变频器在起重机的应用

引言

起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多作用起重设备。桥式起重机的类型包括桥式起重机、特种起重机、门式起重机、装卸桥等。动臂起重机包括汽车起重机、轮胎起重机、履带式起重机、塔式起重机、门座起重机、浮式起重机和铁路起重机，起重机是现代高层施工中必不可少的施工设备。特别是在建筑施工，装卸货物中担任了极其重要的任务，对于保证施工工期和安全，降低施工成本，提高效率，减轻劳动强度起着不可代替的作用。

国产建筑机械制造工艺水平不断提高，随着变频器在起重机上的广泛应用，舒适性和安全性也越来越成熟，为国产建筑机械走向国际化奠定了基础。

变频调速原理

变频调速的基本原理是根据交流电动机转速关系得出的，交流电动机转速关系为:

n=60f1(1-s)/p

式中 n--电动机转速;

        f1--供电频率;

        p-电动机的极对数;

        s--滑差率，s=(n1-n)/n1

        n--电动机同步转速。

由上式可知，若均匀地改变定子供电频率f，就可以平滑地改变电动机的同步转速，实现调速运行。

在起重机的变频调速系统中，一台变频器带动电动机，所以采用开环形式的U/f、矢量控制及闭环控制。即根据所生电动机的转速，适当地按照工频电源的频率，而频率的变化必然会引起电动机磁通的变化。为了充分利用电动机的铁心，保持磁通恒定，就要使电压和频率的比值保持恒定(U1/f1=CΦm=常数)。采用U/f控制的变频器控制电路结构简单，成本低，多用于对精度要求不高的通用变频器。

起重机的PLC变频调速控制系统

起重机的变频调速控制系统原理如图4-1所示。PLC根据提升机的位置和速度信号向变频器发出控制指令，变频器根据指令控制起重机的动力系统。

同时当变频器检测出故障时，变频器向 PLC发出信号，PLC根据控制指令使起保护作用的继电器运作，切断电源，从而保护起重机的动力刹车系统，达到可靠的安全系统。

图4-1

变频器特性

FR500/FR510 系列矢量控制变频器主要定位为中高端市场的 OEM 客户及特定要求的重载型负载应用场合，其设计灵活，内嵌 FVC（FR510）、SVC、VF 控制于一身。

1.设计理念：

灵活相对市场应用空间有一定的提升，减小变频器的安装空间，提高电箱整体的扇热空间。

2.适应电压：

自适应额定输入电压三相 380 V（-15%～+30%）

3.控制模式：

多种控制方式，可广泛应用于对速度控制精度、转矩响应速度、低频输出特性有较高要求的应用场合。

性能特点

FR510S变频器是一款针对高速主轴研发的工程伺服驱动器，具有丰富的I/O接口，具有调速范围广、响应速度快、控制精度高等特点，特别是具有响应速度快（25000转加减速只需要0.8S），和控制精度高特点（闭环矢量控制下误差为0.025%最高速度、电机振动速度在0.2mm/s以下）保证了高速电主轴能平稳运行。

调速范围宽，可实现有准确控制定位要求的作业   

软启动、软停止的功能降低了机械传动冲击，可明显改善钢结构的承载性能，延长了起重机的使用寿命

高集成度组件及高可靠性低压电器，有效解决原电气系统接线复杂问题，不仅降低了系统故障机率，而且易维护

电动机在零速时，能全力矩输出，即使制动器松动或失灵时，也不会出现重物下滑，确保系统安全可靠

具有快速的动态响应，不会出现溜钩，真正实现“零速交叉”功能。

FR500系列变频器介绍

01FR500接线原理图

图4-2

02FR500系列制动电阻的选型

当变频器带大惯性负载减速或者是需要急减速时，电机会处于发电状态，将负载能量通过逆变桥传递到变频器直流环节，引起变频器母线电压抬升，当超过一定值时，变频器就会报过电压故障，甚者会导致变频器内部功率模块过压损坏，为防止该现象的发生，必须配置制动组件。

以下为推荐使用的制动电阻功率以及阻值。根据负载情况，用户可以适当改变取值，但必须在推荐的范围内。

图4-3

起重机变频调速系统调试

01FR500变频器的调试

在确保主电路及控制电路接线正确的情况，系统开始上电调试。通过变频器上的操作面板设置电机的参数，并选择静态自学习方式辨识电机，辨识完成后，设置控制模式，输出频率，加减速时间，继电器 DO输出方式，抱闸松开和锁紧的检测频率及其它相应参数(其具体设置参数详见各变频器使用说明书)，参数设置完成后，按照起重机的国际实验规则，将进行空载调试、额定负载调试及125%额定负载调试几个阶段。在调试时，若出现溜钩现象，可适当调高抱闸频率，但不宜设置过高，否则变频器易报故障，一般设置在0.3~2Hz内。

02参数表

图4-4

起重机的安全调试

01超载测试和防坠测试

安全是提升机最重要的标准，在系统调试时必须按照国标进行安全测试。在空载测试时，可测试起重机上下限位、起重机限位开关是否按设计标准动作；在125%额定负载调试后，将超载保护器调整为110%，进行超载测试。

防坠测试，通常在起重机上安装有防坠安全器，防坠安全器是起重机上重要的一个部件，要依靠它来消除吸盘，吊钩坠落事故的发生，工地上使用中的起重机都必须每三个月进行一次坠落试验，坠落试验可通过提高变频器输出频率，使电机驱动吊笼在模拟坠落的速度下，看防坠安全器是否动作。

02稳定性测试

启动时要注意设备移位的稳定性，需要保持变频器的同步运行达到双向左侧与右侧的电机达到同步进行侧移，禁止有速度差影响行车滑动带来的摩擦损坏设备。

审核编辑：汤梓红