15t/3t桥式起重机电气控制电路的变频改造

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[摘要] 针对原桥式起重机采用转子串电阻的方法起动和调速存在的弊端,提出了采用PLC和变频器进行变频调速的技术改造方法。改造后的桥式起重机起动可靠,运行稳定,具有良好的发展前景。

[关键词] 桥式起重机 电气控制电路 变频改造

15t/3t交流桥式起重机主要由主钩、副钩、大车和小车四部分组成。大车轨道敷设在两侧立柱上,大车在轨道上纵向移动;大车有小轨道,供小车横向移动;主钩和副钩都装在小车上,主钩为提升重物,副钩除提升轻物,也协助主钩翻转或倾倒工件用,不允许两钩同时提升两个物件。

一、问题的提出

桥式吊车电气传动有大车电机2台,小车电机1台,副钩提升电机1台,主钩提升电机1台,采用转子串电阻的方法起动和调速。而电机转子绕组所串电阻因机械故障会发热而烧损、断裂,故障率较高,电能浪费大,效率低。电动机转子串电阻调速,机械特性软,调速效果差。要从根本上解决桥式吊车的各种弊端,只有利用PLC装置及变频器调速技术解决。

二、改造方案

桥式吊车电气传动系统的改造选用了功能强、速度快的FX2N型PLC。变频器为FR-A740型和FR-A540型。

1.可行性分析

桥式起重机的5台电动机都需调速,各有独立调速系统。桥式起重机要求起动转矩大,一般U/f控制和转差频率控制无法满足负载变化大的要求。磁通矢量控制方式是通过坐标变换把异步电机模仿成直流电机,将异步电机的定子电流分解成励磁电流和转矩电流,控制电机定子电流大小相位,就可对电机这两个电流的大小、相位任意控制,从而达到控制电机转矩及转速。采用磁通矢量控制变频器,调速范围宽、过电流抑制能力强、转矩控制性能好,尤其可控制静止转矩,满足主、副钩电动机的工作要求。大小车只用一般的U/f控制变频调速,且大车两边同型号电机只用一台变频器,容量足够即可。

2.器件型号选择

桥式起重机主钩电机快速制动或带载快速下降时,电机工作于发电状态,此时电动机所产生的能量如不及时回馈给电网或用外部电阻消耗掉,便不能获得足够大的制动转矩,还会导致变频器过电压跳闸,甚至损坏。因此,正确选择变频器就非常重要。FR-A740是起重机专用变频器,具备磁通矢量控制模式,采用正弦波PWM控制,特别装备有专为控制桥吊和完成自动调整功能的智能软件,内置能量回馈再生制动单元和交流输入电抗器,完全满足桥式起重机的工况要求,还具有明显的节能效果。

三、工作原理

以桥式起重机主钩为例,PLC与主钩电动机变频器接线如图1,电磁制动控制电路如图2,PLC的I/O分配如表1。

图1中,R1、S1直接接入电网,是为在需要时保持异常信号,便于控制和分析原因。否则,当保护回路已经动作时,断开变频器电源侧的KM,则变频器控制电路电源也断开,异常输出信号不能保持。STF(或STR)的闭合能使电动机保持正转(或反转)状态,RH、RL、RM的不同动作组合,可使变频器多段速运行。主钩电动机采用顺序起动、逆序制动,时序控制和端子均由PLC编程控制。

图2中,主钩电磁制动器控制过程:当变频器得到上升命令后,变频器输出频率达到设定频率以上时,RUN输出低电平,KA1得电吸合,KM1吸合,YB松开,电机开始正常运转,当变频器得到下降命令后要求减速停机时,如果过早制动,会磨损制动机构,缩短机械寿命,若在电动机停转后才进行制动,电磁制动滞后动作会引起输出力矩不足使重物跌落。因此在电机制动时,将能量回馈再生单元投入运行,采用低速制动的方法,当变频器频率下降至设定频率时,RUN输出高电平,KA1不吸合,KM1就断开,YB制动,主钩电动机停止,从而克服了过早过晚制动的弊端。当变频器故障或提升限位开关动作时,KM1断开,YB制动,主钩电动机停止,保持住重物,防止溜钩。这些都是由PLC编程控制,使系统具有更高的安全可靠性。

四、结束语

实践证明,采用专用变频器调速系统改造后的桥式起重机,重载低速起动可靠,运行稳定。加速时间的设定使各档起制动速度相当平稳,控制精度高。利用频率检测信号控制制动器开闭,解决了溜钩问题。利用电源回馈技术把电动机的再生能量回馈电网,提高了系统效率及安全性。PLC控制使电机主电路实现无触点化,减少了故障点和故障率,使系统的可靠性进一步提高。因此,变频调速系统在桥式吊车中的应用推广具有很好的发展前景。

参考文献:

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].上海工业大学出版社,1991.

[2]皮壮行.可编程控制器的系统设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3]孙亚峰.PLC与变频调速在桥式起重机中的应用.江苏冶金,2007.