维普资讯 http://www.cqvip.com 飘匿 变频技术 塔式起重机起升电机变频器的选用 宋建平 （核工业武威二一二机械厂，甘肃武威７３３０４０） ［摘要］ 简述了塔式起重机起升电机变频调速负载特性，电机的选择，变频器容量的选择和选型参数验算。 关键词塔式起重机变频器变频调速 １起升电机变频调速负载特性 电机相同，调速平滑稳定。如果在恒转矩调速范围内要 １．１恒转矩负载特性 起升电机的负载表现为位能性负载，属于恒转矩负 载，其负载特性为Ｔ￣－－ｆ（ｎ），负载转矩 与转速ｎ无关， 任何转速下 总保持恒定或基本恒定。因为具有位能性 负载的特性，其起升电机通常工作在额定转速之下，故 采用恒转矩控制方式。 变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要 足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳 速运行，应该考虑电机的散热能力，避免电机的温升过 高。 １．２恒转矩调速特性的控制 恒转矩调速：在改变频率 的调速过程中保持电机 的输出转矩不变。 ｎ， 异步电机的转速公式：ｎ＝ （１一ｓ） （１） Ｐ 当转差率 变化不大时，ｎ近似正比于频率 ，可 见改变电源频率就可改变异步电机的转速。 １．３恒转矩调速的特性 电机变频调速前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调 速时，有 Ｎ＝ （２） 贝ＪＩ＝ ： ＝（ 务）（ ）＝１ 电压随频率作正比变化，则： ＝ 即主磁通不变，电机饱和程度不变，电机过载能力 也不变，电机在恒转矩变频调速前后性能都保持不变。 ２电机的选择 ２．１极数的选择 变频调速电机一般均选择４级电机，基频工作点设 计在５０Ｈｚ，频率０～５０Ｈｚ（转速０～１４８０ｒ／ｍｉｎ）范围内电机 作恒转矩运行，频率５０～１ ＯＯＨｚ（转速１ ４８０－２８００ｒ／ｍｉｎ） 范围内电机作恒功率运行，整个调速范围为０－２８００ｒ／ｍｉｎ， 基本满足一般驱动设备的要求，其工作特性与直流调速 收稿日期：２００７—０６—０１ ５４ ｌＷｗｗ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔｌ电工拄本 提高输出转矩，也可以选择６级或８级电机，但电机的 体积相对要大一点。 塔机起升机构电机应选用适合频繁起动，转动惯量 小、起动转矩大的变频用电机。目前国内以４极电机作 变频电机首选极数。 ２．２电机功率选择 （１）已知条件：额定起重总重量 提升速度 ，起 升机构机械效率 ，电机功率Ｐｎ应按下式计算： Ｐｎ＝— （３） ，７×ｌＯ 式中：Ｐｎ为电机功率，ｋＷ； Ｆ为额定起重量（最小幅度时）＋吊钩重量＋钢 丝绳重量，Ｎ； 为提升速度，ｍ／ｓ； 为机械效率。 （２）已知条件：电机额定转速 ，最大起重力矩 ， 电机功率应按下式计算： Ｐｎ＝１２￣ｘＮ．ｘＴ． （４） ６０ｘ】 ３变频器容量的选择 （１）由于变频器传给电机的是脉冲电流，其脉动值比 工频供电时电流要大，因此须将变频器的容量留有适当 的余量。此时，变频器应同时满足以下３个条件： ≥ （５） ｖ／ｃｏｓ￣ｐ ≥Ｊｉ｝，Ｍ （６） ≥Ｊｉ｝ Ｍ ＩＭｘ１０３ （７） 式中：ＰＭ、 ｃｏｓｔｐ、 、，Ｍ分别为电机输出功率、 机械效率（取０．８５）、功率因数（取０．７５）、工作电压（ｖ）、 工作电流（Ａ）； Ｋ为电流波形的修正系数（ＰＷＭ方式取１．０５－１．１）； 为变频器的额定容量，ｋＶＡ； 为变频器的额定电流，Ａ。 式中，Ｍ如按电机实际运行中的最大电流来选择变频 器时，变频器的容量可以适当缩小 （２）塔式起重机起升机构平均起动转矩为大惯性负载 起动，一般来说为额定转矩值的１．３～１．６倍，考虑到电源 维普资讯 http://www.cqvip.com
