塔吊主卷扬改为变频器控制技术分析

       K40/21B、23B、36B塔式起重机是我国在上个世纪七十年代引进法国波坦技术生产的塔式起重机，是我国目前塔式起重机拥有量最多的品种。其主卷杨机构采用70RC电控形势，由于是双电机在低速时相互能耗制动实现调速，因此出现的弊病有：能耗大、对控制线路要求高、对接触器的要求高、容易出现打齿轮、容易烧电机等等弊病。

       能耗的大原因：由于使用能耗制动，向电网吸收的能量在低速时是很大的，一部分电能消耗在两台电机的本身能量损耗上，一部分能量消耗在启动调速电阻上，一部分用于电机输出动能。前两部分的能量都是做的无用功（约占70％）。但是都需要通过电机释放这部分的能量。这就加大了电机的负担，使电机容易烧坏。

       对控制线路的要求：由于实现这种调速方式需要复杂的主电路的切换，所以要求有繁琐的控制线路动作配合，每一个电路及触点发生故障，都会产生严重的不良后果。如烧电机、打齿轮、切断电机轴、使接触器触点严重烧坏等等故障。因此对接触器有严格的要求，必须经常检查，确保可靠运行，所以接触器更换较为频繁。同时电路出现不可预测的故障还是很多的。

       例1：其制动回路电源取自380V耦合变压，全波整流，使刹车电源带有380V的危险电压，此处是一个安全隐患。并且其控制线路极为繁琐，在三、四、五档相互转换时，LFA刹车继电器有抖动现象，因此在刹车回路中又加入了CXL、LRA、RED1回路，利用续流回路消除LFA继电器抖动时而引起的刹车瞬时和闸现象。这些繁琐的控制线路对电路各方面的要求很严格，刹车续流回路和控制回路一旦出现故障就有可能发生刹车花键滚键、刹车片严重磨损、甚至发生打齿和电动机轴切断的机械事故。严重威胁机械设备的安全正常的运行。

       例2：LPV、LPV1、LRAGV、LRAGV1、LGV、LGV1、LRAPV、LRAPV1这八台接触器是进行电动机供电以及能耗制动电源切换的，其控制线路极为繁琐，这样繁琐的控制明显地增多了发生故障的频率。在落钩二档时LGV、LGV1吸合为高速电机提供电源，LRAPV、LRAPV1吸合使低速电机产生能耗制动，LRAPV、LRAPV1两台交流接触器要分段接通很大的直流电，因此经常发生故障，主触头烧坏、控制线路供电出现异常、接触器本身发生机械故障等，这样低速电机就不能可靠的实现能耗制动，从而造成落钩二档时实际是五档的速度。在实际工作中，使用落钩二档时正是重物到达地面进行慢就位的时候，地面作业人员就在重物附近，这是重大的不安全隐患；重物高速着地使大臂弹性恢复过快，塔身严重摆动，是设备的不安全隐患；主卷杨机构本身发生高速的启动与制动，对电动机和齿轮以及刹车部分都有很严重的损伤。

       容易打齿的原因分析：23B、36B机械发生打齿现象，有一部分是因为电器控制部分相互切换而造成的，在电路工作正常的情况下，在变档过程中，电机的速度变化是很快的，这种快速的切换，对齿轮的冲击力是比较大的，尤其是在四档、五档相互切换过程中，速度变化最大，对电机、对齿轮的影响也是最大的，因此我们现在运行的此类塔吊有很多都是把五档拆下运行，以避免烧电机、打齿轮。这样可以很大程度的降低烧电机、打齿轮的情况。在其它的档位也存在能量与速度的突变现象。如在二档、三档切换时，主动电机要加速，制动的电机要减小制动力，这个过程在瞬间完成，就特别容易打齿。

       容易烧电机的分析：主要是因为电机长期工作在额定负载之下，虽然我们并没有起吊大吨位的重物，但是在低速时，两台电机同时输入很大的电流，主动电机为120A交流电，制动电机为100A直流电。这样大的电流，在很短的时间内就会使电机发热。这样大的电流在电机的绕组内也会产生很大的电磁力。这两个原因会加速电机绝缘的老化。这也是造成此类塔吊烧电机的根本原因。

