桥式磁力吊的变频调速改造

　　桥式磁力吊在钢铁生产中有着重要的作用，传统桥式磁力吊大多采用串电阻的办法来实现大、小车和卷扬升降电机的调速，这种调速基于继电器-接触器系统，调速平滑性查，精度低，线路复杂，不好维护。而采用基于变频器控制的变频调速系统采用改变电机供电电源的频率来实现调速，调速范围大，平滑性好，效率高，能给钢铁生产单位带来很大效益。

 

　　1 桥式磁力吊简介

　　在钢铁生产行业中，桥式磁力吊设备有着重要的作用，其主要作用是用来实现钢板、钢坯等铁质物体的升降和运输。钢铁生产环境异常恶劣，磁力吊经常处于粉尘环境下频繁的超负荷的作业，容易使机械振动过大、电气元件寿命减少和作业精度降低等不良后果。利用变频控制系统可以有效的增加磁力吊精度，提高生产效率。

 

　　1.1 磁力吊结构

 

　　桥式磁力吊一般由大车、小车、卷扬和电磁铁吸盘组成，大车可以左右运动（以操作室为参照物），小车可以前后运动（以操作室为参照物），卷扬用来提升和下降点磁铁吸盘，电磁铁吸盘通电后产生吸力吸住铁质物质。

 

　　1.2 传统桥式磁力吊的调速原理及其缺点

 

　　传统的磁力吊一般采用转子串电阻调速的办法来实现大、小车电机移动和卷扬升降的调速，从低级档位换至高级档位时将逐级短掉一部分电阻，当串在转子绕组中的电阻减小时，绕组中的电压升高而实现升速，减速也是同理。由于转子串电阻调速机械特性软，负载发生改变时转速也发生改变，调速效果差；转子所串电阻长期发热电能消耗很大，效率低下；调速过程中使用继电器-接触器控制，可靠性差，结构复杂，经常性出现故障。电器触点经常出现粘连、烧坏等故障，线圈也经常被烧坏，制约着生产节奏的提高；其调速是通过转子串联电阻实现的，结构复杂、速度转换不稳、容易对机械系统造成大的冲击，并且串联的电阻浪费很大的电能。

 

　　2 变频调速的设计

 

　　利用变频器调速可以解决传统桥式磁力吊调速不足的缺陷。变频调速有如下优点：调速范围大，精度高，平滑性好，效率高；启动电流低，对系统及电网冲击极小，能明显节约电能；变频器体积小，便于安装和维护等。

 

　　2.1 变频调速的基本原理

 

　　桥式磁力吊一般使用的电机为三相交流异步电机，其转速公式为：

 

　　n=60f（1-s）p

 

　　式中：n为电机转速（rmin）；f为定子电源频率（Hz）；s为电机转差率；p为电机极对数。

 

　　由以上公式可知，当电机输入电源的频率f改变时，就可以的到不同的转速，变频调速就是使电机的输入电源频率f发生改变而实现调速。

 

　　2.2 磁力吊各车电机参数及变频器选型

 

　　在生产中所用的桥式磁力吊结构基本相同，但是其卷扬电机和大、小车电机型号有差别，本文以卷扬电机为100 t级别磁力吊为例说明变频改造设计，其大、小车和卷扬升降电机均采用变频调速，大、小车的调速改造设计基本相同，这里只介绍大车和卷扬升降的变频调速。

 

　　原桥式磁力吊卷扬起升电机容量为55 kW，大车电机型号为22 kW，改造后的磁力吊原有的所有电机均不更换，根据原有电机参数可选用艾米克5000系列永磁同步变频器。

 

　　根据该系列变频器特点，可选定大车和卷扬升降电机配备的变频器为艾米克5000系列永磁同步型号：AMK5000-4T0550A变频器；大车配备变频器为艾米克5000系列永磁同步型号：AMK5000-4T0220A变频器。调速系统制动方式采用由变频器直流回路内接入制动单元和制动电阻消耗掉的方式。

 

　　本文改造的变频调速系统操作员在操作室通过主令控制器对磁力吊进行操控。

 

　　2.3 变频调速系统的设计

 

　　由于磁力吊输入和输出点数较少，设计中我们将不通过PLC而直接将操作信号直接输入给变频器。根据设计要求，操作员在操作室内控制输入变频器的电信号，使给电机输出不同频率的电源，从而达到调速的目的。设计中将采用四档变速设计，0档为正反转电源接通，1档为最低速档位，2档为中速档位，3档为最高速档位，根据生产要求，分别给各个档位相应5 Hz、15 Hz、30 Hz、50 Hz的频率电源，从前一档到下一档设置有延时0.8 s，期间电源频率将平均上升或下降，已达到平滑调速的效果。

 

　　2.4 变频调速系统工作过程分析

 

　　变频器安装好后，根据生产需要将电机参数等输入变频器中并调试，调试完成后即可投入生产。调试完成后的系统工作过程如下：当主令控制器置于0档正转档位上时正转接触器KA2线圈将得电，正转接触器触点KA2将闭合，同时抱闸接触器得电，抱闸打开。此时变频器将三相交流电和电动机接通，且输出给电动机的电源为频率为5 Hz的三相交流电，电动机得电后以缓慢速度运行；当主令控制器置于1档位置SQ3时，1档接触器KA6得电，同时1档接触器触点KA6闭合，变频器将输出频率为15 Hz的三相交流电给电动机，电动机得电后将以1档速度运行，其他档位同理。当主令控制器从某档位回零时，所有档位接触器和抱闸接触器失电，这时抱闸闭合制动，多余能量将通过制动单元消耗在制动电阻上，可达到平稳停车的目的。在磁力吊变频调速系统工作中，若出现过载、过流等情况是，变频器内部热继电器等保护装置接通外部故障输入点使变频器停止运行并报出相应故障。

 

　　3 小结

 

　　桥式磁力吊起重机广泛应用于钢铁生产企业的中，桥式起重机工作环境差，工作任务重，传统桥式起重机的继电—接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高，转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想，这样无形中的损失很大。因此，改善起重机控制系统是必要的。而采用变频调速系统维护方便，精度高，且调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率，将给大大提升生产效率，因此，本改造设计的应用价值是相当高的。