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塔機(jī)小車變幅力矩電機(jī)調(diào)速適應(yīng)性分析及改造

發(fā)布時(shí)間:2022-02-10 08:35:00 點(diǎn)擊:    

 
 

起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫宏達(dá)2022年2月10日訊 目前塔式起重機(jī)的小車變幅機(jī)構(gòu)普遍采用力矩電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng),力矩電機(jī)的特性能很好地滿足帶載小車的水平位移,這種形式的傳動(dòng)也是國(guó)際知名塔機(jī)廠家采用的。

該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制國(guó)外從開始就采用電力電子技術(shù),雖然還是三個(gè)檔位,但是檔位切換平滑,機(jī)構(gòu)運(yùn)行很平穩(wěn),直至現(xiàn)在成為傳動(dòng)的經(jīng)典。

在我國(guó)引進(jìn)該機(jī)構(gòu)技術(shù)時(shí)無(wú)法正確理解和消化電氣傳動(dòng)技術(shù),走了不少?gòu)澛泛?,繞過(guò)較先進(jìn)的電力電子技術(shù),退后采用自耦變壓器進(jìn)行調(diào)壓得到小車變幅機(jī)構(gòu)的低速性能,直至現(xiàn)在都還在應(yīng)用。

鑒于此,本文從力矩電機(jī)調(diào)速原理開始分析,提出現(xiàn)用技術(shù)存在的問(wèn)題和面對(duì)的難題,推出XD調(diào)速器,介紹其新功能和與變頻驅(qū)動(dòng)的比較優(yōu)勢(shì)。

文章最后也提供了一套完整的用XD調(diào)速器改造自耦變壓器調(diào)速系統(tǒng)的方案,以饗讀者。


力矩電機(jī)調(diào)速原理


力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子阻抗較大,因此其特性曲線較軟,可以允許電機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)堵轉(zhuǎn),可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)定子的三相電壓大小來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。其特性原理如下:


從特性曲線可以看出:


1、即使在三相電壓很低的情況下,空載速度都還是很高,無(wú)法很好運(yùn)行。


2、負(fù)載時(shí)電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速性能較為明顯。


因此,為了讓小車變幅機(jī)構(gòu)有較好的運(yùn)行性能,在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中引入渦流裝置,根據(jù)電機(jī)中心距及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置與電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連的旋轉(zhuǎn)鐘罩(導(dǎo)磁體)和固定線圈繞組,當(dāng)繞組通上直流電后,電機(jī)起動(dòng),旋轉(zhuǎn)鐘罩切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流,形成渦流,進(jìn)而產(chǎn)生電機(jī)反抗轉(zhuǎn)矩,拉低電機(jī)轉(zhuǎn)速。其機(jī)械特性大致如下:


渦流特性分析


當(dāng)繞組施加固定直流電壓后,渦流阻抗隨著轉(zhuǎn)速加快而增強(qiáng),但是旋轉(zhuǎn)鐘罩達(dá)到磁飽和狀態(tài)時(shí),渦流阻抗受到限制,隨著鐘罩溫升增大,磁效率也降低,因此,渦流阻抗效果不明顯。


為了能讓渦流一直運(yùn)行在最佳狀態(tài),根據(jù)電機(jī)三相電壓的變化同步調(diào)節(jié)渦流大小,從而使渦流在電機(jī)低速段發(fā)揮較好特性。


電機(jī)控制與特性


力矩電機(jī)適合于調(diào)壓調(diào)速,不同的電壓產(chǎn)生不同的最大轉(zhuǎn)矩,從而形成不同的電機(jī)特性,可以擴(kuò)大其調(diào)速范圍。


但是,目前階段,塔機(jī)制造廠家普遍采用固定渦流形式,電機(jī)電壓靠三相自耦變壓器降壓至230V,機(jī)構(gòu)分三檔控制,一檔為固定渦流+230V(自耦變壓器降壓),二檔為固定渦流+380V(市電),三檔為去掉渦流+380V額定運(yùn)行。


這樣的機(jī)構(gòu)特性如下:

從特性曲線可看出:V1與V2速度差級(jí)太大,V2和V3速度區(qū)別又不明顯,這樣的調(diào)速效果就不言而喻了。


更重要的是,電機(jī)的機(jī)械特性并不是全部一致的,一個(gè)廠家不同批次的電機(jī)均有差異,更不要說(shuō)不同電機(jī)廠家的電機(jī)了。如果電機(jī)特性稍微硬一點(diǎn)的話,V2和V3之間就更沒(méi)有速度差別了,低速也就壓不下去。


是什么原因造成的呢?


1、電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性沒(méi)有利用起來(lái),電機(jī)特性沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定,差異太大;


2、用自耦變壓器進(jìn)行降壓沒(méi)有可調(diào)性,只能適應(yīng)電機(jī)的一種特性,局限性太大;


3、電氣控制適應(yīng)性太差,控制技術(shù)太落后。


解決辦法


路徑一:利用變頻調(diào)速技術(shù)


路徑二:適宜帶渦流力矩電機(jī)的調(diào)速技術(shù)


路徑一雖然可以較好的實(shí)現(xiàn)小車變幅機(jī)構(gòu)的調(diào)速,但是,必須配置電阻箱,變頻調(diào)速成本很高,參數(shù)易修改,運(yùn)行和維護(hù)更復(fù)雜。


