合康变频HID620系列起重专用变频器在起重机行业的应用

　　一、 前言
　　门式起重机俗称龙门吊，是现代工业生产中必不可少的重要机械设备。传统的门式起重机拖动系统比较常见的是采用绕线转子异步电动机转子串电阻调速，需要定期维护，调速系统故障率较高，极大地影响了起重机械的工作效率，现已不能满足工业生产的特殊要求。基于行业的这种情况，合康变频专注于电机调速驱动技术，自主研发的HID620系列起重专用变频器凭借准确稳定的调速控制、低频高力矩输出、快速制动等功能，全方位适应起重行业启动转矩高、负载变化频繁、故障率高的工况特点，为企业取得了良好的生产效果和经济效益。
　　二、门式起重机调速的几种方式
　　根据电动机转速的关系式：n=(1-s)60f/p，式中n为电动机转速，r/min；f为供电电源频率，Hz；p为磁极对数；s为转差率，可得一般三相异步电动机调速方式如下：
　　（1）改变p进行调速，即变极调速。该方法调速范围小，性能差，无法高速运行，启动电流大，功率因素低。（2）改变s进行调速，即变转差率调速。常用的方法是改变定子电压调速和滑差电磁调速电机调速。该方法转子损耗较大，效率低。（3）改变f进行调速，即变频调速。由于没有改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高，是一种较为理想的调速方法，但需要较复杂的控制电路组成。
变频调速技术发展至今已经克服了以上不足，它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。
　　三、HID620系列起重专用变频器在门式起重机的应用

图一：HID620系列起重专用变频器应用现场近景

　　（一）项目基本介绍
　　项目名称：湖南中铁五新重工有限公司45t通用门式起重机
　　项目地点：湖南长沙地铁2号线
　　门机电气传动系统： 
　　A、主起升机构：110KW变频电机    1台
　　C、 大车行走机构：11KW变频电机   4台
　　C、小车行走机构：3.7KW变频电机  4台
　　（二） 选择HID620系列起重专用变频器的必要性
　　湖南中铁五新重工长沙地铁2号线45t门式起重机频繁起、制动、反转和变速运行，经常过载，机械振动较大，冲击较强，调速不精准容易导致生产效率低下、机械磨损严重等问题，从而引发安全隐患。因此，选择一款高性能的变频调速设备无疑对门式起重机的高质量、高效率的运行起到至关重要的作用。HID620系列起重专用变频器集高性能开环/闭环控制、抱闸时序控制与监控、可调转矩与转差补偿以及负载与速度自动调节等功能为一体，轻松解决起重机调速过程中遇到的各种问题。
　　（三）变频器的选型
　　A、变频器类型的选择
　　45t门式起重机进行变频调速常需考虑起重机启动转矩大、主钩上行或下滑时易溜钩、负载冲击频繁等情况。本项目选用的HID620系列起重专用变频器，采用最新高性能电机控制专用DSP，磁场定向电流闭环矢量控制，定子电流完全解耦，具有低频高力矩输出的特点，高速、准确、平稳、持久的完成起重控制任务，同时配合独特、可靠的抱闸时序控制，可完全避免溜沟的现象。
　　B、变频器功率的选择
　　变频器功率的选择主要是以电机的额定功率为主要依据。主起升机构在选择变频器功率时还需考虑电网电压波动以及安全劳动部门对起重机1.25倍额定静载荷检测要求等因素，因此在选择功率时，我们一般按照电机额定电流1.5倍的方式选择变频器功率。大车、小车运行机构属于大惯量负载，其加减时间一般不超过20 s，变频器的短时过载能力为150％，不同的加速时间对变频器容量的计算不同，当加速时间>2 min时，变频器功率选择应放大些，以此来选择大车、小车运行机构电动机的变频器容量，我们一般按各行走机构电机额定功率总和来选择相应的变频功率即可。
　　C、制动单元及电阻的选择
　　当起升机构向下运行或平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，对于连续再生能量的处理有以下两种方案：1、在中间直流回路设置制动单元加电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉；2、采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网。制动单元加电阻器的处理方式成本较低，维护更方便，能量却被电阻器消耗。整流回馈装置成本较高，对电网要求较高，当起重机长时间工作时，具有良好的节能效果。
　　合康变频根据现场实际情况，考虑到本类起重机的总工作时间并不长，能够方便维护，综合两者的性价比后，本项目采用第一种处理方案，具体制动单元及电阻器的选型请参考合康变频《HIB100制动单元选型说明》。
　　根据以上变频器选型原则，45t门式起重机变频器选型清单如下：

表一：45T门式起重机变频器选型清单

　　（四）系统原理

 图二：系统原理图

　　电气控制系统采用PLC控制起升、大车、小车变频器的运行。起升机构由单台变频器控制单台电机运行，使用SVC（开环矢量）控制模式，其中抱闸控制由变频器发出信号给PLC，PLC接到信号后控制报闸闭合与分断。大（小车）机构均由单台变频器控制多台电机运行，采用VF控制模式，其报闸控制与起升机构相同。
　　（五）调试过程
　　A、起升机构：
　　将变频器的速度控制模式设为“无PG矢量控制”，对电机进行参数自学习后对端子功能进行设置，将变频器的起停方式设为“先直流制动再起动”，根据现场情况设置报闸控制组参数，使抱闸开启和闭合控制时序满足现场工况要求，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。
　　B、行走机构：
　　由于大小车机构均为“一拖多”的模式，所以速度控制模式需设为“V/F控制”，电机参数均采用变频器默认参数即可，设置对应的端子控制功能，起停方式设为“直接起动”，报闸参数组可使用默认参数，根据现场情况适当降低报闸控制延时时间，保证行走机构的响应速度。
表二：HID620起重专用变频器主要参数表
 
　　四、45t门式起重机应用HID620变频调速后的效果
　　A、 起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。
　　B、 完善的保护功能，保证电机安全运行，极大降低故障率，减少了设备维护费用。
　　C、 准确的抱闸开启和闭合控制时序，安全可靠，性能稳定，避免了溜钩现象。
　　D、 系统运行的开关器件实现了无触点化，电磁制动器在低速时动作，其闸皮的磨损很小，延长了设备使用寿命。
　　E、 PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议，实现变频与变频或变频与PLC之间的通讯连接，减少控制布线，降低故障率，提高设备使用效率。
　　F、 由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，降低了对电网的冲击，抑制谐波电流，可实现10%左右的节能效果。

　　五、总结
　　从HID620起重专用变频器在湖南中铁五新重工45T通用门式起重机上的实际应用来看，该变频器能调速平稳、，控制精确，有效保证了起重机安全、稳定地运行，系统生产效率得到了极大提高，同时方便操作，易于维护，为客户节约了运行成本，提高了工作效率，值得广泛推广和使用。