在确定变频器功率的基础上,还必须按下式做电流验证,即:
式中,ICN为变频器额定输出电流,A;
IM为电动机额定电流,A;
k1为裕量系数,kl=1.1。
如果按所用电动机功率选择变频器,则可能由于电动机容量过剩而造成变频器容量过剩,因而造成不必要的浪费。实验证明,按上述公式选择门式起重机的变频器,经过 100%、125%的负载试验,完全可以满足起升机构的要求。
②制动单元及制动电阻的选择
变频调速系统在位能负载的作用下,电动机处于发电状态时机械能被转换成电能,回馈到变频器直流侧的电容器上,其结果将使直流回路的电压升高。当电压升高到某一设定值时,制动单元自动控制开关管导通,电能向制动电阻上泄放。
制动单元动作后,泄放的能量大于回馈能量,直流回路的电压开始下降,当它下降到某一设定值时,制动单元自动控制开关管截止。这一能耗制动过程由变频器和制动组件自动完成,以维持变频器直流环节电压在一个安全的范围之内。选择变频调速系统制动组件的基本原则是:
a.制动组件的最大瞬时泄放能量大于等于最大瞬时回馈能量;
b.制动组件的平均泄放能量大于等于平均回馈能量。
通常,制动组件的最大瞬时泄放能量由其制动单元开关管的额定电流所决定,而平均泄放能量则取决于制动电阻的额定功率大小。起重设备在做下降运动时,位能负载将拖动电动机反转,这时传动机构参与制动。制动时的最大制动转矩为:
式中,为拖动系统的飞轮力矩之和 (包括负
载、电动机等),N·m2;
t
s
为制动时间,s:
TL为负载转矩,N·m;
nl为起始速度,r/min;
n2为制动后的速度,r/min。
制动电阻为:
R=U2/PB式中,U 为直流回路的电压。
四、变频器在塔式起重机中的应用
塔式起重机属于臂架型起重机,由于其提升高度大,司机室位置较高,因此操纵难度大,尤其是起吊时,对吊重的快速、准确就位要求也高,所以要求起升机构调速性能要好。传统的塔式起重机调速系统存在着调速范围小、速度稳定性差、无法长时间低速运行、可靠性低及维护量大、能耗高等缺点。
塔式起重机起升机构的运转具有大惯性、四象限运行的特点,与其他传动机械相比,对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。塔式起重机变频调速系统的变频器应选用专为起重机类负载而设计的专用变频器。该系列变频器具有如下特点:
(1)具有全程磁通矢量控制,在 1 Hz 的低频下,即使无速度反馈环节,也能提供 150%额定转矩的启动力矩;
(2)可配备制动单元,实现四象限运行,而且动态响应好;
(3)在全速范围内,具有恒转速特性。
①变频调速控制系统
塔式起重机的起升机构在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间,极易发生重物由停止状态下滑的现象(称为溜沟)。防止溜沟是塔式起重机变频控制系统设计中的安全控制环节。在控制系统中,通过 PLC 对变频器实现零速全转矩功能和直流强励磁功能可有效地防止溜沟。其原理如下:
a.零速全转矩功能。变频器可以在速度为 0 的状态下,保持电动机有足够大的转矩,且不需要速度反馈,这一功能保证了吊钩由上升、下降状态时降速为零时,电动机能够使重物在空中停止,直到电磁制动器将轴抱住为止,从而防止了溜沟。
b.启动前的直流强励磁功能。变频器可以在启动之前自动进行直流强励磁,使电动机有足够大的转矩(可达额定转矩的 200%) 维持重物在空中的停止状态,以保证电磁制动器在释放过程中不会溜钩。