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首頁-技術(shù)文章-應用案例 | 變頻器在卷揚機上的應用

應用案例 | 變頻器在卷揚機上的應用

更新時間:2023-07-28      點擊次數(shù):690

一、概述 

卷揚機又叫絞車,由人們或機械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜拽引重物的單起重機械。分手動和電動兩種。 

電動卷揚機由電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成,共同安裝在機架上。對于起升高度和裝卸量大,工作繁忙的情況下,要求調(diào)速性能好,特別要空鉤能快速下降。對安裝就位或敏感的物料,要能以微動速度下降。 

二、傳統(tǒng)卷揚機的控制方式 

傳統(tǒng)的調(diào)速方法:采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機,通過集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻,由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉(zhuǎn)速。例如:繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等。 

隨著工業(yè)生產(chǎn)對卷揚機設(shè)備調(diào)速性能要求的不斷提高,常用傳統(tǒng)的卷揚機設(shè)備調(diào)速方法,其共同的缺點是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機有集電環(huán)和電刷,它們要求定期維護,由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見,再加上大量繼電器、接觸器的使用,致使現(xiàn)場維護量較大,調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高,而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標較差,已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。 

三、傳統(tǒng)卷揚機控制存在的問題 

1、串聯(lián)電阻調(diào)速,其調(diào)速變化呈跳躍狀,在加減速運行階段均受到?jīng)_擊力作用,設(shè)備易損壞,鋼絲繩易疲勞,導致維修量大,檢修費用增加。 

2、串聯(lián)電阻調(diào)速范圍小,減速后停車時仍有較高轉(zhuǎn)速,對制動器和限位開關(guān)的調(diào)整精度要求高,且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產(chǎn)。 

3、串聯(lián)電阻調(diào)速,在起動及減速時,大部分電能消耗在電阻器上;當電動機在電壓下降時,力矩下降,轉(zhuǎn)差率增大,嚴重時,無法啟動,易于生產(chǎn)事故。 

4、能耗高,低速機械特性軟,因為轉(zhuǎn)速的降低是通過轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來實現(xiàn)的,并且轉(zhuǎn)速越低,機械特性越軟,消耗在電阻中能量比例越大,極不經(jīng)濟,而且電網(wǎng)電壓的高低對速度影響很大。 

附表:轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速與變頻調(diào)速的比較

序號

項目

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

變頻器調(diào)速

1

加、減速時間

加、加速時間隨負載變化而變化,容易產(chǎn)生減速段超速,過卷等問題。

加、減速時間不隨負載變化,提高了生產(chǎn)效率。

2

機械沖擊

加、減速時機械沖擊大,爬行時機械沖擊大。

運行平穩(wěn),無機械沖擊

3

電網(wǎng)沖擊

啟動時對電網(wǎng)沖擊大,為額定電流的3-5倍、在減速和爬行段也對電網(wǎng)沖擊大。

啟動時輸出電流為額定電流的1.2倍左右,在等速段、減速段和爬行段無輸出電沖擊。

4

低速爬行

低速爬行主要靠抱閘控制,不穩(wěn)定

低速爬行穩(wěn)定,可以在0.1M/S的低速平穩(wěn)運行

5

系統(tǒng)節(jié)能

不節(jié)能,電阻上的轉(zhuǎn)差功率耗能很大。

節(jié)能明顯,一般在20%-40%以上。

6

閘瓦磨損

抱閘頻繁,抱閘磨損嚴重,灰塵大。

抱閘磨損小,減少灰塵,值班環(huán)境好

7

啟動力矩

力矩小

力矩大,可達到額定力矩的2倍。

四、KE300A變頻器卷揚機控制方案 

KE300A變頻器采用的矢量控制算法,把電機定子電流按坐標變換分解為轉(zhuǎn)矩電流分量和勵磁電流分量,從而實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制。與V/F控制算法相比具有低頻力矩特性好,動態(tài)響應特性好,速度控制精度高等優(yōu)點。 

