1．引言

橋式起重機是工礦企業(yè)中使用十分廣泛的一種裝卸設(shè)備，由于橋式起重機的工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常需要在重載下頻繁起動、制動、正反轉(zhuǎn)、變速等操作，沖擊電流大，振動大，所以在傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制的電氣系統(tǒng)中，接觸器的觸頭因電機經(jīng)常有沖擊電流而燒壞，造成維修量大，維護成本極高，造成生產(chǎn)線停產(chǎn)損失更加不可估量，且傳統(tǒng)的起重機調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。而調(diào)速性能高、工作可靠、維護方便的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)為橋式起重機的控制提供了一種全新的方案。該方案控制線路簡單、運行穩(wěn)定、維護量小、保護監(jiān)測功能完善，且高效、節(jié)能，因此采用交流變頻調(diào)速是起重機交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。

2. 橋式起重機的結(jié)構(gòu)及控制

橋式起重機是一種橫架在固定跨間上空用來吊運各種物件的設(shè)備。一般由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。運行機構(gòu)主要指主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過小車導(dǎo)電裝置（輔助滑線）、起重機總電源導(dǎo)電裝置（主滑線）等部分將電源輸送到中心電器上。

橋式起重機可以實現(xiàn)重物在三維空間的垂直、橫向、縱向運動，通過大車電動機驅(qū)動沿車間兩邊的軌道作縱向前后運動；小車及提升機構(gòu)由小車電動機驅(qū)動沿橋架上的軌道作橫向左右運動，在升降重物時由起重電動機驅(qū)動作垂直上下運動，如圖1所示

傳統(tǒng)的橋式起重機一般采用繼電器-接觸器控制，電機為交流繞線式電動機，采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動和調(diào)速，如圖2所示。啟動時，升接觸器或者降接觸器吸合，電磁制動器接觸器吸合打開抱閘，調(diào)速電阻上的接觸器不動作，電機低速轉(zhuǎn)動；當需要變速時通過吸合調(diào)速電阻上的不同接觸器來改變轉(zhuǎn)子線圈的電阻值，達到改變電機的轉(zhuǎn)速。這種控制系統(tǒng)有著許多缺點，電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速，能耗大，機械特性軟，調(diào)速范圍小，平滑性差；繼電器-接觸器控制系統(tǒng)在頻繁切換的情況下，沖擊電流大，觸頭燒損、電刷冒火、電動機以及轉(zhuǎn)子所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生，故障率很大。

3. 變頻調(diào)速系統(tǒng)特點

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能和穩(wěn)定性得到了極大地提高，使在起重機上運用變頻器變?yōu)榱丝赡?，從而根本上解決了傳統(tǒng)橋式起重機電控系統(tǒng)的缺點。在起重設(shè)備中使用變頻調(diào)速控制必須先了解起重機各運行機構(gòu)對傳動系統(tǒng)的要求。

（1）起重機應(yīng)具有大的啟動轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實驗等因素，至少應(yīng)在起動加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。

（2）由于機械制動器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機械制動器的制動轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動信號與機械制動器動作信號的控制時序。

（3）當起升機構(gòu)向下運行或平移機構(gòu)急減速時，電動機將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場情況研討如何處理這部分再生能量。

（4）起升機構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對這種沖擊性負載進行平滑控制。

根據(jù)以上起重機的運行特點，變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要設(shè)備將采用以下方法選擇：

3.1 變頻器容量的選擇

3.1.1 起升機構(gòu)（主/副 鉤）驅(qū)動變頻器的容量P0（kVA）必須大于負載需求：

3.2 制動單元和制動電阻的選擇

3.2.1平移機構(gòu)制動單元、制動電阻的選擇

平移機構(gòu)驅(qū)動上的制動單元、制動電阻一般按變頻器說明書上對變頻器與制動單元、制動電阻的標準配置進行選擇。

3.2.2起升機構(gòu)制動單元、制動電阻的選擇

起升機構(gòu)在下降過程中再生電能能量大，時間長，為保證變頻器正常工作需重新配置制動單元和制動電阻。

（1）電阻值R_B 的計算

R_B的最小電阻值R_min由變頻器的最大電流值I_(max)和制動單元技術(shù)規(guī)格決定如下

4. 起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的電氣設(shè)計

現(xiàn)以江蘇溧陽某變壓器廠50T雙梁橋式起重機起升機構(gòu)變頻改造為例，詳細說明起重機變頻調(diào)速的設(shè)計步驟。該起重機起升機構(gòu)驅(qū)動電機采用的是YZR315S-10 的電機，功率為55KW，根據(jù)式（1）及電機參數(shù)計算得到起升機構(gòu)所需的變頻器容量為95KVA，現(xiàn)采用四方電氣高性能重載性矢量變頻器A510-4T0750變頻器，該變頻器容量為98KVA，且具有超強的過載能力和啟動力矩以及多種典型宏參數(shù)可一件完成設(shè)置，內(nèi)置的三相濾波器和電抗器減少了諧波，增強了抗干擾，因此非常適合起重機起升機構(gòu)的工況應(yīng)用，制動電阻根據(jù)式（3）到（6）求得。具體設(shè)計如圖3所示，由于不需要串電阻調(diào)速，因此要將電機的轉(zhuǎn)子短接， K1，K2為正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號，K3，K4，K5為多段速控制信號，電磁制動接觸器控制電磁制動器的抱閘動作。

4.2起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點

橋式起重機控制系統(tǒng)中，大車和小車一般由一臺變頻器帶多臺電機，因此變頻器采用U/F控制方式，而起升機構(gòu)為一對一控制，為獲得良好的性能采用無感矢量控制模式。起重機在電磁制動器抱住之前和松開后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止狀態(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤。在這個問題上主要考慮變頻器運行時與電磁制動器接觸器吸合的配合時間，若在上升，下降過程中制動器打開過早，易出現(xiàn)溜鉤，打開過晚，變頻器容易報故障，在停車過程中，若抱閘過早，變頻器容易報故障，抱閘過晚容易出現(xiàn)溜鉤。所以，解決此問題的關(guān)鍵主要有兩點：

1）起吊重物停住控制要點

通過設(shè)定停止起始頻率，和維持時間（應(yīng)大于制動電磁鐵抱閘時間0.6S），當變頻器的工作頻率下降到時，變頻器輸出一個“頻率到達信號”，發(fā)出制動電磁鐵斷電指令，此時維持一段時間，隨后變頻器工作頻率降為0Hz。

2）起吊重物起升降控制要點

設(shè)定“升降起始頻率”和檢測電流時間，當變頻器到達的同時，變頻器開始檢測電流，確認電流足夠大，產(chǎn)生的力矩能抵消下降力矩時發(fā)出送開指令，使制動電磁鐵開始通電松開抱閘，應(yīng)大于電磁鐵松開時間。但還有其他參數(shù)及機械上的配合；譬如：變頻器的加減速時間，電磁制動器彈簧的松緊程度等。具體控制邏輯如圖4所示。

結(jié)論

通過大量的現(xiàn)場裝備，和該廠原有系統(tǒng)相比，調(diào)速精度高，運行平穩(wěn)，加快了裝配速度，提高了工作效率，在低速時啟動力矩大，系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，減少了對減速機，聯(lián)軸器，鋼絲繩的機械沖擊，也降低了對電網(wǎng)的沖擊，使維護費用大大降低，且節(jié)能效果顯著，充分驗證的本文方案的有效性，和可行性。