淺述天車電氣系統(tǒng)變頻改造

陳 波

（包頭鋁業(yè)有限公司熱電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014046）

在某裝備制造廠內(nèi)，涉及到32/5 天車共計2 臺、20/5 天車10 臺，16+16 天車2 臺。在啟動交流異步電機時，所產(chǎn)生的沖擊電流非常大，會損壞設(shè)備，還會出現(xiàn)運行噪聲，極大影響設(shè)備使用壽命、定位精度。天車構(gòu)造成本高，且節(jié)能性、環(huán)保性低下。針對20/5 天車來說，實行電氣系統(tǒng)變頻改造，確保其滿足用戶需求。針對20/5t 天車的電氣控制系統(tǒng)，實行變頻改造后，可以降低天車建設(shè)成本加大控制效果。比如應(yīng)用該車時，設(shè)備每年更新費用降低50%，檢修維護成本降低80%，總開支節(jié)約5500 元。在日常運行中，可以減少30%的電量，累計節(jié)省費用總計4000元。立足于長遠發(fā)展眼光，開支節(jié)省效果顯著。對于控制性能來說，可以準確檢測電源缺項、電壓欠壓、過流與過壓問題，同時應(yīng)用自動化應(yīng)變措施，確保電機運行安全。同時針對應(yīng)急變負載、檢知瞬時功率，實現(xiàn)快速準確響應(yīng)，保證加減速平穩(wěn)，加快電機動態(tài)響應(yīng)速度，可以進行無級調(diào)速，提升控制精確度。

1 天車改造前問題

1.1 主令控制系統(tǒng)

原設(shè)計起重機電氣元件，包括主副起升、大小車、照明、警報。具體元器件構(gòu)成為照明變壓器、主回路進線開關(guān)、控制開關(guān)、進線控制接觸器、分子回路、主回路。原有切換主要對轉(zhuǎn)子電阻進行切換，科學控制電機轉(zhuǎn)速。保護系統(tǒng)通過限位方式，可以對主進線接觸器進行控制，加強保護效果。

1.2 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在問題

第一，啟動電流比較大，會嚴重沖擊電網(wǎng)運行。第二，機械設(shè)備使用壽命短，鋼繩、電機聯(lián)軸器的磨損量多；第三，繼電器、接觸器等電器元器件，線圈、觸頭會燒壞損失。第四，電動機故障率高。在檢修和維護起重機時，由于為高空作業(yè)，應(yīng)用便捷性低，且起重機故障會嚴重影響生產(chǎn)進度。

1.3 故障原因

第一，拖動電動機容量大，在啟動設(shè)備時，瞬間電流非常大，會導致電網(wǎng)系統(tǒng)受影響。電動機在額定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，會使電能浪費家居。

第二，天車升降、大小車啟停速度快，多為慣性負載，會使機械沖擊增加，縮短機械設(shè)備的運行時間。操作人員缺乏安全意識，不安全操作行為多，對設(shè)備運行可靠性的影響非常大。

第三，天車承擔搬運工作，傳統(tǒng)電機的調(diào)速法，通過電氣驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)，主要為控制元件、交流接觸器，對電動機轉(zhuǎn)子串接電阻進行閉合，會出現(xiàn)頻繁切換動作。當電流量較大時，會導致線圈、觸頭燒壞。由于受到環(huán)境影響，轉(zhuǎn)子回路與銅電阻串接在一起，會明顯增加不良影響，且因設(shè)備振動、灰塵影響，極易產(chǎn)生斷裂、燒毀問題。因此會增加設(shè)備故障率、維修量。大小車運行期間，也會出現(xiàn)上述問題。

