A510變頻器在施工升降機上的應用
A510變頻器在施工升降機上的應用
摘要：本文介紹了施工升降機的結構和控制要求，并詳細說(shuō)明了施工升降機變頻調速系統的電氣設計、選型、安全測試及調試方法。
關(guān)鍵字：變頻器，施工升降機
引言
隨著(zhù)我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑施工機械化水平的不斷提高，對施工升降機的制造質(zhì)量和整機技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。普通升降機一般采用的是接觸器-繼電器控制方式，直接啟動(dòng)和機械抱閘強制制動(dòng)，啟制動(dòng)沖擊大，對機械結構和機構的損壞大，電氣元件也易損壞，同時(shí)容易造成升降機里的物料跌落，既影響了施工速度也影響了施工企業(yè)的效益，特別是在人貨兩用施工升降機上，存在著(zhù)極大的安全隱患。隨著(zhù)用戶(hù)對施工升降機的性能和安全要求越來(lái)越高，傳統的控制方式已經(jīng)越來(lái)越感覺(jué)到力不從心。
鑒于以上的原因，國內外的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)商在升降機的起升調速方式上進(jìn)行了較多的新加速應用嘗試，如采用多級電動(dòng)機的調壓調速、引進(jìn)變頻調速等。逐漸地隨著(zhù)變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，它以絕對的優(yōu)勢超越了其它的任何調速方案，占據了主導地位。升降機采用變頻調速有著(zhù)諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，零速抱閘，對制動(dòng)器無(wú)磨損；任意低的就位速度，平層精度高；速度的平滑過(guò)渡，對機構和結構件無(wú)沖擊，提高了升降機的安全性；幾乎任意寬的調速范圍，提高了升降機的工作效率；節能的調速方式，減少了系統運行的能耗等，正是因為這些明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢，使變頻器在升降機上得到了廣泛的應用，這將對升降機的安全運行和減少運行能耗都有重要的意義。
升降機的結構及控制
施工升降機是一種用吊籠(或平臺、料斗)載人、載物沿導軌架或導軌作上下運輸的施工機械。其廣泛用于建筑施工等領(lǐng)域，如工業(yè)、民用建筑、橋梁施工、井下施工、大型煙囪施工等場(chǎng)所運輸物料及人員的理想設備，作為永久性或半永久性的施工升降機還可用于倉庫和高塔等不同場(chǎng)合。在高層建筑施工中垂直運輸最繁忙的一種機械，已被公認為高層建筑施工不可缺少的關(guān)鍵設備之一。
施工升降機主要組成部分如下：導軌架、吊籠、傳動(dòng)系統、附墻架、底架護欄、電氣系統、安全保護裝置、電纜供電裝置等。如圖1所示
圖1 施工升降機結構
1—地面防護圍欄門(mén)；2—開(kāi)關(guān)箱；3—地面防護欄；4—導軌架標準節；5—吊籠門(mén)；6—附墻架；7—緊急逃離門(mén)；8—層站；9—對重；10—層門(mén)；11—吊籠；12—防墜安全器；13—傳動(dòng)系統；14—層站欄桿；15—對重導軌；16—導軌；17—齒條；18—天輪
升降機變頻調速系統設計
3.1變頻調速系統結構介紹
升降機變頻調速系統由以下部分：盤(pán)式制動(dòng)三相異步電動(dòng)機，變頻調速器，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，聯(lián)動(dòng)臺，電氣保護裝置等構成。其控制過(guò)程是：操作聯(lián)動(dòng)臺上的速度轉換開(kāi)關(guān)，選定速度擋，然后輸出信號給變頻器，改變頻率值，最終達到調速的目的。
