变频器在塔式起重机上的应用研究

牛建民

（中铁大桥局机械化施工分公司，湖北 武汉 430050）

在现代建筑和重工业领域，塔式起重机作为一种关键的工程机械，在大型物料搬运和建筑施工中发挥着不可替代的作用。为了提高起重机的性能、精确度和能效，变频器技术在塔式起重机上得到了广泛应用。引入变频器技术，使得起重机可以实现精准的电机转速调节。同时通过实时调整电机的频率，变频器平滑启动和停止，有效减少了起动和制动时的电流冲击，降低了能耗，提高了能源利用效率。这对于大型塔式起重机的长时间运行，尤其是在高负载条件下，具有重要的经济和环保意义。

1 塔式起重机分析

塔式起重机是一种用于在建筑工地和其他工业场所进行物料搬运和起吊作业的重型起重设备。它通常由一座垂直塔身和一个伸臂组成，伸臂上配有起重钩或其他吊具，用于提升和移动重物。该设备主要由四部分组成，分别是钢结构、工作结构、电气系统和装置。在实际应用过程中，四部分协同作业是保证安全运行的基础。

塔式起重机具备以下优点：第一，其起升高度较高、工作幅度较大；第二，基于结构组成，作业空间较为充足；第三，可以同时进行多道操作，如垂直、水平运输协同操作等；第四，可以在三维空间中进行吊、运、装、卸等操作，且效率较高；第五，司机室空间较大，为司机提供充足视野；第六，结构简单、操作较为简便，且便于维护。

但与此同时，该设备也具备以下不足：第一，结构组成庞大，占地面积较多，安装过程费时费力；第二，自重较大，一旦出现事故难以及时进行控制；第三，拆卸、运输和转移较为耗时耗力，灵活性较差。

基于上文就优缺点的阐述，在塔式起重机中应用变频器，可以有效应对存在的不足，进一步强化优势发挥。

2 研究内容信息阐述

本文以麦格米特MV600L 变频器和QTZ315 型塔机为研究内容进行分析。

2.1 变频器信息概述

研究应用的变频器选择MV600L-4T315 型号的变频器进行分析。该变频器额定容量为388KVA，额定输入电流为590A，额定输出电流为585A，额定输出功率为315kW。其主要组成结构如图1 所示。

图1 结构图示

2.2 塔式起重机信息概述

QTZ315 型塔机控制方式采用传统控制方式。在重载时可以平稳、低速运行，处于轻载或者无载重状态时，可以高速、稳定运行。操作方式更灵活，便于控制，司机室作业空间较为充足。其主要参数信息见表1 所示。

表1 QTZ315 塔式起重机相关参数总结表

3 变频器在塔式起重机上的应用分析

塔式起重机运行过程中，起升结构、变幅结构和回转机构是主要传动部位。本文主要阐述了变频器在上述三大机构的应用。

3.1 应用变频器后相较传统调速方式的优点分析

塔式起重机的传统调速方式包括以下几种：第一，多速电机变极调速。通常电机的极数是固定的，而通过应用变极调速技术，可以实现在不改变电机结构的情况下，改变电机的有效极数，从而调整电机的运行速度。但此方式调速范围有限，只能在三种速度之间切换，且换挡时电流冲击较大，不符合节能目标。第二，电磁离合器换挡的减速器加带涡流制动的单速绕线转子电机，该种方式具备运行平稳、调速比设计更为灵活的优势，但该电机中电磁离合器使用寿命较短，且不能在空中动态变换离合器挡位，否则，会出现安全风险，同时造价成本较高。存在的缺点制约其应用范围。

相较上述两种传统调速方法，应用变频器后，借助其功能优势，可以有效改变冲击电流较大、调速范围有限等缺点。且变频器调速方式结构更为简便，便于后续维修维护，同时借助变频器的故障码可以更高效、精准定位故障点，缩短事故排查时间。另外，变频器具备更好的灵活性，其可以快速平稳制动，降低对传动机构的冲击力，从而延长相关设备的使用年限，在一定程度上降低成本支出。综上来看，变频器调速方式优势明显。

3.2 变频器在起升结构中的应用

起升结构是塔式起重机中的重要组成，其主要包括起重机钢丝绳、卷筒、变速器、电动机以及相关的制动和安全系统。负责完成各种升降任务，且在不同工况条件下，提供高效、安全的货物处理能力。基于其功能，对电控灵活性、安全性和稳定性要求最高，不仅需要保证货物起吊过程中保持稳定，还需要保证高效、安全响应。因此，现阶段，塔式起重机起升结构中除了上述组成外，还糅合重量限制器、力矩限制器等安全装置，这些装置不可忽略，无形中对起吊速度产生影响。

