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1 引言
橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，俗稱天車，廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成，參見圖1。

起重機電動運行機構(gòu)的驅(qū)動方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為獨立驅(qū)動，即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。

電動運行機構(gòu)由三個基本獨立的拖動系統(tǒng)組成。①大車拖動系統(tǒng)：拖動整臺起重機順著車間做“橫向”運動（以操作者的坐向為準）。②小車拖動系統(tǒng)：拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動。③吊鉤拖動系統(tǒng)：拖動重物作吊起或放下的上下運動。

相對于提升機構(gòu)控制，橋式起重機在大車拖動以及小車拖動方面對于
變頻器的控制要求比較低，所以本文重點介紹臺達VE系列變頻器在提升機構(gòu)控制上的應(yīng)用。提升機構(gòu)的運轉(zhuǎn)具有大慣性，四象限運行的特點，與其他傳動機械相比，對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。臺達VE系列變頻器是專為起重機類負載而設(shè)計的變頻器，具有如下特點：①具有全程矢量控制。在1HZ的低頻下，即使無速度反饋環(huán)節(jié)，也能提供150%額定轉(zhuǎn)矩的啟動力矩。②四象限運行。可配置制動單元，實現(xiàn)四象限運行，而且動態(tài)響應(yīng)好。③恒轉(zhuǎn)矩特性。在全速范圍內(nèi)，具有恒轉(zhuǎn)矩特性。

圖1 橋式起重機結(jié)構(gòu)

2 VE變頻器在提升機構(gòu)上的應(yīng)用設(shè)計
為了確保設(shè)計條件，項目對于臺達VE系列變頻器起重機工程適用性進行實際測試。測試地點為株洲某專業(yè)生產(chǎn)起重設(shè)備的工廠。測試配置：電機型號為YZR200L-8（繞線電機），功率15Kw，額定數(shù)入電壓380V，額定輸入電流34.6A，電機極數(shù)8極，額定頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速為712rpm，無編碼器。抱閘采取電磁閥方式，使用3相380V電源控制。考慮到以后超負荷運行的可能，以及長期運行的穩(wěn)定性，選用臺達VFD220V43A-2變頻器做測試。

2.1主電路設(shè)計
由于臺達變頻器功率大于11KW型號等級無內(nèi)置剎車單元，所以選配外置推薦剎車單元VFDB4030一臺。剎車電阻說明書上標配型號為4800W/27.2歐姆，考慮到剎車性能以及天氣炎熱時電阻的散熱性能，剎車電阻規(guī)格的選擇原則有兩個方面的依據(jù)：等效電阻值保持在推薦最小電阻值，功率選擇為推薦功率的2倍左右。由于手頭上有BR1K5W040(1500W/40歐姆)規(guī)格現(xiàn)貨，所以選擇12根BR1K5W040規(guī)格的電阻，通過串并聯(lián)連接，其等效電阻為30歐姆，等效功率為18KW。實際連接示意圖如圖2所示。VE系列變頻器電氣接線圖參見圖3。


圖2外置剎車單元VFDB4030電原理圖

圖3 VE系列變頻器電氣接線
2.2變頻器SVC控制方式
無速度傳感器矢量控制（也稱為SVC控制方式，sensorless VC）可以獲得接近閉環(huán)控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。與傳統(tǒng)V/Hz控制比較，無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負載的起動中有明顯的優(yōu)勢。正是由于這些驅(qū)動特性，該控制技術(shù)已逐漸成為通用恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動應(yīng)用的選擇。

臺達VE系列變頻器提供SVC控制方式，能夠很好的滿足起重設(shè)備上啟動時需要滿負載（甚至是過負載，通常運行時間很短）運行。SVC控制方式從基本原理上講能夠獲得優(yōu)異的動靜態(tài)特性，但是前提是獲得準確地電機參數(shù)。VE變頻器涉及到電機的相關(guān)參數(shù)參見表1。

表1 VE變頻器電機相關(guān)參數(shù)


2.3 報閘時序控制
在起重設(shè)備的應(yīng)用上，一般都會存在機械抱閘機構(gòu)，這主要是考慮到安全方面的因素。提升機構(gòu)在機械抱閘機構(gòu)抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止狀態(tài)下滑的現(xiàn)象（稱為溜鉤），防止溜鉤是橋式起重機控制系統(tǒng)設(shè)計中的安全控制環(huán)節(jié)。當?shù)蹉^起吊重物停止在半空中時，如果要作上升或者下降動作，變頻器的運行和對機械抱閘機構(gòu)的控制，這兩者之間的配合就顯得非常重要；配合不好，有可能出現(xiàn)變頻器報警（過載或者過流），也有可能出現(xiàn)重物溜鉤的現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，臺達VE變頻器專門開發(fā)參數(shù)來方便調(diào)整。使用臺達VE變頻器多功能輸出指令第42號功能就能夠很好的解決這個問題，具體時序圖如圖4所示。

圖4 報閘控制時序
多功能輸出指令42主要用來控制機械抱閘機構(gòu)的動作，其條件為：實際輸出頻率，實際輸出電流，延遲時間。如果當實際輸出頻率大于02-33設(shè)置值，并且當實際輸出電流大于2-32設(shè)置值，變頻器開始計時，時間超過2-31設(shè)置延遲時間，多功能輸出指令42就動作，打開機械抱閘機構(gòu)；反之，如果實際輸出頻率小于02-33設(shè)置值，或者實際輸出電流小于2-32設(shè)置值，多功能輸出指令42就不動作，機械抱閘機構(gòu)關(guān)閉。這樣做能夠有效檢測主吊電機是否勵磁完成，保證起吊貨物的安全性。

除了使用到多功能輸出指令42，如果配合齒隙功能（7-15齒隙加速中斷時間/7-16齒隙加速中斷頻率/7-17齒隙減速中斷時間/7-18齒隙減速中斷頻率），就能夠有效消除機械抱閘松開時的抖動現(xiàn)象，使啟動/停止的速度更加平滑。

2.4 變頻器參數(shù)設(shè)計


注意：對于05-05無載電流，可以通過幾種方式獲得：1。通過變頻器動態(tài)測試電機參數(shù)計算出來（電機必須拖開負載運行），但是由于此臺起重設(shè)備無法進行動態(tài)測試，這種方式不能采用；2。在電機銘牌上獲得；3。在VF模式下空載運行，察看變頻器輸出電流；4。查詢手冊。




2.5 負載運行
使用以上參數(shù)，進行負載運行。0-50HZ帶6噸載運行時母線電壓的狀態(tài)：
（1）不運行狀態(tài)。500VDC；上升啟動時電壓480VDC；下降過程中最大電壓730VDC；
（2）帶8噸載運行時輸出電流的狀態(tài)。上升啟動時最大電流70A 下降過程中最大電流56A 穩(wěn)定運行時電流29A。

3 結(jié)束語
帶載情況下啟動電流保持在3倍額定電流范圍（VE變頻器過載電流范圍為額定3倍）以內(nèi)，能夠提供足夠啟動轉(zhuǎn)矩；帶載下降過程中最大母線電壓維持在730VDC設(shè)定值，保證了變頻器不出現(xiàn)OU報警；2-11=42功能判斷條件采取頻率和電流綜合判斷，保證在帶載情況下不出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。經(jīng)過測試能夠滿足項目起重設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行的要求。