行车变频技术运用

李晋

摘 要：本文主要是研讨天车电动机利用变频技术更新改造后减少故障减少维修任务的可行性。

关键词：行车；电动机；变频应用；减少故障率

前言：行车，也叫天车、天车起重吊，行吊，在我们工厂车间里面经常能够看到它们在隆隆隆地来回工作着。它是一种有固定轨道的在车间厂房高处作业的起重机械，它的主要动力来自于三相电动机，行走和起吊重物都是如此。生产过程中，科学控制电动机的技术应用十分广泛，在机械设备的控制中，电气控制也比其它的控制方法使用的更为普遍。我们太原化学工业厂是1958年建造的老单位，设备陈旧落后，生产运营逐年攀升，竞争力日益减弱。为了能够节能降耗，我提出了对各个生产车间的行吊进行PLC变频系统改造，厂领导研究同意在机修车间进行试点， 机修车间是有大小两部单梁天车式的起重机。

PLC变频系统简介：PLC系统的控制是采用梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，编程容易，读写性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，通过输入输出的接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系它可以很容易的完成逻辑方面的处理，各种非顺序操作，定时操作，计数记点，数字运算等，从而实现生产过程的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。结合当前低碳经济的重点推广，运用电动机成熟的节能技术是各企业降低成本的一个手段。

现场分析：

1.行吊通过转子串联电阻这种方式实现调速，会改变起重电动机原本的特性曲线，在利用转子串电阻进行调速时，会影响电机固有的机械头特性，电机的转速会随着负载变化而变化，无法达到理想的调速效果，并且转子串联电阻，在起重电动机长时间运行过程中，能源利用率低，会浪费大量的电能。

2.通常情况下，行车的运行环境都比较恶劣，工作任务繁重，而接触器和继电器的稳定性和可靠性相对较差，经常发生电机烧损、外串电阻烧坏、碳刷冒火、触头烧损等问题，故障率较高，运行维护周期较短，会耽误正常的生产运行。而且驾驶室操作人员长期在高处收到灰尘、气体等物的污染，吊运物体时经常需要下方人员配合指挥十分不便，具有很大的安全隐患，因此需要给设备升级.经过比对和研究，PLC的变频技术跃然纸上。

改造方案实施：

1. 选用变频器

一般情况下，行车主要包括起升机构和平移机构，起升机构电动机可按照起重电动机的运行要求进行倒拉反接、再生制动或者电动，平移机构电动机主要处于电动状态，行车要求电动机必须具有较大的起动转矩，特别是起重电动机运行时，起重电动机拖动过程中需要较大的转矩，低速运行时也必须输出力矩大。结合行车的运行负载特点，可以选择具有矢量控制和 PWM 控制的变频器，比如火车东站货运站台 500/50/10T起重电动机驱动系统改造准备采用 ABB 公司的 ACS800 系列变频器，可实现无级调速，它在起重行业应用广泛，性能可靠，这种变频器在低速运行时可以输出较大的额定转矩，具有较强的过流抑制能力和较快的动态响应速度，调速范围比较宽，尤其是利用变频器控制电动机可以实现四象限运行，转矩控制能力非常强，还可稳定控制精致转矩，确保电动机低速运转和悬空起升过程中，电动机满足输出高力矩的应用要求。{引自产品说明书}利用变频器完善的保护性能和优越的调速和软启动性能，可以代替转子外串电阻的交流电动机实现变频调速，极大地提高了起重电动机的调速性能。同时行车应用变频调速技术，电机主电路不需要设置触点，有效避免了频繁操作接触器触头而造成烧损和拉弧现象，将绕线式交流电动机替换为可靠性高、结构简单的鼠龙型电机，可完全消除电阻箱、碳刷和滑环等故障隐患，提高天车的安全运行水平。

2. PLC变频调速控制系统

行车的副钩、主钩、小车和大车都要实现调速，为了保障起重机的安全、稳定运行，应设计各种独立调速系统，实现电动机的同步运行，一台变频器可以同时驱动起重机的两台电机，为了提高行车操作控制的可靠性和灵活性，保留行车上驾驶室操作控制功能，对行车上驾驶室和地面遥控操作涉及两个并行、独立的操作系统，工作人员可以通过选择不同的开关来实现不同的操作功能{参考：刘岩梅}。PLC 变频调速控制系统结构图比较常见，产品说明书一般都有。PLC 可编程控制器主要实现天车的操作控制电气传动系统的时序、逻辑编程控制，由地面反射系统发出照明、电铃、启动、停止等控制信号，通过遥控接收系统进行接收，然后经过信号放大电路进行信号处理，最后再通过电气的无线信号转换成有线电流信号输入到 PLC 模块。行车驾驶室的操作控制改为地面遥控操作，这样就非常的安全。行车变频调速的各种限位、超重极限、门极限等控制信号进行电气信号转换以后也输送到 PLC 模块。在该系统中，合理地进行编程设计，再经过电气信号转换以后输送到变频器控制端子，实现运行中调速等控制功能。行吊在起升控制过程中，通过 PLC 变频调速系统，通过变频器将电流信号进行电气信号转换器后发送到操作控制模块，为了避免变频器发生故障或者突然断电时，起重电动机上的重物下滑，可以保留原有的断电抱闸结构。{参考：孙亦珍}

3. 变频器调试

（1） 初始上电调试。检查行车起重电机 T、S、R 端和电源线的连接，将负载连接 W、V、U 端子，变频器与制动单元连接时，确保变频器直流母线和制动单元的正负极性保持一致，连接制动单元时，应实现无接地和短路的现象。同时检查各个电路的接线是否正确，万用表检查外露金属部分是否有接地、短路现象，确保所有接地端子牢固稳定。

（2） 空载调试。变频器的初始化参数设定完成后，应进行空载调试，在变频器操作盘上设定起升机构运行速度，然后启动变频器，使起重电动机空载运行五分钟。同时，在正、反两个方向上进行高频、中频和低频的试运行，试运行过程中仔细观察电机运行转速和变频器输出频率是否一致，加速和减速是否平滑、电机和变频器运行是否存在奇怪声音、电机温度上升是否正常等。

（3） 负载调试。在高频、中频、低频条件下变频器必须保持安全稳定的运行状态，留意查看变频器操作盘上的静态指示电流，不允许超过行车上电动机的额定电流。同时，在上下来回的加减速当中，应注意减速和加速过程中的电压和电流值，适当调整起重电动机的减速和加速时间，在满载状态下仔细观察调试起重曲线参数，确保机械负载、电机和各机构变频器的功率和转矩配合正确，各种操作控制功是否正常好用。

结束语

改造是成功的，行车通过应用变频调速技术，可有效解决很多问题，并且极大地提高了天车操作控制的灵活性和电气传动的可靠性，通过计算经济数据也是可观的，机修车间的改造费用几个月就可收回支出成本，其中没有计算故障维护周期的延长的效益，改造的天车运行平稳，故障率明显下降。

参考文献：

[1] 孙亦诊.电动机的节能问题淺析[J].科技信息，2011（25）：44-46.

[2]刘岩梅.电动机节能探讨[J].职教与成教，2012（66）：11-13.

作者简介：

李 晋（1968—）男，陕西长安人，电气技术员，电气工程