1 引言
隨著科學的不斷進步和企業現代化管理模式的轉變發展，傳統的繼電器觸點控制技術難于滿足起重機械的控制要求，在電子技術飛速發展的今天，起重機械與電子技術的結合也越來越密切。采用plc取代舊式的繼電器邏輯控制，交流變頻調速裝置取代傳統的電機轉子串電阻的調速方式是大勢所趨。
廣東粵電長湖發電有限責任公司地下廠房發電機層，原來一臺200t+30t橋式起重機由太原起重機廠設計生產，70年代初建廠時安裝使用至今的，由于已使用了幾十年，雖然機械設備保養得較好，但電氣設備已嚴重老化，許多元件已無法買到，故障頻繁，維修極為困難。為此需要進行改造，主要要求為:采用plc控制與變頻調速控制，將原來的繞線電機更換為鼠籠電機，副鉤由原來的30t改為50t。本文詳細闡述系統改造過程中的電動機、變頻器選型，相關的關鍵技術問題，并對plc控制變頻器方面的成功經驗作了介紹。
2 橋式起重機系統結構
2.1 橋式起重機系統結構的主要技術參數
主鉤額定載重q=200t，額定起吊速度u=0.8m/min，卷筒直徑d=10000mm=1.0m，動滑輪組速比m=5。副鉤額定載重q=50t，額定起吊速度u=6/min，卷筒直徑650mm，動滑輪組速比m=4。
2.2 橋式起重機電氣控制系統結構
橋式起重機電氣控制系統結構如圖1所示。橋式起重機電氣控制系統由plc、文本顯示器、變頻器構成，文本顯示器為本機的綜合監測系統，通過ppi總線及plc與文本顯示器通信，以顯示完成運行狀態的文本信息及故障信息、報警信息;plc為全機的控制核心，主要由cpu模塊的開關量輸入/輸出模塊與駕駛室的操作手柄以變頻器i/o相連，速度反饋由編碼器檢測信號反饋至變頻器。
圖1 電氣控制系統結構圖
3 電動機與變頻器的選型及關鍵技術
3.1 電動機的選型及功率計算
長湖發電公司的200t橋式起重機主鉤原來電機是采用yzr繞線轉子異步電動機，這次技術改造，要求采用鼠籠電機。鼠籠異步電機變頻調速主要是通過改變供電電源的頻率f1來實現調節異步電機的同步轉速n1，從而使電動機獲得平滑的速度變化。由定子電壓平衡方程式u1≈e1=4.44f1n1kn1φ1可知，若變頻時電源電壓保持額定值不變，則當f1下降時，主磁通φ1增加，電動機磁路將進入飽和區域，從而導致空載電流i0和鐵芯損耗的急劇增大，電動機溫升過高。為此，變頻時，為保持主磁通φ1不變，必須調節電壓，使u1/f1=常數，以期獲得良好的調速性能。根據鼠籠電機變頻調速的機械特性，如圖2所示，在恒壓頻比條件下，改變頻率時，機械特性基本是平行下移的，頻率越低，最大轉矩就越小。圖2中曲線1為u1n、f1n的固有機械特性;
圖2 鼠籠異步電機的變頻調速時的機械特性
曲線2為降低頻率，即f1/ f1n的人為機械特性;曲線3為頻率更低時的人為機械特性。電機的最大轉矩tma變小，原因在于:由于保持u1/f1=常數，當頻率較低時，電源電壓也變低，則此時定子電阻r1的壓降i1r1大小已不能再忽略，而使e1、φ1、e2、i2下降更嚴重，最大轉矩就會變小。前面闡述起升機構的負載特點時已表明，橋式起重機起升機構對最大轉矩的要求是較高的，它經常工作于低速狀態，并且頻繁啟動、重載啟動，因此，采用一般的鼠籠異步電機進行變頻調速用于橋式起重機的起升機構并不是很理想。在進行電機選擇時，除了考慮一般的電機參數符合要求之外，重點考察電機的
比值。經過慎重選擇比較，選擇了佳木斯電機廠生產的yzp系列起重及冶金用變頻調速三相異步電動機，它的=2.8，不僅可以滿足平滑寬廣調速范圍的要求，而且可以滿足重載頻繁啟動的要求。
在確定電機類型后，計算電機的功率:
對主鉤電機而言:
要求電動機額定轉速：n1=580r/min
起吊最大速度：υ1=1.5m/min=0.025m/s