路徑二是針對(duì)渦流力矩電機(jī)特性,調(diào)制到適宜塔式起重機(jī)吊重運(yùn)行的狀態(tài),該控制技術(shù)和方法經(jīng)濟(jì)性好,可靠性高,非常適應(yīng)塔機(jī)的使用。



小車變幅機(jī)構(gòu)電氣控制


XD驅(qū)動(dòng)

VS

變頻驅(qū)動(dòng)


XD調(diào)速器

XD調(diào)速器是專門為塔機(jī)帶渦流的力矩電機(jī)型變幅機(jī)構(gòu)(注:川建為X系列小車變幅機(jī)構(gòu),永茂為DTC系列小車變幅機(jī)構(gòu),徐工為BL系列小車變幅機(jī)構(gòu),虎霸為DXL系列小車變幅機(jī)構(gòu)等)開發(fā)的。她分別對(duì)電機(jī)三相電壓和渦流電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),很貼合地適應(yīng)了該類型變幅機(jī)構(gòu)的電機(jī)特性,起、制動(dòng)無(wú)沖擊,運(yùn)行平穩(wěn)。


變頻驅(qū)動(dòng)器

變頻驅(qū)動(dòng)器是針對(duì)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)所開發(fā)的,她是通過(guò)改變電機(jī)的V(電壓)和f(頻率)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)速的目的。變頻調(diào)速是目前交流調(diào)速最常用的一種方式,在建筑機(jī)械上的應(yīng)用也得到了發(fā)展,很好地改善了大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)的調(diào)速性能,為大型塔式起重機(jī)的開發(fā)和制造奠定了基礎(chǔ)。但是,在塔機(jī)小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用變頻驅(qū)動(dòng)的話,除了要用高成本的變頻電機(jī),變頻器的價(jià)格也不容小覷,其占變幅機(jī)構(gòu)的成本比例也很高。變頻調(diào)速還必須配置減速電阻,相應(yīng)的專門電阻箱既占安裝空間,又發(fā)熱消耗能量,還增加了故障點(diǎn)。


比較項(xiàng)目

XD驅(qū)動(dòng)

變頻驅(qū)動(dòng)

調(diào)速方式

三相力矩電機(jī)+渦流調(diào)壓調(diào)速

變頻電機(jī)調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速

操作方式

無(wú)級(jí)調(diào)速或多檔調(diào)速

無(wú)級(jí)調(diào)速多檔調(diào)速

起動(dòng)

低速平穩(wěn)

低速平穩(wěn)

停止

低速停車

低速停車

安全限制

自帶邏輯處理

外部電路處理

主電路

正反接觸器

主電路接觸器

電阻箱

無(wú)

參數(shù)設(shè)置

內(nèi)置8套參數(shù)+電路板電位器微調(diào)

編程面板設(shè)置

快速跟鉤

無(wú)

速度及主板狀態(tài)指示

無(wú)


從以上各項(xiàng)功能對(duì)比來(lái)看,XD驅(qū)動(dòng)與變頻器驅(qū)動(dòng)均能實(shí)現(xiàn)小車變幅機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行,減小起重吊鉤的擺動(dòng)。

但是,XD驅(qū)動(dòng)性價(jià)比更高,更能適應(yīng)塔機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)的平滑調(diào)速。



XD驅(qū)動(dòng)

VS

自耦變壓器調(diào)壓


共同點(diǎn)

XD驅(qū)動(dòng)器與自耦變壓器都是進(jìn)行三相電壓的調(diào)節(jié)


不同點(diǎn)

XD調(diào)速器

自耦變壓器

電力電子技術(shù)

電磁互感原理

重量小

重量大

三相電壓連續(xù)調(diào)節(jié)

一個(gè)三相電壓值

微電腦等電子器件

大量有色金屬

調(diào)速性能好

調(diào)速性能差

只需正、反轉(zhuǎn)接觸器

除正、反轉(zhuǎn)接觸器外,還需要多個(gè)切換接觸器






自耦變壓器只能滿足一個(gè)檔位的三相電壓值。

自耦變壓器不具備調(diào)節(jié)小車變幅機(jī)構(gòu)電機(jī)速度的能力。



用XD改造自耦變壓器調(diào)速系統(tǒng)

這是用自耦變壓器進(jìn)行調(diào)壓的電控系統(tǒng)


01

取下自耦變壓器,在原來(lái)的位置裝上過(guò)渡板


02

把XD調(diào)速器安裝在過(guò)渡板上


03

去掉不用的接觸器和繼電器


紅線框中的器件在改造中保留下來(lái)用作過(guò)渡連線,實(shí)際沒(méi)有使用,可以用接線端子代替。


04

改線路


注意事項(xiàng)

1

保留原自耦變壓器的主回路線,分別接入XD調(diào)速器的電源輸入和電壓輸出

2

盡量按電路圖準(zhǔn)備好號(hào)管,便于后期檢修

3

先取掉多余的主回路線

4

控制回路盡量保留與電源相關(guān)的線路(AC48V的公共線路)

5

聯(lián)動(dòng)臺(tái)變幅部分的公共電源改為DC20V


05

接線完成的狀態(tài)


06

通電試車,準(zhǔn)確調(diào)整行程限位

改造體會(huì)


1、改造后線路更簡(jiǎn)潔、明了,維修方便;

2、電控盤面元器件減少,節(jié)省了費(fèi)用;

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)行更平穩(wěn),消除了換檔的頓挫感;

4、充分利用原有線路和布局,改造時(shí)間短,不影響正常施工作業(yè)。

 
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