無速度傳感器矢量控制技術(shù)，當(dāng)變頻器有0.5Hz輸出時即有150%以上的高起動轉(zhuǎn)矩，保證懸空起動及低速運轉(zhuǎn)時的電機力矩，并可在10：1的速度范圍內(nèi)（6-60Hz/5-50Hz）以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運行。速度調(diào)速偏差小于±1%。并利用一個高速微處理器和裝備DSP來提高響應(yīng)速度，在提升設(shè)備中對防止“滑落”很有效果，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間約0.1秒便可達到100%的轉(zhuǎn)矩。 3.4 能耗制動單元 　　“橋抓”在操作抓斗下落時，變頻器將受到較高電勢的能量釋放過程，為保證變頻器不過壓跳閘不被擊壞，增設(shè)能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。進行制動時放電電阻與電機內(nèi)部的有功損耗部分結(jié)合成制動轉(zhuǎn)矩，大約為電機額定轉(zhuǎn)矩的20%。制動電阻的計算如下； RBO=UC2/0.1047(TB-0.2Tm)n1 (1) 式中：UC——直流回路電壓； TB——制動轉(zhuǎn)矩； Tm——電動機額定轉(zhuǎn)矩； n1——開始減速時的速度； 由制動單元和制動電阻構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受制動單元的最大允許電流IC的限制。制動電阻的最小允許值Rmin為： Rmin= UC/IC （2） 因此，制動電阻應(yīng)滿足以下選擇范圍Rmin < RB < RBO （3） 制動電阻所需功率PBO（KW）計算如下： PBO=0.1047(TB-0.2Tm)（n1 + n2）*10-3/2 （4） 3.5 功能參數(shù) 　　變頻器調(diào)式投用時，功能參數(shù)的設(shè)置，直接關(guān)系到變頻器與設(shè)備運行工況是否配合恰當(dāng)?shù)闹匾h(huán)節(jié)。比如F2輸出額定頻率的設(shè)定，F(xiàn)6加速時間的設(shè)定，F(xiàn)7減速時間的設(shè)定，A0轉(zhuǎn)矩控制方式的設(shè)定等等。特別是電機參數(shù)的測定，均需通過“橋抓”使用過程中結(jié)合設(shè)備運行情況不斷摸索修正。否則，由于某參數(shù)設(shè)置不合理，也可能使變頻器工作不正常或造成電機過熱等未能預(yù)想的異常情況發(fā)生而損壞電氣設(shè)備。 3.6 運行環(huán)境 　　由于變頻器應(yīng)用與橋抓上，工作環(huán)境差。如粉塵多，振動大，雨天空氣潮濕等。因此，運行中應(yīng)注意變頻器的緊固與防潮以確保變頻器的安全運行。 4 應(yīng)用效果 　　經(jīng)過多放面調(diào)研和技術(shù)咨詢最終采用日立J300系列矢量控制變頻器，對橋抓主吊開、閉兩臺37KW電機進行變頻調(diào)速改造，經(jīng)一年多的運行基本達到預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的使用效果，并歸納總結(jié)如下： 4.1 由于省去了切換轉(zhuǎn)子電阻CJ12-100A交流接觸器、滑環(huán)碳刷架、碳刷、串聯(lián)電阻等電氣元件因而大大減化了電氣控制線路。不僅節(jié)約了電氣檢修費用并且提高了設(shè)備安全穩(wěn)定可靠性。 4.2 變頻調(diào)速電機的軟起動，避免了機械受大力矩沖擊的損傷和破壞，減少了機械維護及檢修費用，尤其明顯減少了更換鋼絲繩的工作量及檢修費用。 4.3 最主要的受益體現(xiàn)在設(shè)備健康水平提高，根本性地解決了沒有頻繁故障的老大難問題，提高了設(shè)備的運行效率。 4.4 與原橋抓的調(diào)速方式相比，由于減少了交流接觸器、碳刷、串聯(lián)電阻等電氣元件的能量損耗，一定程度地收益到節(jié)電的效果，經(jīng)測算全年節(jié)約各項費用3萬多元，預(yù)計投資回收期約三年。 （由于“橋抓”的穩(wěn)定可靠，運行、帶來的社會效益和間接效益是無法估計的） 4.5 主令控制器的控制電流大大減小，從而提高了操作的可靠性。 5 結(jié)論 　　從以上橋抓變頻調(diào)速的應(yīng)用及成效證明：變頻技術(shù)在橋式抓斗起重設(shè)備上的應(yīng)用技術(shù)上是切實可行的，效果也較為顯著，基本達到預(yù)期目標(biāo)。相信通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善改進，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機上的開拓應(yīng)用，必然成為將來發(fā)展的方向。