1.前言

　　施工升降機(jī)又叫建筑用施工電梯，是建筑施工中很安全、高效的垂直運(yùn)輸設(shè)備，在建筑施工中被經(jīng)常作為載人載貨施工機(jī)械使用。

　　施工升降機(jī)載重為1～3噸，運(yùn)行速度為1～60m/min，在工地上通常配合塔吊使用。這種電梯安裝和拆卸非常方便，可隨建筑物的升高而增高，具有性能穩(wěn)定、安全可靠、搬運(yùn)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以顯著提高工效、降低施工人員的勞動強(qiáng)度。

　　施工升降機(jī)的種類很多，按運(yùn)行方式分無配重和有配重兩種；按其控制方式分為手動控制式和自動控制式。按需要還可以添加變頻裝置和PLC控制模塊，另外還可以添加樓層呼叫裝置和平層裝置。

　　圖1施工升降機(jī)現(xiàn)場

　　2.施工升降機(jī)的組成

　　施工升降機(jī)由鋼結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)等組成。

　　2.1鋼結(jié)構(gòu)

　　鋼結(jié)構(gòu)主要由吊籠、外籠、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、配重、附墻架等組成。

　　2.1.1吊籠（圖2）是升降機(jī)的核心部件，為焊接鋼結(jié)構(gòu)體，周圍有鋼絲防護(hù)網(wǎng)，前后分別安裝單、雙開吊籠門，頂上安裝護(hù)身拉桿。吊籠的立柱上有傳動機(jī)構(gòu)和限速器底板安裝孔，導(dǎo)向滑輪組也安裝在立柱上。

　　根據(jù)吊籠的數(shù)量，升降機(jī)一般有單籠和雙籠之分。單籠升降機(jī)如增加一個吊籠和其它零件后即可成為雙籠升降機(jī)。（圖3、圖4）

　　圖2吊籠

　　2.1.2外籠主要由底盤、防護(hù)圍桿及一節(jié)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等組成。外籠入口處有外籠門并裝有自動開門機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)趸\上升時，外籠自動關(guān)閉。吊籠著地時，外籠門能自動打開。底盤裝有緩沖彈簧，以保證吊籠著地時能柔性接觸。

　　2.1.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)是由角鋼組焊而成，長正方形空間桁架結(jié)構(gòu)，每兩個塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的上下連接，均采用10.9級的高強(qiáng)螺栓、螺母緊固連接起來。每個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)部都設(shè)有與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等長的爬梯，以便操作與維修人員上下塔機(jī)時使用，且每10米有一休息平臺。各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)均具有互換性，改變塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝節(jié)數(shù)，起重機(jī)可達(dá)到不同的起升高度。

　　2.1.4配重用以平衡吊籠的自重，從而提高電動機(jī)功率利用率和吊籠載重，并可改善結(jié)構(gòu)受力情況。配重由鋼絲繩通過導(dǎo)軌架頂部的天輪與吊籠上下運(yùn)轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌。

　　2.1.5附墻架用來使導(dǎo)軌架與建筑物附著連接，以保證導(dǎo)軌架的穩(wěn)定性。

　　2.2傳動系統(tǒng)

　　傳動系統(tǒng)由電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器和安裝在減速器輸出軸上的齒輪等組成，采用多電機(jī)驅(qū)動，使齒輪齒條受力均勻。傳動系統(tǒng)安裝在吊籠內(nèi)，通過齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條相嚙合，使吊籠上、下運(yùn)行。

　　2.3電氣系統(tǒng)

　　每個吊籠都有一套電氣設(shè)備，包括電源箱、電控箱、操縱盒等，可在吊籠內(nèi)用手柄或按鈕操縱吊籠升降運(yùn)行，在任何位置均可隨時停車。在上、下終端站，可由上、下終點(diǎn)限位開關(guān)控制自動停車。為達(dá)到高速、平穩(wěn)、還有采用變頻調(diào)速和采用液壓泵和液壓馬達(dá)等先進(jìn)技術(shù)式升降速度可從0～60m/min的無級變速，并可平穩(wěn)啟動和制動。

　　2.4安全控制系統(tǒng)

