一、前言

　　隨著工業(yè)生產(chǎn)對起重機調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機調(diào)速方法使現(xiàn)場維護量大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。偉創(chuàng)AC80矢量變頻器應(yīng)用于起重行業(yè)起得了不俗的成績，受到了業(yè)界的廣泛應(yīng)用。本文介紹目前國內(nèi)塔機起升機構(gòu)幾種主要調(diào)速方式，指出了各種方式的優(yōu)劣和適用范圍；針對4繩最大起重量≤6t的小中型塔機提出了使用交流變頻調(diào)速方式，通過使用偉創(chuàng)AC80矢量變頻器實現(xiàn)，給出了完善的解決方案。塔式起重機針對建筑施工中的模板工藝而進行研發(fā)，適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑施工中建筑材料與構(gòu)件的起重吊運。

　　二、目前國內(nèi)起升機構(gòu)的主要調(diào)速方式

　　起升機構(gòu)是塔式起重機最重要的傳動機構(gòu)，目前傳統(tǒng)調(diào)速方式下要求重載低速，輕載高速，調(diào)速范圍大；起升機構(gòu)調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機性能。起升機構(gòu)調(diào)速方式選擇原則有三個：首先要平穩(wěn)，沖擊小；其次要經(jīng)濟和可靠；三是要便于維修。

　　1、多速電機變極調(diào)速

　　4繩最大起重量≤6t的小中型塔機競爭激烈，成本控制嚴格，國內(nèi)以多速電機變極調(diào)速為主，方案簡單，應(yīng)用較廣，常采用4/8/32極多速電機實現(xiàn)。

　　2、普通減速器加帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機

　　多速電機驅(qū)動普通單速比減速器，相對于多速電機換檔沖擊大的缺點，帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機可串電阻獲取較軟的M-n特性，起制動和檔位切換較平穩(wěn)，有慢就位速度，功率可以比鼠籠電機用得大。這種調(diào)速方式構(gòu)造簡單，易維護，可靠性高。目前已成功地解決了渦流制動繞線轉(zhuǎn)子電機散熱問題，大大提高了這種調(diào)速方式的可靠性。

　　目前國內(nèi)8～12t起升機構(gòu)大多采用這種調(diào)速方式，但是這種電機起制動和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊，電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，16t以上的大噸位起3、變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速是當今最先進的交流調(diào)速方式。隨著國際變頻器價格的逐步下降，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。國內(nèi)塔機起升機構(gòu)的應(yīng)用已多年，效果良好，但使用面不廣。它的優(yōu)點是慢就位速度可長時間運行，實現(xiàn)零速制動，運行平穩(wěn)無沖擊，能延長結(jié)構(gòu)和傳動件的壽命，對鋼絲繩排繩和壽命大有裨益，同時提高了塔機的安全性。

　　三、變頻器在塔式起重機起升機構(gòu)的方案

　　前期塔式起重機在起升機構(gòu)中應(yīng)用變頻技術(shù)以日本安川變頻器為主，主要應(yīng)用于中大塔機，同時4繩最大起重量≤6t的小中型塔機競爭激烈，成本控制嚴格，所以變頻器應(yīng)用極少。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)變頻器技術(shù)日益成熟，性能價格優(yōu)勢明顯，廣泛應(yīng)用于中小塔機已經(jīng)成為現(xiàn)實。

　　1、偉創(chuàng)變頻器簡介

　　AC80系列變頻器是深圳偉創(chuàng)電氣有限公司推出的代表未來變頻器發(fā)展方向的新一代模塊化高性能變頻器。與傳統(tǒng)意義上的V/F變頻器相比，在滿足客戶不同性能、功能需求方面，它不是通過多個系列產(chǎn)品來實現(xiàn)（從而增加額外的制造、銷售、使用、維護成本），而是在客戶需求合理細分的基礎(chǔ)上，進行模塊化設(shè)計，通過單系列產(chǎn)品的多模塊組合，創(chuàng)建一個客戶化量身定做的平臺。是國內(nèi)少有的幾家真正擁有磁通矢量技術(shù)的變頻器。

　　該系列變頻器采用優(yōu)良的無速度矢量控制策略使其具有較快的動態(tài)響應(yīng)，先進的電流限制技術(shù)和硬件優(yōu)化設(shè)計，能保證在負載頻繁波動的情況下，變頻器不跳閘。并具有以下特點：

　　A、可靠性

　　完善的可靠性設(shè)計方案：如冗余設(shè)計，降額設(shè)計等，所有元器件全部采用工業(yè)或軍工等級；專業(yè)化的制作平臺，從而保證整機的可靠性。

