呂建偉

(河鋼唐鋼熱軋部 河北 唐山 063009)

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ABB變頻器在天車改造中的應用研究

呂建偉

(河鋼唐鋼熱軋部 河北 唐山 063009)

針對天車正常使用和維護保養(yǎng)等過程中出現(xiàn)的電能浪費、設備故障率高、電器元件損耗大等一系列問題進行分析，并通過ABB變頻調速自控改進并解決了相關問題，為同行業(yè)天車改造工程提供可參考性借鑒。

天車；改造；ABB變頻調速

天車也稱橋式起重機，主要用來起吊、放下和搬運重物、并使重物在一定距離內水平移動的起重、搬運的設備，它是由大車、小車、減速機、電動機、控制系統(tǒng)等設備構成。而鋼廠天車吊裝作業(yè)經常涉及重量大、形狀特殊物品，其運轉情況直接影響到安全生產，甚至會危及到工人生命，因此對于天車操作性能和安全性能的改造迫在眉睫。近年來變頻器在工業(yè)生產各環(huán)節(jié)得到了廣泛的應用，其表現(xiàn)為可以實現(xiàn)軟起動和無級調速，進行加減速控制，使電動機獲得高性能，而且具有顯著的節(jié)能效果。所以應用變頻調速可以提高生產機械的控制精度、生產效率和產品質量，并實現(xiàn)了自定義保護功能，從而利于實現(xiàn)生產過程的自動化。

一、天車改造前問題研究

天車在日常使用過程中經常出現(xiàn)相同問題：(1)拖動電動機容量大，起動時電流對電網沖擊大，而且電動機一直在額定轉矩下工作，電能浪費嚴重。(2)天車升降、小車、大車起動、停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊也較大，電機連軸器、鋼繩等機械易磨損，機械設備使用壽命縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設備運行可靠性較低。(3)接觸器、繼電器等電器元件的觸頭、線圈經常燒壞，因為天車每天需進行大量的搬運工作，由于繞線式電機調速是通過電氣驅動系統(tǒng)中的主要控制元件交流接觸器，并通過繼電器來接入和斷開電動機轉子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態(tài)下，容易燒壞觸頭、線圈。同時因工作環(huán)境惡劣，轉子回路串接的銅電阻因灰塵、設備振動等原因經常燒壞、斷裂。因而設備故障率比較高，維修工作量比較大。同樣小車、大車的運轉也存在上述問題。(4)在天車起升的瞬間，升降電動機有時會受力不均勻，易過載，直接造成電機損壞或者鋼絲繩斷裂。 (5)為適應天車的工況，操作人員經常性的反復操作，導致天車的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動機的使用壽命。(6)電動機故障率高等。

而維修天車屬于高空作業(yè)，極易導致安全事故的發(fā)生。此外，天車故障一旦發(fā)生，維修時間較長，很大程度上減緩了企業(yè)生產進度?；谏鲜龇N種原因，決定對天車故障全面檢查，進行ABB變頻調速控制改進應用研究。

二、改進方案及效果分析

改進主要是針對交流電動機的調速方式，改進過程當中，主要采取了ABB變頻器調節(jié)方案。調速方法主要采用具有矢量控制功能的變頻調速系統(tǒng)，變頻后轉速可以分檔控制，改進中對主鉤電動機我采用3段速度運行，由低到高依次切換，這樣就有效避免了電動機的全矩啟動。

ABB變頻器的設計是采用電流額定值，以滿足工業(yè)環(huán)境中需要高過載能力的應用的需求，其核心是直接轉矩控制—DTC技術，基于DTC原理的控制技術可以提供優(yōu)異的性能和顯著的優(yōu)點：例如，精確的靜態(tài)和動態(tài)速度及轉矩控制、高啟動力矩和更長的電機電纜連接，內置的傳動可選件使安裝工作迅速而簡單。

針對原控制系統(tǒng)中的不足，經過改造后的變頻調速控制系統(tǒng)主要具有以下效果：

1.變頻器調速控制系統(tǒng)的保護功能強

使用變頻器控制電機的運行，可以進行電機的軟啟動，而讓電機具有很快的動態(tài)響應并且實現(xiàn)無級調速；對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時準確的檢測而自動采取應變措施保護電機；

2.工作可靠性顯著提高，主要有以下幾個方面：

A.電磁鐵的壽命可大大延長。原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘的，采用變頻調速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進行抱閘，閘皮的磨損情況大為改善；

B.控制系統(tǒng)的故障率大為下降。原系統(tǒng)是由于十分復雜的接觸器、繼電器系統(tǒng)進行控制的，故障率較高。采用了變頻調速控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)大大簡化，可靠性大為提高；

C.停電減速功能?？梢栽谝馔馔ｋ姇r使天車減速停止，消除了突然停車所帶來的隱患。

3.節(jié)能效果十分可觀。繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻內消耗大量的電能。采用變頻調速系統(tǒng)后，非但外接電阻內消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源。這樣，每小時節(jié)省的電費相當可觀。

4.調速質量明顯提高，采用了變頻調速系統(tǒng)后，調速平穩(wěn)，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。

5.可簡化傳動鏈。由于可以進行無級調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，使傳動鏈結構簡單，設計標準化。

三、ABB變頻器優(yōu)勢分析

ABB變頻器實現(xiàn)了與主要自動控制系統(tǒng)的連接。這通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)和ABB傳動之間的網關概念實現(xiàn)?，F(xiàn)場總線網關模塊可以很容易的在傳動中設置。由于現(xiàn)場總線的網關種類很多，自動控制系統(tǒng)的選擇可以相對獨立，高性能ABB交流傳動總能與之相配套。實現(xiàn)了硬件和軟件的模塊化結構，現(xiàn)場總線控制的應用很大程度上減少安裝和工程量，優(yōu)化了接線方案，以一對雙絞線代替了傳統(tǒng)的大量傳動控制電纜，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性；模塊化結構實現(xiàn)了單個模塊的預集成，提供了更簡便快速的設備集成；在周期數(shù)據(jù)傳輸中可以選擇一組傳動參數(shù)或實際信號，如轉矩、速度、位置和電流等，為操作人員和制造過程提供了快速數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了傳動監(jiān)測，準確、可靠的診斷信息可以通過傳動警告、極值和故障字獲得，從而減少了生產過程的停工時間；ABB為特定的工業(yè)傳動應用提供了預制控制方案，增加了針對應用的功能和保護而不需要外部PLC，節(jié)能且具有自定義保護功能，斷電后可以持續(xù)運行一段時間，從而提高了生產能力，減少了成本。

四、結語

通過對天車控制系統(tǒng)的改造，解決了其設計中存在的故障問題和易發(fā)安全隱患，為企業(yè)的正常生產提供了有力保障，獲得了明顯的經濟效益。在天車改造的過程中深刻體會到技術創(chuàng)新對實現(xiàn)資源節(jié)約、節(jié)能減耗以及企業(yè)良性發(fā)展的重大意義，雖然變頻控制短期看是一種投資較大、回報較慢的新興技術，但是從長遠來說，節(jié)省的開支以及帶來的回報必將相當可觀。

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呂建偉(1971-)，男，天津市寧河縣西關村人，河北鋼鐵集團唐鋼熱軋部，天車點檢作業(yè)區(qū)作業(yè)長，本科學歷。