精益變頻器在塔式起重機上的應用

摘要：隨著建筑行業的快速發展，機械塔式起重機（塔吊）也跟隨著建筑行業得到了廣泛的應用。其調速方式越來越多的由傳統的變多速電機調速機構等多種低效率、差性能的方式轉向采用高性能的變頻器來實現。這不僅提高了系統的可靠性、靈活性，擴大了系統的調速范圍，而且還顯現出了速度控制更精確，高作業效率，起動、制動平緩，運行平穩的特點。針對此行業特點，精益傳動推出了精益 QTD2000 系列塔式起重機專用三合一一體式變頻器，該系列變頻器巧妙地將起升、變幅和回轉這三個變頻機構融為一體，同時加入 PLC 和少的低壓電器等外圍電路，組成一個系統。此系列變頻器采用優良的無速度傳感器磁通矢量控制算法，使其具有較快的動態響應，優質的電流限制技術和硬件優化設計，非常適用于塔式起重機負載的驅動調速。

塔式起重機變頻 塔吊變頻 塔機

一、塔式起重機（塔吊）起升機構傳統的調速方式

起升機構是塔式起重機重要的傳動機構，目前傳統的調速方式要求重載低速，輕載高速，調速范圍大。起升機構調速方式的優劣直接影響整機性能。起升機構調速方式選擇原則有三個：要平穩，沖擊??；其次要經濟可靠，符合國情；三是要便于維修。目前傳統的塔吊機構在速度控制上，常采用的是多速電機變級調速；電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動的單速繞線轉子電機調速；普通減速器加帶渦流制動的多速繞線轉子電機轉子串電阻獲取較軟的 M-n 特性調速；或者采用差動行星減速器加雙電機等方式。而這些調速方式完全依靠大量的接觸器等構成的電氣柜控制，由于電氣控制系統比較復雜，而且電機起、制動和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊，對接觸器等電氣元件的質量有著嚴格的要求。即使在能保證質量的情況下，也不能忽視外界的惡劣環境，粉塵或者是有害氣體，它們會對電動機的集電環、電刷以及接觸器腐蝕較大，再加上操作程序不規范，造成沖擊電流大，觸頭腐蝕嚴重化，電刷冒火，電動機的轉子串電阻因長時間發熱，而腐化，斷裂，燒損，造成故障點多，故障率高，電能的浪費。因而大大的降低了工作效率。

二、塔式起重機（塔吊）變頻器調速方式

變頻調速是當今優質的交流調速方式。精益QTD2000系列塔式起重機三合一一體式變頻器是由共直流母線的三臺變頻器，PLC，低壓電器等構成。利用變頻調速還可以達到慢就位速度長時間運行；實現零速制動，運行平穩無沖擊，能延長結構和傳動件的壽命，對鋼絲繩排繩和壽命大有裨益，同時提高了塔吊的安全性。

2.1 起升機構是塔式起重機重要的傳動機構。采用變頻調速可以使塔吊慢就位速度長時間運行；無級變速，運行平穩無沖擊，延長電機的使用壽命；采用高性能無速度傳感器矢量變頻驅動，從而使控制更加精確。

2.2 回轉機構的特點是具有較大的慣性沖擊，啟動過快沖擊大，停車和打反轉都不允許過快過急，否則不僅運轉不平穩，還會損壞機構。解決辦法是采用回轉專用減速機，同時采用變頻調速使起制動更平穩。并且采用變頻器控制以后使系統控制更為簡單，控制系統具有多重保護，使系統更加安全可靠。

2.3 變幅機構基本上都采用雙速電機，在檔位轉換時是硬性轉化，

沒有速度過渡，容易產生沖擊，使重物在空中擺動。采用變頻調速時，在檔位轉化過程中存在一個速度過渡過程，實現無級變速，可避免重物在空中擺動，同時也可以把變幅電機換成普通鼠籠電機，可
降低電機成本。

精益QTD2000系列變頻器塔式起重機使用的基本原理是聯動臺

控制指令輸出到 PLC 中，由 PLC 進行邏輯處理后輸出控制變頻器的OP 控制端子，控制 PLC 的輸出就控制了變頻器的不同頻率從而達到不同的速度。利用變頻器的多段頻率運行調速。在運行的時候，

對速度進行切換時，速度是直接進行增大減小的。相對應的頻率在原來的基礎上進行加減，不會出現從零速啟動的現象，這樣也就更好的減小了對電機和機構的沖擊。變頻器調速除具有以上優點外同時還具有過電流、過電壓、欠電壓和輸入、輸出缺相保護，以及變頻器超溫、超載、電動機過載保護等。

2.4 下圖為精益QTD2000系列塔機專用變頻器和聯動臺

2．5 下圖為精益QTD2000 系列塔吊控制系統的基本框圖

2.6 下圖為精益 QTD2000 塔機專用一體式變頻基本控制接線圖

三、塔式起重機變頻調速方案的優點

目前精益傳動 QTD2000 系列塔式起重機專用變頻器已經在煙臺、威海、章丘地區得以成功使用。主要性能特點為：

3.1 在塔機操作調速平穩性，提高運行效率，改善超負荷作業，消除了起制動沖擊，減少電氣維護，降低電能損耗方面取得實效。

3.2 調速范圍寬，可滿足塔機精確定位控制要求的作業場合。

3.3 塔機變頻化能實現軟啟軟停，降低了機械傳動沖擊，顯著改善鋼結構的承載性能，延長起重機的使用壽命。

3.4 起升、回轉、變幅三合一高集成度設計，配合少許低壓電器，有效地解決原電氣使用時接線復雜問題，降低系統的故障機率，方便維護。

3.5 磁通矢量控制優越的變頻力矩輸出特性，配合機械制動器，保證不會出現重物下滑，確保系統的操作安全。

3.6 消除共振、改善動剛度。塔機金屬結構的共振與各機構的運動速度和固有頻率有關，傳統的調速方式調速范圍窄，有時不能完全避開共振的臨界轉速。例如用渦流繞線電機串級調速，空載起升和滿
載下降時鋼架往往有較大共振，采用變頻調速，可有效規避共振現象。

3.7 節能效果良好。繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻將消耗大量電能，變頻調速可減少起動能耗和調速電阻的轉差功率損耗，效率高達 0.96～0.98，節能效果好，且下降過程中
不從電網獲取能量，與傳統調速方式相比整機節能約 20%以上。