3.2電控系統的設計要點(diǎn)
3.2.1電動(dòng)機的選取
當傳動(dòng)系統的基本參數（如最大起重量、最高工作速度等）給定后，就可以對電動(dòng)機的級數和功率進(jìn)行確定和計算。施工升降機的起升機構應選擇適合頻繁起動(dòng)、轉動(dòng)慣量小、起動(dòng)轉矩大的變頻電機。電動(dòng)機功率的選擇應根據驅動(dòng)機械負載大小而定，其計算公式為：
P=WV/(η×10-3) （1）
式中W———額定載荷重力+吊籠，繩索的重力
V———運行速度，m/s；
η———機械效率（傳動(dòng)部分各部傳動(dòng)效率之積）。
由于升降機負載轉矩為恒轉矩特征，低頻時(shí)轉矩基本不變，要求電動(dòng)機和變頻器能低速運行。因此，要加大電動(dòng)機功率或加設外部風(fēng)扇冷卻。
3.2.2變頻器的選取
當系統的電動(dòng)機確定后，就可著(zhù)手進(jìn)行控制系統的設計。首先是變頻器的選型，現在國內外變頻器品牌不少，控制水平和可靠性差別較大。用于升降機的傳動(dòng)系統，最好選用具有矢量控制或者直接轉矩控制，運行穩定，可靠性高的變頻器。由于變頻器品牌的不同，相同功率下變頻器的過(guò)載能力和額定電流值也不完全一致。所以，選擇變頻器容量時(shí)，不單要看額定功率的大小，還要校核額定工作電流是否大于電動(dòng)機的額定電流，一般的經(jīng)驗是選用變頻器的容量比電動(dòng)機大一級，以深圳四方變頻器為例，在SC100型施工升降機中，每臺電動(dòng)機功率為11kW，則電機的功率為2×11=22kW，可選用四方30kW穩定可靠的高性能V360系列變頻器。
3.2.3制動(dòng)電阻的選取
作為升降用的變頻系統，其設計的重點(diǎn)在于電動(dòng)機處于回饋制動(dòng)狀態(tài)下的系統可靠性，因為這種系統出故障往往都發(fā)生在吊籠下降時(shí)的工況，如過(guò)電壓、超速、溜車(chē)等。變頻系統在整個(gè)重物下降過(guò)程中，電機處于發(fā)電狀態(tài)。再生電能返回至變頻器直流母線(xiàn)，此時(shí)通常采用直流側接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻器等耗能裝置，
可以用圖來(lái)表示升降機變頻系統各參數在下降過(guò)程中的變化狀況。
在勻速下降時(shí)電阻消耗的穩態(tài)功率
Pe=ωmMeδ （2）
減速時(shí)的峰值功耗
Pm=Pe+δJ（ωm-ωd）/Ta （3）
式中ωm———減速前下降速度
ωd———減速后下降速度
Me———負載轉矩
δ———傳動(dòng)系統的反向效率
J———傳動(dòng)系統的轉動(dòng)慣量
Ta———減速時(shí)間
要確定這些參數的精確值，在系統設計初期是有一定難度的。在產(chǎn)品未完成前，無(wú)法精確測量和計算各部件的傳動(dòng)慣量；而在實(shí)際使用中，系統的減速特征是會(huì )隨現場(chǎng)的需要而改變的。所以大多情況下，經(jīng)驗的取值一般按電動(dòng)機功率的40%~70%之間。而制動(dòng)電阻的阻值R計算按以下范圍選取
Rmin≤R≤Vc2/0.8P （4）
Rmin≤Vc/Ic （5）
式中Vc———制動(dòng)單元動(dòng)作電壓
Ic———制動(dòng)單元最大允許電流
P———電動(dòng)機額定功率
3.2.4控制電路設計