变频技术 电压波动及需要通过１ １０％额定负载的动载试验要求等 因素，其最大转矩应是负载转矩的１．８￣２．０倍，以确保 安全使用，通常对于普通鼠笼电机来讲，等额变频器仅 多极电机，减速机速比１＝１４．５６，绳筒直径４１０ｍｍ，电 机转速Ｍ＝１ ３４９ｒ／ｍｉｎ。 中小型塔式起重机对速度的要求比较高，因此，关键 能提供小于１ ５０％超载负载力矩值，为此可通过提高变 频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得２００％负 载力矩值。 大惯性负载起动时变频器容量的计算公式： 凡≥ （ ） （８） 指标最大起升重量，滚筒直径不能有太大变化。选用变 频调速方式，需要对相关设备和技术指标进行适当的调 整。 ５．１设备选型参数 起重机变频调速系统由主令控制器输入给定，通过 变频调频调速电控设备、荷重测控仪、力矩器、限 位开关、制动器等配合使用，来控制起重机的起升交流 变频异步电机起动、制动、可逆运转与调速。 设备选型参数：变频器安川ＶＳ６１ ６Ｇ５型；动滑轮４ 倍率；起升电机为４极异步鼠笼电机；额定功率Ｐｎ＝１８． ５ｋＷ；减速机速比Ｉ＝５０；Ｎｎ＝１３４９ｒ／ｍｉｎ；绳筒直径 Ｄ＝３７５ｍｍ．即 Ｄ／２＝１ ８７．５ｍｍ＝Ｏ．１ ８７５ｍ。 式中：ＧＤ 为换算到电机轴上的转动惯量值，Ｎ・ｍ ； 为 负载转矩，Ｎ・ｍ； ｃｏｓ￣ｐ、Ⅳｎ分别为电机的效率（取 ０．８５），功率因数（取０＿７５），额定转速，ｒ／ｍｉｎ；ｔ 为电机加 速时间（Ｓ）由负载要求确定。 在实际选择变频器容量时，一般按下式计算： ≥Ｋ× ×ＰＮ×叼ｃｏｓ （９） 式中：凡为变频器容量，ｋＷ；Ｋ为过载系数，Ｋ＝Ｉ． ８～２．０；ＰＮ为起升额定负载所需功率；叼为电机效率，叼 ０．８５；ｃｏｓ 为电机功率因数，ｃｏ ０．７５。 ５．２最大起升重量的验算 由 ＝ｌ３ｌＮ＿ｍ ．４专用变频器的选择 塔式起重机起升机构的运转具有大惯性、四象限运 行的特点，与其它传动机械相比对变频器有着更为苛刻 的安全性和可靠性上的要求，目前市场上的专用变频器 品种很多，如安川变频器ＶＳ６１ ６Ｇ５系列，日本富士Ｇ９Ｓ 系列，三菱ＦＲ—Ａ０２４１ Ｓ／Ａ０４４等。这里介绍安ＪｔＩ ＶＳ６１ ６Ｇ５变频器在塔机起升机构中的应用，该变频器是 则理论起升重量为：ｗ＝ｌｌ２ （ｘＴ雨．ｘ Ｉ＝６９９ｔ 为重力加 速度，取１ ０ｍ／ｓ ），考虑传动效率为０．６４，则实际最大起 升重量为： ＝０．６４ｘ Ｗ＝４．４７ｔ。 与要求的最大起升重量４ｔ相比有１．１倍保险系数， 基本符合要求。 ５．３最大起升速度验算 （１）由式（３）得最大吊重时的提升速度 ： ：专为起重机类负载而设计的专用变频器，具有如下特点： （１）具有全程磁通矢量控制，在１ Ｈｚ的低频下，即使 无速度反馈环节，也能提供１ ５０％额定转矩的起动力矩。 （２）可配备制动单元，实现四象限运行，而且动态响 应好。 单， ：２１．１ ｍ／ｍｉｎ （２）实际最大提升速度 为： ：∞Ｒ：２ ＲＮ ．：—＂ｒｒ—Ｄ Ｎ—ｎ：３１７６ ｍ／ｍｉｎ ．』 』 （３）在全速范围内，具有恒转速矩特性。 该系统通过ＰＬＣ无触点控制吊钩的升降及速度档 次，同时系统安装了旋转编码器速度反馈器件和转矩测 量信号反馈器件来实现闭环运行，使起升机构运行更加 平稳。 根据计算可知，变频模式下，电机的最大起升速度 降低了，主要是考虑到节约成本，在市场上有竞争力． 设计时相关硬件成本估算到最优化；通过缩短启动和就 位时间，空钩高于５０Ｈｚ运行等多种协调方法，使得在 具体使用中并没有明显感觉速度减慢。 参考文献 …刘佩衡．塔式起重机使用手册．北京：机械工业出版社，２００２ ５参数验算 目前塔式起重机ＱＴＺ４０型，２倍率主要技术指标 为：最大起升重量４ｔ，起升速度８０／４０／７．０ｍ／ｍｉｎ（４倍率 时：４０／２０／３、５ｍ／ｍｉｎ），起升机构１５／１５／３、５ｋＷ的４／８／３２ （１０） ［２］喻乐康．中大型塔式起重机起升机构的调迷方式．北京：建 筑机械技术与管理．２００５（６） 欢迎参与 工技ｉｆｃ 杂志社 ２００７重庆市工业及民用市场有奖问崔调查活动 电工技术ｌ ２００７ ｌ ９期ｌ ５５