　　B、軟啟動

　　相比工頻起動方式，采用變頻器控制可以減小機械部分震動和構(gòu)架的沖擊，為用戶節(jié)省了維護的費用，運行穩(wěn)定。

　　C、高啟動轉(zhuǎn)矩

　　采用高性能磁通矢量控制模式，低頻段提供穩(wěn)定高輸出轉(zhuǎn)矩。

　　2、工藝介紹

　　中小型塔式起重機典型規(guī)格QTZ315塔式起重機，應(yīng)用廣泛；2倍率主要技術(shù)指標為：最大起升重量3t，起升速度52/26/5.5m/min，起升機構(gòu)15/15/5.5kW的4/8/32多極電機，減速機速比I=12.5，滾筒直徑300mm。

　　3、參數(shù)計算

　　起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或電位器做為輸入給定，通過變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、荷重測控儀、限位開關(guān)、制動器等配合使用，來控制起重機的起升機構(gòu)等交流變頻異步電動機起、制動、可逆運轉(zhuǎn)與調(diào)速。

　　設(shè)備選型參數(shù)：動滑輪2倍率，起升機構(gòu)18.5kW的4極異步鼠籠電機，減速機速比I=31.5；滾筒直徑300mm，即I=31.5,R=D/2=150mm=0.15m,Nn=1450轉(zhuǎn)/分,Pn=18.5kW。

　　A、最大起升重量的計算

　　Pn=2*π*Nn*Tn/60*1000

　　得：Tn=Pn*1000*60/2*π*Nn=18.5*1000*60/2π*1450=121.9Nm

　　得理論起升重量為：F=2*Tn*I*/R*10000=2*121.9*31.5/0.15*10000=5.1198T

　　考慮傳動效率為0.64，則最大起升重量為：Fmax=0.64*F=0.64*5.1198=3.28T

　　與要求的最大起升重量相比有1.1倍保險系數(shù)，基本符合要求。

　　B、最大起升速度計算

　　Vmax=π*D*Nn/2*I=π*0.3*1450/2*31.5=21.7m/min

　　根據(jù)上式可知，變頻模式下，電機的最大起升速度降低了很多，主要是考慮到節(jié)約成本，在市場上有競爭力，設(shè)計時相關(guān)硬件成本估算到最優(yōu)化；通過縮短啟動和就位時間，空鉤高于50Hz運行等多種協(xié)調(diào)方法，使得實踐中并不明顯感覺速度減慢。

　　4、性能特點

　　采用先進的現(xiàn)代交流變頻調(diào)速技術(shù)對塔式起重機電力拖動系統(tǒng)進行技術(shù)改造，使起重機實現(xiàn)平穩(wěn)操作，提高運行效率，改善超負荷作業(yè)，消除起制動沖擊，減少電氣維護，降低電能消耗，提高功缺因數(shù)等均可取得良好實效。同時還具有過電流、過電壓、欠電壓和輸入缺相保護，以及變頻器超溫、超載、超速、制動單元過熱、I/O故障保護、電動機故障保護等，變頻調(diào)速方法具有如下顯著特點：

　　A、調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)有精確控制定位要求的作業(yè)；

　　B、軟啟動、軟停止的功能降低了機械傳動沖擊，可明顯改善鋼結(jié)構(gòu)的承載性能，延長了起重機的使用壽命；

　　C、高集成度組件及高可靠性低壓電器，有效解決原電氣系統(tǒng)接線復(fù)雜問題，不僅降低了系統(tǒng)故障機率，而且易維護；

　　D、電動機在零速時，能全力矩輸出，即使制動器松動或失靈時，也不會出現(xiàn)重物下滑，確保系統(tǒng)安全可靠；

　　E、具有快速的動態(tài)響應(yīng)，不會出現(xiàn)溜鉤并真正實現(xiàn)“零速交叉”功能；

　　F、專用負荷重量測控儀并配以相應(yīng)軟件，起升速度可隨負荷重量變化自切換，實現(xiàn)“輕載快速，重載慢速”的作業(yè)要求；

　　G、系統(tǒng)所用變頻器，具有自動節(jié)能操作模式，能較大提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和整機工作效率，節(jié)能效果顯著，平均節(jié)電率可達20%以上。

　　四、結(jié)束語

　　迄今為止，該設(shè)計無速度矢量變頻調(diào)速的塔式起重機試機已六個月，整機設(shè)備運行良好，并接受訂單多臺。

　　目前塔式起重機方式絕大多數(shù)采用有級調(diào)速，無級調(diào)速盡管是發(fā)展方向，但仍然受到成本等方面的限制。采用如上所述類似的不增大變頻器選型，適當犧牲速度的方法，變頻無級調(diào)速的成本與帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機變極調(diào)速差距不大，性能卻有很大提高，可見意義重大。