當變頻器有0.50Hz輸出時即有180%以上的高起動轉(zhuǎn)矩,保證懸空起動及低速運轉(zhuǎn)時的電機力矩,并可在 1:50的速度范圍內(nèi)(1~50Hz)以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運行。速度調(diào)速偏差小于±1%。并利用一個高速微處理器和最新一代DSP來提高響應速度,在提升設(shè)備中對防止“滑落"很有效果,轉(zhuǎn)矩響應時間約0.1秒便可達到150%的轉(zhuǎn)矩。下落時,變頻器將受到較高電勢的能量釋放過程,為保證變頻器不過壓跳閘不被擊壞,需增設(shè)能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。進行制動時制動電阻與電機內(nèi)部的有功損耗部分結(jié)合成制動轉(zhuǎn)矩。 

1)傳統(tǒng)控制的變頻改造 

1、短接繞線電機轉(zhuǎn)子繞組,取消原串電阻調(diào)速方案;也可設(shè)計切換回路,將原串電阻調(diào)速方案作為備用方案。 

2、將電機抱閘系統(tǒng)獨立供電,由變頻器輔助控制。 

3、將原調(diào)速裝置改造,使其可以控制變頻器速度。 

4、將變頻器故障保護信號串入安全回路。 

1)該方案改造簡單設(shè)備投資少,可以很好的利用原控制系統(tǒng),且不改變操作工人的操作習慣。它適合控制系統(tǒng)較完善的卷揚機系統(tǒng)變頻改造。 

圖片

2)成套卷揚機變頻控制系統(tǒng) 

1、采用KE300A變頻器作為調(diào)速系統(tǒng)核心,采用PLC作為控制系統(tǒng)核心。 

2、根據(jù)配置不同可設(shè)計多種保護。且可按需要靈活定制控制系統(tǒng)。 

根據(jù)卷揚機工藝控制要求及信號系統(tǒng)發(fā)出的信號指示,控制卷揚機的啟動,加速運行,減速,停車等過程,運行平穩(wěn)可靠。 

(1)實現(xiàn)卷揚機的行程監(jiān)視和位置閉環(huán)控制,具有完善的深度和速度顯示及控制功能。 

(2)實現(xiàn)卷揚機主回路控制器件真空化和無觸點化的要求,采用PLC控制,硬件配置簡單,軟件編程靈活,調(diào)試方便且維護量小。同時具有良好的閉環(huán)性能。 

(3)提高卷揚機運行的安全可靠性和控制技術(shù)水平,對降低設(shè)備故障率,提高生產(chǎn)效率,減輕操作人員的勞動強度發(fā)揮著重要作用。 

(4)安全保護及聯(lián)鎖功能。安全回路閉鎖了卷揚機的運行條件,只有當外部設(shè)備運行正常,具備開車條件后,才允許卷揚機運轉(zhuǎn),安全回路閉鎖了卷揚機的全部重故障保護信號,故障一旦發(fā)生,卷揚機立即進入緊急制動;排除故障后方可繼續(xù)運行。 

(5)完善的綜合后備保護功能。 

(6)利用光電編碼器實現(xiàn)對卷揚機的運行速度及位置的數(shù)字化檢測和控制,提高系統(tǒng)控制精度以及可靠性。 

(7)安全回路雙冗余,至少有一路軟件安全回路,一路硬件安全回路。 

(8)PLC本身故障如“死機"“電池電壓低"“數(shù)據(jù)傳送錯誤"應能可靠檢測出來并采取相應的保護措施。 

(9)一路速度檢測及深度檢測有問題而另一路正常情況下應能用PLC進行限速開車。 

(10)自動發(fā)送位置信號,如減速、停車、定點、過卷信號等;重要的點如減速、過卷有兩路以上共同起作用。

(11)速度、深度有獨立的兩路并進行相互比較,比較時間間隔不大于1秒,速度、深度不正確的情況下會立即采取必要的防止事故擴大的措施。 

五、結(jié)束語 

KE300A變頻器以其優(yōu)異的性能,大大的提高了傳統(tǒng)卷揚機運行穩(wěn)定性和安全性,減少了設(shè)備的維護工作。為卷揚機定制的控制系統(tǒng)集合了眾多安全技術(shù)和自動控制功能,為卷揚機設(shè)備廠家提供了全套電控解決方案,也可使老舊的卷揚機煥發(fā)青春。自推出使用以來,獲得了用戶的好評,也解決了眾多機械廠家電控落后的問題,取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。 


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