桥式起重机的更新和发展以提高起重机的使用性能为主要标志,其中以起重机的调速最为突出。下面就起重机常用的几种调速方案进行分析比较。

1.转子电阻调速

(1)凸轮控制器控制转子不对称电阻该方案多用于5~10t通用桥式起重机的主控电路,通过转子串接不对称电阻,改变电机的固有特性曲线达到调速的目的。此方案结构简单,成本低,但速度变化极大,中间速不稳定.严格地说不能称为调速方案,它只能改善电机的起动特性。

(2)主令控制器控制电机单相和反接下降调速

该方案多用于1 6~50t通用桥式起重机的主控电路,其特点为可逆不对称电路。上升各挡电动机转子串接有起动电阻;下降第一挡为反接制动,仅在由第二挡返回第一挡时起作用,且负载必须大于额定负载的56;下降第二挡为单相制动,主要用于轻载下降;下降第三挡为再生制动。该方案结构简单,成本低,但上升不能提速,机械特性很软,速度变化率极大,低速不能长时间运行。

2.自激动力制动调速

电路特点为可逆不对称电路,下降时断开电动机的三相交流电源,给两相定子绕组通入初激磁电流形成气隙磁场,电动机在位能性负载的作用下电动机转子切割气隙磁场,产生感应电流和制动力矩。经整流后再送入定子绕组,使激磁电流增加气隙磁场增强,制动力矩增大。制动力矩等于位能负载作用在电动机轴上的力矩时,转子电流、自激电流保持不变,电动机稳定运行。当改变转子电阻时,电动机转速改变,起重机上升时相当于转子串电阻起动和调速。该方案在重物下降时,具有中速和高速挡,节能且较可靠。但上升时不能得到稳定的低速,轻载不能调速,操作不方便。

3.液压推杆调速

电动机转子经变压器接入调速型电力液压制动器的推杆电动机定子,因电动机转子电压和频率随其运行速度而变,所以当电动机转速升高时,转子电压和频率相应降低、减小,电力液压制动器推力亦减小f制动器的制动力矩相应增大,使电动机转速下降。反之,电动机转速下降,制动力矩减少,电动机转速升高。当负载力矩,可变制动力矩和电动机产生的动力矩平衡时,电动机稳定运行,从而达到调速的目的。该方案通过电动机转子接入高值电阻,系统上升、下降均可获得较稳定的低速。但它只能获得一个低速,中间速特性软,且必须对起重机机械部分进行改动才能使用。

4.涡流制动调速

电动机与涡流制动器同轴连结,当电动机低速下降时电动机断电,涡流制动器通电。制动器开闸,负载下降,此时涡流制动器发出制动力矩。当负载力矩与涡流制动器的制动力矩相平衡时,负载获得稳定的低速而下降。电动机中间速下降时处在反向电动状态,涡流制动器励磁绕组通电,系统得到电动机人为特性与涡流制动力矩的合成曲线。当负载力矩与上述合成力矩平衡时电动机中速下降}高速下降为回馈制动状态。上升时电动机运行在正向电动状态,调速原理和下降时基本相同。该方案上升、下降均可调速,调速比可达1:lO,中间速、低速均可得到。但速度变化较大,中间速不能长时间运行,线路较复杂,必须对起重机机械部分进行改动才能使用。

5.晶闸管定子调压调速

电动机三相电源每相串入一组反并联晶闸管,通过改变晶闸管的导通角,控制电动机的定子电压而实现调速。此方案调速范围可达1:10,转速变化率小于5 ,上升和下降均可调速,具有一定的发展前景。但该方案较复杂,调试困难。

6.变频调速

变频调速是交流调速中较为理想的调速方案,但使用在起重机上尚不多见,主要是因为起重机起动转矩大;起重机下降时电动机处于能量回馈制动状态;变频器价格较高等原因所造成的。随着科学技术的进步,大规模集成电路技术、微机技术、PWM 技术、矢量变换技术和能量回馈技术已成功的应用在变频器上,使变频器应用在起重机上已趋于成熟。

(1)工作原理

起动时接触器KM 得电吸合,变频器得电,信号指示灯DM 亮,R ,s 变频控制电源与主回路分开接线,以使保护回路动作时,保持变频器异常输出信号,便于维修和故障分析。SA主令控制器转向上升一挡时,K3、K5吸合,变频器正转信号STF、低速信号RL与公共端子SD接通。这时变频有起动频率输出,电动机却不转动。因为制动器未打开,可避免起动转矩不够而溜钩,K1断开进行零位保护和异常输出保护(变频器B、C接点为异常输出接点)。当输出频率达到制动释放频率设定值3Hz时,且维持制动释放电流检测时问设定值0.3s后,变频器会通过RUN端子输出信号要求打开制动器.即RUN与SE端子通导,K8得电接点闭合。K9吸台,制动器电动机M2得电.同时STOP端子与SD接通自保。制动器电动机得电后打开,制动时间为0.3s,变频器以3Hz的起动频率驱动电动机开始转动。在变频器加速时间内频率连续变化到设定值,由此可知起重机起升速度的变化也是连续的。随着SA由低挡向高挡切换.K5、K6、K7分别组合成七种不同状态输入变频器,使其输出七种不同频率从而得到七种不同起升速度停止时,SA经各挡回零,变频器的输出频率在减速时间 内连续减小。当输出频率等于变颈器制动闭合频率(6Hz)时.机械制动器通过RUN端子得到闭合信号。RUN与SE开路,K8、K9断电,STOP端子与SD断开,制动器开始闭合。变频器过O.5s后停止输出,M1电动机停转。

(2)性能特点

变频调速采用磁通矢量控制技术或大转矩提升技术,可解决起重机起动转矩大、低速时大力矩输出及负载变化巨烈的问题;加减速时问的设定,可解决起重机起制动的冲击,使起重机的速度变化连续,运行平稳;利用频率到达信号或频率检测信号控制制动器开闭,只有在电机的输出转矩大于负载转矩时,制动才打开,解决了溜钩问题 利用电源回馈技术把电机在第四象限运行的再生能量变换成50Hz的交流电回馈电网,保护变频器不被击穿;主控制回路分开并可靠接地,避免强电对变频器弱信号的千挠。

变频调速是起重机调速最理想的方案之一,调速比可达1:10以上,可实现无级调速.各挡速度机械特性很硬,重载低速起动和运行稳定可靠,加减速时间的设定使各挡起制动速度相当平稳。具有较高的控制精度,设计有故障显示、分析及参数监控功能,便于使用和维护,并且易于实现自动控制及远程控制。