第四，天車起升操作中，電動機升降的受力不均勻，容易產(chǎn)生過載問題，損壞電動機損壞，導致鋼絲繩斷裂。

第五，為了全面適應(yīng)天車工況，操作人員的操作行為比較多，會導致起重機電氣元件、電動機電流較大，對電氣元件、電動機服役時間影響非常大。

2 天車電氣系統(tǒng)變頻改造的構(gòu)造與優(yōu)勢

2.1 構(gòu)造分析

在原有電氣控制中，通過變頻調(diào)速方式，全面代替電阻調(diào)速方式。電機轉(zhuǎn)子星點短封時，需要加設(shè)4 臺變頻器，主要在在大小車、主副鉤、主回路系統(tǒng)。對于不同變頻器進線端，增設(shè)空氣開關(guān)。原控制器，能夠進行一組正反切換接點，將剩余一組更改到變頻控制單元。正反轉(zhuǎn)主令，源于正反兩接點，與變頻正反控制連接在一起。在變頻設(shè)置中，應(yīng)當重新設(shè)置輸入端子，將其轉(zhuǎn)化為正反控制輸出。利用主令控制能夠看出，在原設(shè)計中，涉及到4 段速，基于變頻頻段，對端子進行控制，同時引入主令接點。

基于使用需求，在變頻器內(nèi)設(shè)置3 段速度，分別為10Hz、25Hz、45Hz。在低速、高速行駛狀態(tài)，維護行車安全。為了確保電機運行曲線平滑，必須提升機械設(shè)備穩(wěn)定性。變頻器的熱保護功能強，為了降低空間占用量，應(yīng)當將原設(shè)計主副鉤、小車過熱情況消除。大車變頻器運行，需要借助雙臺電機。變頻熱保護功能，不能對電機進行同步保護。因此，大車熱保護投入運行時，能夠?qū)Ρчl系統(tǒng)進行控制，增設(shè)抱閘控制接觸器，數(shù)量為4 個。起升回路通過變頻器實現(xiàn)多功能輸入，高效控制抱閘啟停。對于行走回路，利用主令控制器接點，能夠?qū)Ρчl吸合進行控制；通過變頻器接點，能夠科學控制輸出。由于變頻器不能多次啟停，所以需要將原設(shè)計限位，與變頻正反控制回路串接在一起。

在主站中建立緩沖區(qū)，在實際工作期間，可以對用戶相關(guān)信息內(nèi)容進行掃描，然而此時需要通過中央處理器承擔。此外，在工作處理中，必須合理應(yīng)用周期循環(huán)方式，按照特定順序與從站，有效交換數(shù)據(jù)和信息，同時將信息數(shù)據(jù)存儲到緩沖區(qū)域內(nèi)，為系統(tǒng)提供多元化優(yōu)質(zhì)服務(wù)。當限位不經(jīng)常動作時，應(yīng)用減少原設(shè)計變更，確保在動作限位不頻繁時，確保限位回路穩(wěn)定。通過限位，能夠?qū)χ骰芈方佑|器進行控制，加大限位保護。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

轉(zhuǎn)子切電阻電氣系統(tǒng)的運行問題多，必須優(yōu)化和改進交流電動機，特別是調(diào)速方式。在改進時，應(yīng)用變頻調(diào)速方式。優(yōu)勢如下：第一，通過變頻器，科學有效控制電機運行，實現(xiàn)電機軟啟動，保證電機響應(yīng)快速，并且實現(xiàn)無級調(diào)速。針對電源缺相、過壓過流、欠壓問題，可以實現(xiàn)準確化檢測，采用自動化方式，對電機予以保護。第二，具備較高的工作可靠性。在運行狀態(tài)下，原有拖動系統(tǒng)會出現(xiàn)抱閘情況，通過變頻調(diào)速處理后，可以在停止狀態(tài)機械能抱閘，對閘皮磨損進行改善。第三，降低控制系統(tǒng)故障率。原有系統(tǒng)過繼電器系統(tǒng)、接觸器系統(tǒng)，可以開展科學化控制，故障率非常高。利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進行簡化，全面嘉慶可靠性。在意外停電事故下，通過停電減速功能，能夠減緩起重機速度，直至停止狀態(tài)。以免由于突然停車，引發(fā)較大的安全隱患。第三，具備明顯的節(jié)能效果。轉(zhuǎn)子異步電機運行速度慢，轉(zhuǎn)子回路、電阻電能消耗大。通過變頻調(diào)速系統(tǒng)，能夠使外接電阻的能耗降低。在頻繁啟動電機中。通過此種方式，電費節(jié)省效果顯著。第四，加強調(diào)速質(zhì)量。在應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，整個調(diào)速比較平穩(wěn)，可以長期低速運行。運行效率、定位精度均比較高。

