焙烧多功能天车夹具提升系统的变频器改造

赵伟华

【摘 要】变频调速是通过改变电动机定子电源的频率改变其同步转速的调速方法。针对天车夹具系统电气控制技术落后的问题，通过采用变频技术对阳极焙烧多功能天车夹具提升系统的改进，介绍了变频器在夹具提升系统中的应用。

【关 键 词】多功能天车 夹具 变频器 节能

【中图分类号】 E968【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0266-01

1 引言

阳极焙烧多功能天车是阳极焙烧炉的专用操作设备。它的夹具提升系统用于将已经编组好的生块阳极从生块输送链填入焙烧炉室，以及将已经焙烧好的熟块阳极从焙烧炉中夹取出放在熟块输送链上。

夹具提升系统传统的调速方法是：采用绕线转子异步电动机，通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻，由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。但存在以下缺点：

（1）串联电阻调速，其调速变化呈跳跃状，使得减速机齿轮、平衡轮、绳轮、夹具与导轨之间，在加减速运行阶段均受到冲击力的作用，设备易损坏，钢丝绳易疲劳，导致维修量大，检修费用增加。

（2）串联电阻调速范围小，使得夹具速度呈突变，减速后停车时仍有较高转速，对制动器和限位开关的调整精度要求高，且容易发生越位而影响生产。

（3）串联电阻调速，使得夹具起动及减速时，大部分电能消耗在电阻器上；当电动机在电压下降时，力矩下降，转差率增大，严重时，夹具无法启动，易于产生事故。

（4）能耗高，低速机械特性软。因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的，并且转速越低，机械特性越软，消耗在电阻中能量比例越大，极不经济，电网电压的高低对速度影响很大。

而变频调速具有调速范围宽、精度高、响应速度快、灵活性高等特点，具有明显的节能效果和完善的保护功能。

2 现状

我厂焙烧二车间共有两台阳极焙烧多功能天车，系2000年投产，其夹具提升系统采用的就是转子回路串电阻调速系统。由于焙烧车间高导电性粉尘石墨粉浓度较高，调速电阻频发短路故障；且采用继电器-接触器控制系统，接触器频繁粘连烧损，经常更换，使得天车故障率高，严重影响阳极焙烧的正常生产。

为了保障天车的平稳运行，适应当代电气控制技术的发展，实现节能降耗，对夹具提升系统进行变频调速控制系统的改造势在必行。

3 项目准备

阳极焙烧多功能天车夹具提升系统改造费用为10万元/台，改造前由于天车电气故障率高，每年维修费用约为25万元/台；改造后设备故障率将大大降低，不但提高控制水平，而且减少检修工作量及备件储备量，经济效益显著。

4 变频器的选择

变频器容量选择的前提条件是变频器的额定电流大于电动机的额定电流。根据我厂使用变频器的情况， 选用了日本三菱的FR- A740。调试时，变频器功能参数的设置非常重要，是关系到变频器与设备运行工况是否配合恰当的重要环节，需要在使用过程中结合设备运行情况不断摸索修正。

用于驱动起升机构电机的变频器容量的计算公式如下：（1）

式中cosφ———电动机功率因数， 约0.75

η———电动机的效率， 约0.85

K———电流波形的修正系数， PWM方式取1.05～1.10

PM———负载所要求的电机的轴输出功率， kW

K1———容量补偿系数， 取1.1～1.2

PCN———所需变频器容量， kV·A

卷扬提升电机37kW， 根据式（1） 计算可得变频器容量为55kV·A。

根据我厂多功能天车的性能参数：起重量：2吨；工作级别：M8；起升高度：6.57m；调速方式：变频；制动器：YWZ4B-300/50；选择：电动机：YZP-250M-8C IP55 P=37KW；变频器：FR-A740-55K；制动力矩：630n.m；减速机：M3PSF50。

5 工作原理

（1）接线方式：如图所示：参考三菱变频器接线图，控制部分接正转启动STF、反转启动STR、高速RH、中速RM、低速RL、输出停止MRS、复位RES和抱闸输出A1-C1，外接制动斩波器和配套制动电阻即可满足生产要求。

（2）工作原理：天车工在联动台发出信号，操作手柄打到上升或下降某一个档位，通过中间继电器，将信号传输给PLC，PLC在接收到信号后，执行控制程序，把上升或下降信号送给变频器，同时把档位速度信息也送给变频器，变频器接收指令后开始工作。首先通过整流电路将交流整流为直流，然后再通过控制回路有规则地控制逆变电路的导通与截止，即令带有脉宽调制功能的逆变电路中的6个晶体管开关元件有规则地交替轮流切换导通，则在变频器输出端得到交流电压。通过改变晶体管开关元件的通断周期，使得变频器输出端交流电压频率得以改变，从而改变电机转速。电机加减速时间可以通过改变变频器的设定参数来调整。

（3）对再生制动能量的处理有2 种方式： 一种是用制动单元和制动电阻来吸收；另一种是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网。我厂主要采用能耗电阻的方式，在制动单元和制动电阻的选择上考虑到起升机构属位能性负载特性，不能使用制造厂商推荐的制动单元和制动电阻的容量，必须增大制动单元和制动电阻的容量，电阻的阻值决定着制动电流，也就决定着制动时间的长短。起重机变频调速系统中长时间的制动转矩特性决定需要考虑的并不是它的阻值， 而是它的功率， 即在设计中把制动电阻的功率增加一倍，以保证再生制动能量的迅速释放。

6 改造后的效果

从改造后运行来看，卷扬提升机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，减少负载的波动；操作灵活易掌握。卷扬机钢丝绳的使用寿命也明显延长。由于去掉了外接启动电阻和能耗制动电阻，因而提高了系统的用电效率，经测算节电率达5%以上。

7 结论

多功能天车夹具提升系统改进后，制动系统动作准确、可靠，夹具运行平稳，故障率大幅降低，维修量也减少了。变频调速彻底避免了绕线式异步电动机起制动速度无法准确控制的缺点，可靠性大为提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术必将更广泛应用于起重机械上，同时变频调速也必将获得更大的发展。

参考文献

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