以下就以深圳四方變頻器在施工升降機上的使用詳細說(shuō)明控制電路的設計流程。升降機電氣系統主要由主電路和控制電路組成，主電路電氣原理圖如圖2所示，控制電路電氣原理圖如圖3所示，電氣傳動(dòng)部分由兩臺異步電機組成，兩臺電機由一臺V360變頻器控制，其中每臺電機額定功率為11KW，額定頻率為50HZ，額定電流為24A，按照變頻器選型方法可選變頻器額定輸出功率為30KW，根據式（2）到式（5）可選制動(dòng)電阻阻值為20歐姆、功率為20KW。控制方式采用外部端子控制，通過(guò)帶有上升、停機、下降和速度切換功能的工作臺控制變頻器上升、停機、下降和速度切換輸入信號。變頻器的一路輸出繼電器RO1設置為變頻器輸出頻率檢測功能以控制電機制動(dòng)器的抱閘接觸器，一路輸出端子DO1設置為故障報警輸出。
當主電路空氣開(kāi)關(guān)Q1，Q2閉合時(shí)，在電路無(wú)故障情況下按下啟動(dòng)按鈕SB1，KM1得電吸合且自鎖，電路上電；需要上升或下降時(shí)，按下SB2或SB3，命令由上升或下降繼電器通過(guò)變頻器輸入端子控制電機正反轉，且在電氣接線(xiàn)圖上形成互鎖，同時(shí)變頻器檢測輸出頻率，當變頻器輸出頻率到達抱閘松開(kāi)頻率時(shí)KM2吸合，抱閘松開(kāi)，升降機正常工作。施工升降機的安全是控制電路設計的重點(diǎn)，在控制電路中加入了吊籠上各門(mén)限位開(kāi)關(guān)，上下限位，以及超載、超速、防墜等安全保護措施，同時(shí)在升降機工作中變頻器出現故障時(shí)，故障繼電器動(dòng)作，使上升，下降及抱閘繼電器斷電，變頻器停機，抱閘鎖緊，在故障沒(méi)有排除的情況下，即使重新觸發(fā)啟動(dòng)上升或下降開(kāi)關(guān)，升降機也無(wú)法上升或下降。這樣，通過(guò)變頻器輸出繼電器與外圍電氣設計，使系統強制性的在安全范圍內工作。
施工升降機調試接線(xiàn)圖
升降機變頻調速系統調試
4.1 變頻調速系統的調試
在確保主電路及控制電路接線(xiàn)正確的情況，系統開(kāi)始上電調試。通過(guò)變頻器上的操作面板設置電機的參數，并選擇靜態(tài)自學(xué)習方式辨識電機，辨識完成后，設置控制模式，輸出頻率，加減速時(shí)間，繼電器RO1輸出方式，抱閘松開(kāi)和鎖緊的檢測頻率及其它相應參數（其具體設置參數詳見(jiàn)各變頻器使用說(shuō)明書(shū)），參數設置完成后，按照施工升降機的國標實(shí)驗規則，將進(jìn)行空載調試、額定負載調試及125%額定負載調試幾個(gè)階段。在調試時(shí)，若出現溜鉤現象，可適當調高抱閘頻率，但不宜設置過(guò)高，否則變頻器易報故障，一般設置在0.3~2Hz內。
4.2升降機的安全調試
安全是施工升降機最重要的標準，在系統調試時(shí)必須按照國標進(jìn)行安全測試。在空載調試時(shí)，可測試升降機上下限位、吊籠各門(mén)等限位開(kāi)關(guān)是否按設計標準動(dòng)作；在125%額定負載調試后，將超載保護器調整為110%，進(jìn)行超載測試。防墜測試，通常在施工升降機上安裝有防墜安全器，防墜安全器是施工升降機上重要的一個(gè)部件，要依靠它來(lái)消除吊籠墜落事故的發(fā)生，工地上使用中的升降機都必須每三個(gè)月進(jìn)行一次墜落試驗，墜落試驗可通過(guò)提高變頻器輸出頻率，使電機驅動(dòng)吊籠在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動(dòng)作。
結束語(yǔ)
經(jīng)現場(chǎng)調試驗證，該設計方案安全保護設施健全，測試方便，升降機起停時(shí)無(wú)明顯沖擊和下滑現象，調速平穩，低速時(shí)啟動(dòng)力矩大，減少了對減速機，聯(lián)軸器等機械設備的沖擊，也降低了對電網(wǎng)的沖擊，使維護費用大大降低，提高了工作效率，并且節能效果顯著(zhù)，因此變頻器調速系統在升降機具有很好的推廣應用價(jià)值。