　　安全控制系統(tǒng)在電路中設(shè)置了過載、斷繩、短路、超速等安全開關(guān)，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生任何一種故障時，升降機(jī)立即自動停車。吊籠上各門均有限位開關(guān)，當(dāng)任何一門未關(guān)閉或異常開啟時，吊籠均不能啟動或立即停止運(yùn)行。每臺吊籠均配備錐鼓限速器作為防墜安全裝置，能有效地防止吊籠墜落。

　　3.施工升降機(jī)對電控系統(tǒng)的要求

　　安全是建筑施工的重中之重。對于施工升降機(jī)來說，最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是安全，通常在施工升降機(jī)上采用防墜安全器。防墜安全器是施工升降機(jī)上重要的一個部件，要依靠它來消除吊籠墜落事故的發(fā)生，保證乘員的生命安全。工地上使用中的升降機(jī)都必須每三個月就要進(jìn)行一次墜落試驗(yàn)。目前墜落實(shí)驗(yàn)是通過提高變頻器輸出頻率，使電機(jī)驅(qū)動吊籠運(yùn)行在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動作。

　　吊籠啟動和停止時平穩(wěn)，不能溜鉤，這就要求變頻器和電機(jī)以及剎車部分的配合要做到天衣無縫。

　　根據(jù)施工升降機(jī)載重量的不同，目前常用電機(jī)常用規(guī)格為7.5～22kW。電機(jī)數(shù)量常為一臺、兩臺或者三臺。（圖5、圖6、圖7）

　　根據(jù)電機(jī)數(shù)量的不同，不同廠家對于變頻器的選擇也有區(qū)別。當(dāng)設(shè)備上使用多臺電機(jī)時，變頻器的選擇有兩種常見配置：

　　第一種是根據(jù)電機(jī)的數(shù)量來配置相當(dāng)數(shù)量的變頻器，變頻器的功率與電機(jī)功率相當(dāng)。例如當(dāng)電機(jī)為三臺，且每臺電機(jī)功率為11kW時，可以選擇三臺11kW或者15kW變頻器。此時廠家會要求三臺變頻器進(jìn)行共直流母線的動作。

　　第二種配置是選擇一臺大功率變頻器。例如，當(dāng)電機(jī)為三臺，且每臺電機(jī)功率為11kW時，可選擇一臺45kW的變頻器（變頻器的功率=3×11kW×1.2，1.2為過載系數(shù)）。

　　根據(jù)剎車方式的不同，常用電機(jī)一般有兩種：帶電磁制動器的電機(jī)（圖8）和錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)（圖9）。帶電磁制動器的電機(jī)通過電機(jī)尾部的電磁制動器來提供制動力，當(dāng)制動器通電時，制動器打開，電機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)制動器失電時，制動器閉合，對電機(jī)軸端提供制動力。

　　錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外形都呈錐形的電動機(jī)。它具有停電自制動的能力：電動機(jī)運(yùn)行時，錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)的氣隙磁場產(chǎn)生軸向磁拉力，壓縮制動彈簧，使風(fēng)扇制動輪與電機(jī)端蓋上的制動環(huán)脫開，電機(jī)能自由轉(zhuǎn)動。斷電時，軸向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子在制動彈簧的推力下產(chǎn)生軸向移動，使風(fēng)扇制動輪壓緊制動環(huán)，產(chǎn)生摩擦力，迫使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)并綁住轉(zhuǎn)子，以防止起吊的重物下落，保障安全。

　　圖8帶電磁制動器的電機(jī)

　　圖9錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)

　　4.臺達(dá)方案

　　施工升降機(jī)的運(yùn)行情況類似于電梯，當(dāng)所傳動的位能負(fù)載持續(xù)下降時，電機(jī)就會處于再生發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載的機(jī)械能就轉(zhuǎn)化為電能回饋到變頻器中，導(dǎo)致變頻器內(nèi)部直流回路中的電壓持續(xù)升高。為了保證此時變頻器和電機(jī)仍然能夠正常運(yùn)行，變頻器需要選配合適的制動電阻（無內(nèi)置制動單元的變頻器需要選擇外置制動單元），使內(nèi)部多余的電壓通過外部電阻放電，將回饋的直流回路的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，避免直流側(cè)電壓無限制的升高而觸發(fā)變頻器的保護(hù)電路動作。我們在這里選用臺達(dá)的C2000變頻器。