使用变频器后解决以上问题的方式及优点：        采用变频调速从交流电机的调速原理来说是最合理的，也是最佳的解决方案。随着电子技术的发展，尤其是变频技术的成熟，为交流电机调速提供了良好的解决方案。        实际工作的时候是单电动机在进行工作，没有两电动机之间的切换。高低速电动机的的切换需要司机掌握，同时配合起重量保护电路，为了满足吊重与速度的需要，在吊载低于其额定起重量的50%时，可以使用高速电动机，档吊重超过额定起重量的50%时应当使用低速电动机。新线路的设计刹车电源取自控制变压器的二次测，采用桥式整流，LFA刹车继电器的吸合信号取自变频器，可实现与电动机的同步运行，运行更加可靠，做到刹车片磨损最小。        使用变频器调速，可以实现其制动的平稳性，不会出现变档时的机械运行的突变，对齿轮的运行是有很大的好处的，可以大大降低打齿现象。

       单电机工作，有变频器提供电源，变频器可靠而完善的保护功能。由于没有双电机运行时的相互之间的能耗制动，电机在实际运行时的电流大大降低，尤其是在低速时，电流大约只有原电路的30%左右，电流的大小取决于起吊重物的多少，没有电机相互制动的电流。从很大程度上降低电机发热的现象。从而使电机的寿命大大延长。

由于没有低速时的能耗制动，可以节约能源，大约节约用电40%。

       更换变频器后，不需要大容量的接触器，可以很大限度的降低塔吊的维修次数，降低维修成本，提高我们的整体服务水平。

       变频器较完善的参数监测技术，可以更加直观的监测电机的运行状态。变频器完善的计时功能可以更加准确的了解电机的运行时间，以及塔吊的实际运行时间为电机、机械的维修保养提供更加准确的记时间参考。

改用变频器技术可行性分析：        就现在的23B、36B塔吊改用变频器的技术问题经过简要计算，认为可以采用，首先此设备在设计时所选用电机在最大吊重时为电机的额定输出转矩。

四极51.5KW电机额定输出转矩M=326N.m。 23B在吊重10T时，折算到电机轴上的静态转矩为：M=321N.m 36B在吊重12T时，折算导电机轴上的静态转矩为：M=330N.m        此设备并没有超负荷使用电机。而现在的变频器在输出0.5Hz以上时就能使电机输出的转矩达到电机额定转矩的150%，因此我们担心的低速启动问题可以很好的解决。在重物下降时的势能问题，在变频器外部加装制动单元、制动电阻，可以解决重物下降时的势能问题。在低速时的电机发热问题，由于此时电机原来就是工作在大电流的情况之下，发热比较严重，改用变频器后在相同的情况之下，电机的发热现象会明显降低，如果长时间工作在低速情况下，由于风扇的降温性能降低，电机的温升会稍高，我们可以在电机后部加装风机，来改善电机的通风，从而解决长期低速时的电机温升问题。

        改用变频器后的经济分析：可以降低维修费用，降低维修的频率。原配电箱使用F115进口接触器，每台价格2000多元，共使用10台，按每台寿命一年计算，更换接触器的费用为20000元，每年烧一台电机维修费用7000元，打齿一套5000元。合计的费用为32000元，这不包括维修的人工费用，误工费用，用车台班费用等等。在塔吊使用频率较高的情况下，维修的费用还会更高。

2002年维修费统计: 103—016 H36B（崇文门郭继文），2003年共计维修费用157616.6元； 103—018 H36B（崇文门余权利），2003年共计维修费用110633.29元； 103—007 H36B（马连道吴继胜），2003年共计维修费用55021元。

       7台这样的塔吊今年前五个月的维修费用12万。其中用于主卷扬的大件费用为5万元，此费用不包括电机烧坏的维修费用，以及沈阳产塔吊使用的cj20—100A型交流接触器的费用。         就目前了解的情况及变频器的价格，改装变频器的实际单台投资大约在5万元左右，这是根据所选变频的品牌与型号而决定的。

       变频器在TQZ250塔式起重机回转、变幅机构中的实际应用：今年年初我单位对TQZ250塔式起重机回转机构进行了变频器技术改进。由于回转机构的实际工作特点，对控制的要求是很严格的，首先是需要恰到好处的起动力矩，启动力矩过大，启动太快，塔身会出现严重的扭动现象，会加速钢结构的疲劳；启动慢不能满足施工的需要。在制动过程中更是对控制电路的严格考验，因为在TQZ250回转上部有大约重60多吨，要在15秒左右使其平稳的<< span="">