額定起吊速度：υ=0.8m/min
起吊重量：q=210000kg（含起吊裝置）
卷筒直徑：d=1000mm=1.0m
動滑輪組：m=6
（1）卷筒轉速
n2 = 
= 
= 2.866 r/min （1）
（2）總傳動比
i = 
= 
=202.4 （2）
取標稱傳動比i=224
（3）作用在卷筒上的轉矩
t = 
×210000×1.0×
=17500kg·m （3）
（4）按減速箱選取電動機
p = 
= 
= 58.1kw （4）
3.2 提升機構的變頻器選型
（1）提升機構的轉矩分析
·電機的轉矩是電機產生的轉矩，tmo屬主動轉矩，其方向可正可負;
·重力轉矩tgo是重物及吊鉤、吊具等作用于卷筒的轉矩，其大小等于重物+吊鉤、吊具的重量g與卷筒半徑r的乘積，即:tg=g×r，它的方向永遠向下;
·摩擦轉矩t0o是由于減速機構的傳動比較大產生的，最大λ=50，因此，減速機構的摩擦轉矩（包括其它損失轉矩）不可小視。它的特點是，其方向永遠與運動方向相反。
（2）提升機構對拖動系統的要求
·速度調節范圍
通常an=3。
考慮發電機組大修時的需要，吊鉤垂直速度調節范圍要求更寬廣些較好，一般要在an≥10?？蛰d或輕載時速度應加快一些，重載時則較慢些;
·具有點動功能
橋式起重機常常需要調整被吊物體在空中的位置，因此，點動功能是必須的;
·要有較強的過載能力
橋式起重機起升機構常要在重載情況下啟動，并且要重物停在半空中再啟動，所以，對變頻器的過載能力要求較高。此外，還要考慮對位能的處理。重物上升時，是電動機克服各種阻力，包括重物的重力、摩擦阻力等而做功，屬阻力負載;重物下降時，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，當重物的重力大于傳動機構的摩擦阻力時，重物本身的重力（位能）將成為下降的動力，電動機變成能量的接受者，故屬于動力負載。但當重物的重量小于傳動機構的摩擦阻力時，重物仍須電動機拖動下降，仍屬于阻力負載。
綜上所述，可見橋式起重機提升機構用變頻調速控制，要求不但要有寬廣的調速范圍和較高過載能力，對轉矩的要求也較高。一般的pwm、spwm通用變頻器是使u1/f1=常數，保持主磁通φ1不變來調速，f1下降到較低時，會導致電機機械轉矩特性變“軟”，如圖3所示，并且會造成電機嚴重發熱，故橋式起重機的提升機構用變頻調器不能用一般的pwm、spwm通用變頻器，為了保證在低速時能有足夠大的轉矩，采用矢量控制方式的變頻器較合適。
圖3 鼠籠異步電機機調壓調速時機械轉矩特性
（3）起升機構變頻器的選型
在橋式起重機提升機構中，因為升、降速時的電流較大，尤其是低速時，選擇變頻器功率時應考慮電動機在低速時的最大電流，即s3工作方式時fc=25%的定子電流，具體數據可以查電動機的樣本，通常以變頻器的額定電流in＞im的原則來選取。
根據文獻[1]，yzp315m-75kw電動機的額定電流:當fc=100%時為125.67a;fc=25%時為175.84a，按電動機fc=25%時的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據文獻[2]，型號為“6se7031-8ef60”的矢量控制三相交流傳動系統電壓源型變頻的額定電流為186a，能滿足電動機fc=25%啟動電流的需要。
4 結束語
本文詳細介紹了對廣東粵電長湖發電有限責任公司一臺200t＋50t橋式起重機的電氣控制系統進行的改造，改造后系統的實際運行表明，系統穩定性高，操作簡單，控制精度明顯提高，成功地完成了該電廠的發電機組大修時的轉子吊出和裝入工程任務。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
