橋式磁力吊的變頻調速改造

　　橋式磁力吊在鋼鐵生產中有著重要的作用，傳統橋式磁力吊大多采用串電阻的辦法來實現大、小車和卷揚升降電機的調速，這種調速基于繼電器-接觸器系統，調速平滑性查，精度低，線路復雜，不好維護。而采用基于變頻器控制的變頻調速系統采用改變電機供電電源的頻率來實現調速，調速范圍大，平滑性好，效率高，能給鋼鐵生產單位帶來很大效益。

 

　　1 橋式磁力吊簡介

　　在鋼鐵生產行業中，橋式磁力吊設備有著重要的作用，其主要作用是用來實現鋼板、鋼坯等鐵質物體的升降和運輸。鋼鐵生產環境異常惡劣，磁力吊經常處于粉塵環境下頻繁的超負荷的作業，容易使機械振動過大、電氣元件壽命減少和作業精度降低等不良后果。利用變頻控制系統可以有效的增加磁力吊精度，提高生產效率。

 

　　1.1 磁力吊結構

 

　　橋式磁力吊一般由大車、小車、卷揚和電磁鐵吸盤組成，大車可以左右運動（以操作室為參照物），小車可以前后運動（以操作室為參照物），卷揚用來提升和下降點磁鐵吸盤，電磁鐵吸盤通電后產生吸力吸住鐵質物質。

 

　　1.2 傳統橋式磁力吊的調速原理及其缺點

 

　　傳統的磁力吊一般采用轉子串電阻調速的辦法來實現大、小車電機移動和卷揚升降的調速，從低級檔位換至高級檔位時將逐級短掉一部分電阻，當串在轉子繞組中的電阻減小時，繞組中的電壓升高而實現升速，減速也是同理。由于轉子串電阻調速機械特性軟，負載發生改變時轉速也發生改變，調速效果差；轉子所串電阻長期發熱電能消耗很大，效率低下；調速過程中使用繼電器-接觸器控制，可靠性差，結構復雜，經常性出現故障。電器觸點經常出現粘連、燒壞等故障，線圈也經常被燒壞，制約著生產節奏的提高；其調速是通過轉子串聯電阻實現的，結構復雜、速度轉換不穩、容易對機械系統造成大的沖擊，并且串聯的電阻浪費很大的電能。

 

　　2 變頻調速的設計

 

　　利用變頻器調速可以解決傳統橋式磁力吊調速不足的缺陷。變頻調速有如下優點：調速范圍大，精度高，平滑性好，效率高；啟動電流低，對系統及電網沖擊極小，能明顯節約電能；變頻器體積小，便于安裝和維護等。

 

　　2.1 變頻調速的基本原理

 

　　橋式磁力吊一般使用的電機為三相交流異步電機，其轉速公式為：

 

　　n=60f（1-s）p

 

　　式中：n為電機轉速（rmin）；f為定子電源頻率（Hz）；s為電機轉差率；p為電機極對數。

 

　　由以上公式可知，當電機輸入電源的頻率f改變時，就可以的到不同的轉速，變頻調速就是使電機的輸入電源頻率f發生改變而實現調速。

 

　　2.2 磁力吊各車電機參數及變頻器選型

 

　　在生產中所用的橋式磁力吊結構基本相同，但是其卷揚電機和大、小車電機型號有差別，本文以卷揚電機為100 t級別磁力吊為例說明變頻改造設計，其大、小車和卷揚升降電機均采用變頻調速，大、小車的調速改造設計基本相同，這里只介紹大車和卷揚升降的變頻調速。

 

　　原橋式磁力吊卷揚起升電機容量為55 kW，大車電機型號為22 kW，改造后的磁力吊原有的所有電機均不更換，根據原有電機參數可選用艾米克5000系列永磁同步變頻器。

 

　　根據該系列變頻器特點，可選定大車和卷揚升降電機配備的變頻器為艾米克5000系列永磁同步型號：AMK5000-4T0550A變頻器；大車配備變頻器為艾米克5000系列永磁同步型號：AMK5000-4T0220A變頻器。調速系統制動方式采用由變頻器直流回路內接入制動單元和制動電阻消耗掉的方式。

 

　　本文改造的變頻調速系統操作員在操作室通過主令控制器對磁力吊進行操控。

 

　　2.3 變頻調速系統的設計

 

　　由于磁力吊輸入和輸出點數較少，設計中我們將不通過PLC而直接將操作信號直接輸入給變頻器。根據設計要求，操作員在操作室內控制輸入變頻器的電信號，使給電機輸出不同頻率的電源，從而達到調速的目的。設計中將采用四檔變速設計，0檔為正反轉電源接通，1檔為最低速檔位，2檔為中速檔位，3檔為最高速檔位，根據生產要求，分別給各個檔位相應5 Hz、15 Hz、30 Hz、50 Hz的頻率電源，從前一檔到下一檔設置有延時0.8 s，期間電源頻率將平均上升或下降，已達到平滑調速的效果。

 

　　2.4 變頻調速系統工作過程分析

 

　　變頻器安裝好后，根據生產需要將電機參數等輸入變頻器中并調試，調試完成后即可投入生產。調試完成后的系統工作過程如下：當主令控制器置于0檔正轉檔位上時正轉接觸器KA2線圈將得電，正轉接觸器觸點KA2將閉合，同時抱閘接觸器得電，抱閘打開。此時變頻器將三相交流電和電動機接通，且輸出給電動機的電源為頻率為5 Hz的三相交流電，電動機得電后以緩慢速度運行；當主令控制器置于1檔位置SQ3時，1檔接觸器KA6得電，同時1檔接觸器觸點KA6閉合，變頻器將輸出頻率為15 Hz的三相交流電給電動機，電動機得電后將以1檔速度運行，其他檔位同理。當主令控制器從某檔位回零時，所有檔位接觸器和抱閘接觸器失電，這時抱閘閉合制動，多余能量將通過制動單元消耗在制動電阻上，可達到平穩停車的目的。在磁力吊變頻調速系統工作中，若出現過載、過流等情況是，變頻器內部熱繼電器等保護裝置接通外部故障輸入點使變頻器停止運行并報出相應故障。

 

　　3 小結

 

　　橋式磁力吊起重機廣泛應用于鋼鐵生產企業的中，橋式起重機工作環境差，工作任務重，傳統橋式起重機的繼電—接觸器控制系統可靠性差，操作復雜，故障率高，轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想，這樣無形中的損失很大。因此，改善起重機控制系統是必要的。而采用變頻調速系統維護方便，精度高，且調速平穩，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率，將給大大提升生產效率，因此，本改造設計的應用價值是相當高的。