3 天車電氣系統(tǒng)變頻改造報告

針對天車電氣系統(tǒng)實施變頻改造后，應(yīng)用到該裝備制造場中，獲得業(yè)主一致好評。

3.1 節(jié)能效果

電氣系統(tǒng)所應(yīng)用的變頻器，可以實現(xiàn)自動化節(jié)能與操作效果，全面提升系統(tǒng)功率因數(shù)、運行效率，節(jié)能效果顯著。平均節(jié)電率大于30%。在一年運行時間內(nèi)，電費節(jié)約量達到4000 元。在更新和改造設(shè)備時，可以降低50%的費用，檢查維護費用下降80%，總計達到5500 元的節(jié)約量。立足于長遠發(fā)展，費用節(jié)省效果顯著。

3.2 控制性能

相比于傳統(tǒng)切電阻系統(tǒng)，采用變頻控制方式改造天車后，明顯提升整機性能，起升行走的穩(wěn)定性、平滑度高，準確定位被吊物件。按照實際操作需求，在不同場合內(nèi)，均刻意應(yīng)用無級變速。變頻器具備自我保護功能，能夠報警和停止過載、過流、過壓等問題，降低天車故障率，還可以提升安全性能。天車電氣系統(tǒng)變頻改造的參數(shù)設(shè)定值如表1 所示：變頻器具備限流作用，在啟動時，避免對電網(wǎng)系統(tǒng)造成沖擊，維護車間設(shè)備運行穩(wěn)定。控制系統(tǒng)的改造優(yōu)勢如下：第一，速范圍寬，能夠?qū)σ笞饔脜^(qū)域進行精確化定位與控制；第二，軟啟動、軟停止功能，通過上述功能，能夠降低機械傳動沖擊力，改善鋼結(jié)構(gòu)承載性能，延長天車使用壽命；第三，低壓電器的組件集成度、可靠性均比較高，能夠簡化原有電氣系統(tǒng)接線復(fù)雜度，既可以使系統(tǒng)故障率下降，還可以便于維護。第四，電動機處于低速運行狀態(tài)時，可以實現(xiàn)大力矩輸出，接近200%。即使制動器失靈、松動，也不會導致重物滑落，具備較高安全性、可靠性第五，動態(tài)快速響應(yīng)，減少溜鉤問題，實現(xiàn)零速交叉效果。萬能轉(zhuǎn)向器左轉(zhuǎn)，可以確保限位開關(guān)處于常閉接通狀態(tài)，此時接觸器處于通電狀態(tài)，電機正轉(zhuǎn)塔臂會向左轉(zhuǎn)動。當萬能轉(zhuǎn)向器左轉(zhuǎn)，可以確保限位開關(guān)處于常閉接通狀態(tài)，此時接觸器處于得電狀態(tài)，電機正轉(zhuǎn)塔臂會向右轉(zhuǎn)動。在按下回轉(zhuǎn)制定按鈕后，會導致回轉(zhuǎn)制動接觸器得電，此時回轉(zhuǎn)萬能轉(zhuǎn)向開關(guān)不得電，電機制動，可以防止在大風天氣下出現(xiàn)安全事故。第六，在變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用后，可以避免出現(xiàn)操作人員違章操作問題。

表1 天車電氣系統(tǒng)變頻改造的參數(shù)設(shè)定值

4 結(jié)語

綜上所述，采用20/5t 變頻天車改造，能夠?qū)ψ陨碓O(shè)計能力、施工能力進行鍛煉，還可以增加人員、技術(shù)的儲備量，確保天車變頻改造的有效性。在技術(shù)改造中，可以將主副鉤、大小車改造為變頻。按照實際應(yīng)用需求，單獨針對主副鉤、大小車系統(tǒng)的部位予以改造。變頻控制屬于新興技術(shù)，技術(shù)投資量比較大，且回報慢。但是，按照長遠發(fā)展可知，變頻控制技術(shù)可以明顯降低費用開支，應(yīng)用效果顯著。在相同使用條件下，能夠使電量節(jié)省30%以上。且人工維護成本費用支出少。