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摘要:随着现代化建筑的快速发展人们对施工升降机的安全及效率要求越来越高变频驱动调速系统的应用,提高了设备运行的安全性降低了劳动强度提高工作效率同时为企业节约了电能在建筑行业具有很好的推广价值.施工升降机是现代高层施工中与大型塔机相配合的必不可少的重要施工设备特别是在高层、超高层建筑施工担任了极其重要的任务,对于保证施工工期与安全,降低施工成本,减轻劳动强度起着不可替代的作用.本文通过分析变频调速在施工升降机上的应用阐明其独特的优势。
关键词:变频调速;施工升降机;应用
1.变频调速的特点
采用先进的现代交流变频调速技术对升降机电力拖动系统进行技术改造,使升降机实现平稳操作,提高运行效率,改善超负荷作业,消除起制动冲击,减少电气维护,降低电能消耗,提高功率因子等均可取得良好实效。同时还具有过电流、过电压,欠电压和输入缺相保护,以及变频器超温、超载、超速、制动单元过热,I/O故障保护、电动机故障保护等,变频调速方法具有如下显著特点:(1)效率高;(2)无极调速技术有效的解决了机构的传动冲击,延长了齿轮、滚轮、轴承、齿条的使用寿命;(3)变频调速系统具有完善的安全保护功能。
2.变频调速原理
变频调速的基本原理是根据交流电动机转速关系而得来的,其交流电动机的转速关系为:。
在施工升降机的变频调速系统中,一台变频器同时带动三台电动机,所以采用开环形式的电压/频率控制。即根据所需电动机的转速,适当地控制工频电源的频率,而频率的变化必然会引起电动机磁通的变化。为了充分利用电动机的铁心,保持磁通恒定,就要使电压和频率的比值保持恒定。采用电压控制的变频器控制电路结构简单,成本低,多用于对精度要求不高的通用变频器。
3.变频器控制流程
施工升降机工况较为复杂,但对调速系统的速度控制精度要求不高,为简化系统结构采用开环控制,即人为地根据施工现场的实际需要和工作条件的变化,选择合适的速度挡,以控制施工升降机的运行速度。施工升降机的变频调速控制系统原理如图1所示。PLC根据施工升降机的位置和速度信号向变频器发出控制指令,变频器根据指令控制施工升降机的动力系统。同时当变频器检测出故障时,变频器向PLC发出信号,PLC根据控制指令使起保护作用的继电器动作,切断电源,从而保护施工升降机动力系统。
图1
系统主要由五部分组成:盘式制动三相异步电动机,变频调速器,变频器制动单元和制动电阻,可编程控制器和速度转换开关。其控制过程是:操作速度转换开关,选定速度挡,可编程控制器接收此开关信号进行信息的处理和运算,然后输出信号给变频器,改变频率值,最终达到调速的目的。
4.变频器的选择
对于变频器控制方案的选择,施工升降机是用四极电动机拖动的恒转矩负载,对转速精度及动态性能要求不高,鉴于无矢量控制型速度开环变频器的特点,可选用此种控制型变频器。无矢量控制型速度开环变频器的特点是:(1)开环控制电路结构简单;(2)调试工作容易;(3)可采用通用异步机;(4)调速范围小,调速精度低,适用于一般要求不高的地方。变频器的选购一般以可适配电动机容量(或为变频器输出容量)为依据,一般选用变频器的容量比电动机大一级。
5.制动单元的选取
在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传动系统中,电动机的减速或所传动的位能负载下放时,异步电动机将处于再生发电制动状态。此时,负载的机械能将转换为电能并由逆变器的6个回馈二极管反馈回变频器, 这部分能量将导致直流回路中的储能电容器电压上升。当电压升高到一定值时,变频器的过电压保护电路动作,切断变频器的输出,使电动机处于自由减速状态,无法达到快速减速的目的。为实现快速减速的目的,可在直流回路中设一个制动三极管。当电压上升到一定值时,三极管将自动导通,使直流电压通过制动电阻放电,将反馈回直流回路的能量以热能的形式消耗掉,避免因电容电压无限制的升高导致过电压保护电路动作,此装置称为变频器的制动单元。
6.升降机变频器系统调整
先接好主电路接线图,然后接好PLC控制回路接线图。在检查接线正确完成后,通过变频器上的操作面板设置电机参数,并选择静态自学习方式辨识电机,辨识完成后,设置控制模式,输出频率,加减速时间,继电器输出方式等基本运行参数,设置完成后,需调整松闸和抱闸频率,调整原则是从高往低设置(一般是从5Hz以下),设置频率需要平衡3个要素,一是松闸不溜钩(即频率不能设置太小) ;二是松闸或者抱闸瞬间电流不宜太大(冲击电流稳定在1.3倍的额定电流以内),这需要松闸抱闸频率不宜太大;三是需要考虑启动和抱闸的舒适性,这个要求抱闸或者松闸的频率不宜过大。综合这3个因数来匹配参数。在优化好松闸和抱闸频率后,按照施工升降机的国标验收试验规则,进行空载、额定负载及125%额定负载调试,进一步优化正常运行时的电流稳定参数(例如自动稳压功能)和平衡下降过程中过压报警和制动电阻发热情况。
7.升降机的安全调试
从可靠性来考虑,施工现场工况复杂,升降机的频繁起停给系统的正常运行带来严重的电磁干扰,必须采取相应的抗干扰措施,保证系统的正常运行。例如,电机的起停采用具有有滞环输入输出的特性,避免电机的频繁起停;为防止电源电压的较大波动,设计一个稳源装置等。从人机工程角度上考虑,系统在起制动和负载变化时加速度基本是个恒值,若加速度太大,影响到传动系统的寿命和乘客的舒适感,这样就有必要设计一个模糊自校正PI控制器,通过正确选择系统的比例、积分、微分等参数来得到较理想的加速度曲线。
安全是施工升降机最重要的标准,在系统调试时必须按照国标进行安全测试。在空载调试时,可测试升降机,上下限位,吊笼各门等限位开关是否按设计标准动作;在125%额定负载调试后,将超载保护器调整为110%,进行超载测试。防坠测试,按照国家安全标准施工升降机上必须安装有防坠安全器,工地上使用中的升降机都必须每季度进行一次坠落试验,坠落试验可通过提高变频器输出频率,使电机驱动吊笼在模拟坠落的速度下,检察防坠安全器是否动作。
结语
经现场调试验证,PLC控制机变频调速方案安全保护设施健全,测试方便,启动平稳,上升和下降过程均无冲击,乘坐舒适,无下滑现象,调速平稳,低速时启动力矩大,减少了对减速机,联轴器等机械设备的冲击,也降低了对电网的冲击,使维护费用大大降低,提高了工作效率,并且节能效果显著,因此变频器调速系统在升降机具有很好的推广应用价值。
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[4] 张登山,肖芳.西门子通用变频器应用实例手册[Z].西门子,2002.
论文作者:覃世鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/9/30
标签:变频器论文; 电动机论文; 频率论文; 升降机论文; 系统论文; 变频调速论文; 施工升降机论文; 《防护工程》2018年第16期论文;