针对上述情况，在应用变频器时，需要结合塔机起升电路设置、起升结构组成及速度要求等进行思考。通过变频器的加减速时间、各段速度频率的科学设置，可以有效控制货物起吊速度。所以，设计方案需要确保起升结构拖动重物启动的一瞬间，起升结构中的变频器发挥响应，并且前变频器输出一定反向预转矩，预防开闸遛钩现象发生，并且还需要预先设置抱闸闭合频率，从而避免货物在运输途中发生闭闸遛钩现象。同时，需要发挥变频器的编码优势，借助编码器科学控制起升速度，并且促使塔式起重机具备自动检测速度的功能，可以实时监测起升速度，一旦超出预设阈值，自动触发安全防护控制，从而保证安全运行。另外，起升结构与多种安全限位装置相连接，应用变频器后，需要保证电路实现高效连接，并避免各种安全限位装置的信号干扰变频器运行。如图2 所示，闭锁控制发挥效用过程中，S1-S5开关负责速度控制信号发送，S6 负责抱闸反馈信号发送，K15 也负责抱闸控制信号发送。通过开关的闭合以及编码器的支持，可以有效保证起升结构的安全性和稳定性。

图2 塔式起重机起升结构主电路图示

3.3 变频器在变幅结构中的应用

塔式起重机的变幅结构是指用于实现起重机吊臂横向运动的系统，通常包括变幅机构、变幅驱动装置和相应的控制系统。这些组件协同工作，使得塔式起重机能够适应不同工况下的横向变幅要求。在实际应用过程中，变幅结构通过控制水平臂，改变所吊货物幅长。目前，变幅结构的速度控制主要依靠双速或者三速电机达成目标，该种控制方式结构简单，但接线复杂繁琐，且无法实现连续换挡，在不同工况下面临挑战，基于此，应用时为了避免出现故障，应用变幅器更为精准控制速度。具体来看，变幅结构通过大臂横梁上载重小车的往返运动来调整吊钩覆盖幅度范围，此时发挥变幅器的V/F 控制模式便可达成目标，如图3所示，主电路结构中变幅器和PLC 协同发挥作用，采集来自PLC 的DI 信号，基于实际编写变频器的换速逻辑，此时便可以控制载重小车的运动幅度和运行速度，避免其出现安全事故。

图3 变幅结构主电路图示

3.4 变频器在回转结构中的应用

塔式起重机的回转机构是指用于实现起重机吊臂的旋转运动的系统，通常包括回转机构、回转驱动装置、电机和相应的控制系统。通过上述组件协同工作，使得塔式起重机能够360°旋转，适应各种工作场景。

传统情况下，塔式起重机的回转系统借助双电机实现控制。由于回转机构大臂长度多数超出60m，此种及控制方式难以满足目标。尤其是在稳定、精准定位方面，存在明显的局限性。基于此，借助变幅器调整回转机构电控系统设计方案，借助带涡流制动线圈的电机作为动力系统取代传统动力组成，发挥涡流线圈优势，保证回转结构稳定运行，此设计模式下，涡流线圈、回转电机和变频器之间连接如图4 所示。

图4 应用变频器后的设计方案图示

结合图4 可知，通过变频器接收操控指令，并向回转电机和涡流模块发送信号，驱动其按照指令要求完成运行，此时，涡流模块也依据操控指令的要求，向回转电机的涡流线圈传输信号，依据这种方式可以提升运行稳定性，也可以确保回转臂实现准确定位。

4 结语

随着建筑工程和物流需求的不断增加，变频器的引入使得塔式起重机在适应性、精准度和能效方面都取得了显著的进步。在操作灵活性方面，变频器技术使得塔式起重机可以根据不同任务的需求，实时调整电机转速，从而更加灵活适应各种复杂的搬运和起吊场景。能效方面，变频器的应用有效减少了启动和制动时的电流冲击，降低了能耗，提高了电能的利用效率。基于此，本文以集成了涡流控制的麦格米特MV600L 变频器和QTZ315 型塔机为研究对象，详细阐述变频器在塔式起重机中的应用，可以为塔式起重机功能优化提高更多参考，并为建筑类机械向智能化、自动化、高效化方向发展提供了支持。