　　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倍以上。

　　臺達(dá)C2000變頻器的主要特點(diǎn)包括：

　　V/F控制、無感測向量控制、FOC＋PG、轉(zhuǎn)矩控制；

　　同步電機(jī)和異步電機(jī)驅(qū)動一體化；

　　全系列導(dǎo)入LCD面板，選配LED；

　　內(nèi)建高速總線接口CANopen及MODBUS；

　　內(nèi)建各種行業(yè)功能；

　　長壽命設(shè)計(jì)于重要零件壽命偵測；

　　獨(dú)立風(fēng)道的設(shè)計(jì)，PCB防護(hù)加強(qiáng)環(huán)境的適應(yīng)性；

　　全球安規(guī)兼容性CEULcUL；

　　9.30kW以下內(nèi)置剎車單元；

　　速度控制、位置控制、轉(zhuǎn)矩控制；

　　具備三個擴(kuò)展槽：I/O、通訊口、PG卡；

　　多種總線控制方式；

　　標(biāo)配RS485，接口方式RJ45、SG端子；

　　共直流母線；

　　電機(jī)熱保護(hù)；

　　模塊化設(shè)計(jì)，可拆卸的風(fēng)扇、控制端子。

　　5.實(shí)測案例

　　5.1實(shí)測案例一

　　5.1.1客戶甲配置：臺達(dá)VFD150C43A變頻器、15kW電機(jī)（帶電磁制動器）一臺、制動電阻40Ω2000W。

　　5.1.2帶電磁制動器的電機(jī)控制接線如圖10所示。

　　圖10帶電磁制動器的電機(jī)控制接線圖

　　5.1.3調(diào)試步驟。

　　設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格15kW、34A、50Hz、380V、1390r/m），詳見表1。

　　表1VF曲線設(shè)置

　　設(shè)置關(guān)于機(jī)械制動相關(guān)的動作，詳見表2。

　　表2機(jī)械制動相關(guān)動作設(shè)置

　　其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置，詳見表3。

　　表3其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置

　　5.1.4運(yùn)行效果。

　　1）100%負(fù)載（2.6噸）上行波形，啟動最大電流為42.48A，穩(wěn)定時（30Hz/50Hz）電流為34～36A。見圖11。

　　圖11100%負(fù)載上行波形

　　2）100%負(fù)載（2.6噸）下行波形，啟動最大電流為37.69A，穩(wěn)定時（30Hz/50Hz）電流為23～26A，母線電壓持續(xù)穩(wěn)定在705～707VDC。

　　圖12100%負(fù)載下行波形

　　5.2實(shí)測案例二

　　5.2.1客戶乙配置：臺達(dá)VFD110C43A變頻器、7.5kW錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)一臺、制動電阻45Ω1500W。

　　5.2.2錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線如圖13所示。

　　圖13錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線圖

　　5.2.3調(diào)試步驟。

　　設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格7.5kW、50Hz、380V、18A、1390r/m），主要考慮到變頻器到電機(jī)之間的距離達(dá)到100m。詳見表4。

　　表4VF曲線設(shè)置

　　其它相關(guān)參數(shù)詳見表5。

　　表5其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置

　　5.2.4運(yùn)行效果：

　　在不同速度（15hz/25hz/40hz）滿載情況下做上行和下行動作，運(yùn)行電流和電壓平穩(wěn)。

　　圖14運(yùn)行效果比較

　　6.結(jié)束語

　　將臺達(dá)變頻器應(yīng)用于施工升降機(jī)，能夠使電機(jī)啟、制動平穩(wěn)，無沖擊；升降速度可靈活控制；啟動電流小，對電源要求低；機(jī)械磨損降低，由于啟動制動時無沖擊，大大降低了齒輪、齒條等機(jī)械磨損；能源節(jié)約效果顯著，相對傳統(tǒng)施工升降機(jī)效率提高30%，能耗降低30%。得到了廣大客戶的好評。