精益变频器在塔式起重机上的应用

摘要：随着建筑行业的快速发展，机械塔式起重机（塔吊）也跟随着建筑行业得到了广泛的应用。其调速方式越来越多的由传统的变多速电机调速机构等多种低效率、差性能的方式转向采用高性能的变频器来实现。这不仅提高了系统的可靠性、灵活性，扩大了系统的调速范围，而且还显现出了速度控制更精确，高作业效率，起动、制动平缓，运行平稳的特点。针对此行业特点，精益传动推出了精益 QTD2000 系列塔式起重机专用三合一一体式变频器，该系列变频器巧妙地将起升、变幅和回转这三个变频机构融为一体，同时加入 PLC 和少的低压电器等外围电路，组成一个系统。此系列变频器采用优良的无速度传感器磁通矢量控制算法，使其具有较快的动态响应，优质的电流限制技术和硬件优化设计，非常适用于塔式起重机负载的驱动调速。

塔式起重机变频 塔吊变频 塔机

一、塔式起重机（塔吊）起升机构传统的调速方式

起升机构是塔式起重机重要的传动机构，目前传统的调速方式要求重载低速，轻载高速，调速范围大。起升机构调速方式的优劣直接影响整机性能。起升机构调速方式选择原则有三个：要平稳，冲击小；其次要经济可靠，符合国情；三是要便于维修。目前传统的塔吊机构在速度控制上，常采用的是多速电机变级调速；电磁离合器换档的减速器加带涡流制动的单速绕线转子电机调速；普通减速器加带涡流制动的多速绕线转子电机转子串电阻获取较软的 M-n 特性调速；或者采用差动行星减速器加双电机等方式。而这些调速方式完全依靠大量的接触器等构成的电气柜控制，由于电气控制系统比较复杂，而且电机起、制动和换档仍有较大的峰值电流和冲击，对接触器等电气元件的质量有着严格的要求。即使在能保证质量的情况下，也不能忽视外界的恶劣环境，粉尘或者是有害气体，它们会对电动机的集电环、电刷以及接触器腐蚀较大，再加上操作程序不规范，造成冲击电流大，触头腐蚀严重化，电刷冒火，电动机的转子串电阻因长时间发热，而腐化，断裂，烧损，造成故障点多，故障率高，电能的浪费。因而大大的降低了工作效率。

二、塔式起重机（塔吊）变频器调速方式

变频调速是当今优质的交流调速方式。精益QTD2000系列塔式起重机三合一一体式变频器是由共直流母线的三台变频器，PLC，低压电器等构成。利用变频调速还可以达到慢就位速度长时间运行；实现零速制动，运行平稳无冲击，能延长结构和传动件的寿命，对钢丝绳排绳和寿命大有裨益，同时提高了塔吊的安全性。

2.1 起升机构是塔式起重机重要的传动机构。采用变频调速可以使塔吊慢就位速度长时间运行；无级变速，运行平稳无冲击，延长电机的使用寿命；采用高性能无速度传感器矢量变频驱动，从而使控制更加精确。

2.2 回转机构的特点是具有较大的惯性冲击，启动过快冲击大，停车和打反转都不允许过快过急，否则不仅运转不平稳，还会损坏机构。解决办法是采用回转专用减速机，同时采用变频调速使起制动更平稳。并且采用变频器控制以后使系统控制更为简单，控制系统具有多重保护，使系统更加安全可靠。

2.3 变幅机构基本上都采用双速电机，在档位转换时是硬性转化，

没有速度过渡，容易产生冲击，使重物在空中摆动。采用变频调速时，在档位转化过程中存在一个速度过渡过程，实现无级变速，可避免重物在空中摆动，同时也可以把变幅电机换成普通鼠笼电机，可
降低电机成本。

精益QTD2000系列变频器塔式起重机使用的基本原理是联动台

控制指令输出到 PLC 中，由 PLC 进行逻辑处理后输出控制变频器的OP 控制端子，控制 PLC 的输出就控制了变频器的不同频率从而达到不同的速度。利用变频器的多段频率运行调速。在运行的时候，

对速度进行切换时，速度是直接进行增大减小的。相对应的频率在原来的基础上进行加减，不会出现从零速启动的现象，这样也就更好的减小了对电机和机构的冲击。变频器调速除具有以上优点外同时还具有过电流、过电压、欠电压和输入、输出缺相保护，以及变频器超温、超载、电动机过载保护等。

2.4 下图为精益QTD2000系列塔机专用变频器和联动台

2．5 下图为精益QTD2000 系列塔吊控制系统的基本框图

2.6 下图为精益 QTD2000 塔机专用一体式变频基本控制接线图

三、塔式起重机变频调速方案的优点

目前精益传动 QTD2000 系列塔式起重机专用变频器已经在烟台、威海、章丘地区得以成功使用。主要性能特点为：

3.1 在塔机操作调速平稳性，提高运行效率，改善超负荷作业，消除了起制动冲击，减少电气维护，降低电能损耗方面取得实效。

3.2 调速范围宽，可满足塔机精确定位控制要求的作业场合。

3.3 塔机变频化能实现软启软停，降低了机械传动冲击，显著改善钢结构的承载性能，延长起重机的使用寿命。

3.4 起升、回转、变幅三合一高集成度设计，配合少许低压电器，有效地解决原电气使用时接线复杂问题，降低系统的故障机率，方便维护。

3.5 磁通矢量控制优越的变频力矩输出特性，配合机械制动器，保证不会出现重物下滑，确保系统的操作安全。

3.6 消除共振、改善动刚度。塔机金属结构的共振与各机构的运动速度和固有频率有关，传统的调速方式调速范围窄，有时不能完全避开共振的临界转速。例如用涡流绕线电机串级调速，空载起升和满
载下降时钢架往往有较大共振，采用变频调速，可有效规避共振现象。

3.7 节能效果良好。绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻将消耗大量电能，变频调速可减少起动能耗和调速电阻的转差功率损耗，效率高达 0.96～0.98，节能效果好，且下降过程中
不从电网获取能量，与传统调速方式相比整机节能约 20%以上。