桥式抓斗起重机变频拖动方案

一、对象和目的：
对象：式抓斗起重装置(简称：桥抓)的电力拖动系统。包括“开闭”、“提升”、“大车”、“小车”的拖动及控制。
目的：利用变频调速、无速度反馈矢量控制技术实现机械传动装置的频繁启/停、变速及正/反转换，解决原串阻变速的高能耗、低力矩以及电冲击对电机、钢绳、刹车装置的冲击，达到高效、节能、故障率低的目的。
二、“桥抓”负荷特性及原拖动系统的分析
1、桥抓运行由三个基本独立的拖动系统构成：
○1、吊钩拖动系统(垂直)开闭和卷扬；
○2、大车拖动系统(横向)；
○3、小车拖动系统(纵向)。
2、负荷特点和对拖动系统的要求。
○1、负荷特点：
各拖动系统的负载转矩TL与阻力FL和回转半径RL的关系：TL=FLRL大车和小车拖动系统中FL是摩擦力吊钩拖动系统中FL是被吊物和吊斗本身的重量和由此可见TL与速度无关，是恒转矩特性。
○2、对拖动系统要求必须满足桥式抓斗的技术要求大、小车拖动系统较一般；重点是对吊钩拖动系统的要求。在一个（抓、提、放、降）全过程中，电动机的有效转矩线应是恒转矩的，应有足够大的起动转矩；重物下降时，为了克服重物自身加速度而不断加速，电动机必须产生足够的制动转矩，使重物在所需转速下平稳下降。重物在空中停住前后，不能发生“溜钩”。
3、制动装置与启停时间的时序配合必须精确、可调：
如图：升速和降停。
4、原拖动系统的主电路(见图)
○1、选用电机：绕线式异步电动机；
○2、调速方法：串阻；
○3、制动方法：电磁或液压。
○4、存在问题：
A、绕线式电机，串阻调速，体积庞大：接触器、控制箱、电阻箱能耗大；故障环节多：滑环、碳刷、接触器。串阻调速在每一速度段力矩变化大。
B、机械制动无过渡加/减速，电机冲击大。钢丝绳制动受力大，易断。刹车冲击大，易损坏。
C、主令操作器流过电流大，易损坏。
D、由于桥抓运行每一周期接触器、滑环、碳刷、机械制动；抓煤、提升、开斗、下降，都要运作一次。负荷、力矩、工况都要频繁变化，因此对所有元器件可靠性及寿命要求很高，一般难于避免各种故障。
三、变频调速拖动系统
1、优点
①、可以实现软启和无级调速；
②、省去接触器、电阻箱、滑环、碳刷等节省体积重量；
③、直接将损耗在电阻箱上的电能返回到电网，实现节能运行，节电率可达到30%以上；
④、可解决原拖动系统的一些问题。
2、需要解决的问题
由于是半导体出力，其经受过载能力比电机直接拖动
差，因此必须解决和处理如下技术问题。
①、 起动力矩(提升)特别是悬空起动的力矩；
②、 再生能量释放对变频器的威胁；
③、 解决变频器启/停时间与刹车动作时间的时序关系，确保安全前提下，实现软启/停，最大限度地减少启动电流。
④、 在变频器额定电流范围内，尽量缩短加/减速时间，使“桥抓”的工作效率不受影响。
3、过去变频拖动，由于上述技术问题，需要设计外围线
路来配合。如图：升速和降停。
①、变频器本身起动力矩不够，要求与制动配合较为严格，给设计、调试、维护造成麻烦，而且随着运行时间，环境好坏而变化等等。
②、起动升速时间不能很快，效率低。
③、可靠性差
总之，过去由于变频器技术及经济方面原因的限制，不可能有得以在桥抓上的广泛应用。
四、桥抓变频拖动控制装置
1、系统方案（见方框图）
参照方框图，系统由下列单元组成
变频器（INV）
能量回馈制动单元（IPC-PF）
控制单元（PLC）
操作台（OPE）：（主令操作器及电源箱）
电动机（D）
其相互连接见方框图
2、选型
根据上述系统方案对各单元进行设计选型是非常重要的。
①、变频器
本拖动控制系统的出力及主要功能均通过变频器给出，因此对它有特别高的要求。
本装置选用的变频器，除了一般的功能外，其具备：
A、高起动力矩，0+Hz频率下 150%额定力矩
0.5Hz频率下 200%额定力矩
这一功能可以满足桥抓经常悬空提升，悬空下降的操作要求，以确保低速启动过程中不会“遛钩”。
B、无传感矢量控制及电机参数在线自整定功能：
这一功能确保了在额定电流范围内的快速启/停的可能。抓斗变频器其上升加速时间（0 50Hz）≥1.0秒、减速时间（50 0Hz）≥0.9秒；大、小车变频器：其加速时间（0 50Hz）≥2.5秒、减速时间（50 0Hz）≥2.0秒。电动机运行过程中，由于发热R、L等参数发生变化，影响矢量控制，变频器会自动在线整定，当电机温度发生变化时，自动调整变频器参数，适应电机因温升而发生变化，确保任何温度下，维持力矩的恒定。
C、具有内置专门用于升降时序功能PLC，通过对它的参数设定处理,变频器启动加速与刹车动作；停止减速与刹车动作的合理时序配合，使抓斗升/降既平滑无冲击又安全可靠(不溜钩，不过载跳闸)
②、能量回馈制动单元
桥抓运行X-Y-Z三维均存在停机时再生能量的处理问题，特别是升降的电机在下降时处于强发电状态，这部分能量很大，返回变频器。将造成变频器过电压跳闸，甚至损坏。因此选择能量回馈制动单元直接将下降时产生的势能转化为电能返回到电网是非常重要的。
本装置选用原装进口IPC-PF能量回馈制动单元其优点如下：
双向自动电压跟踪方式
反应时间2ms以下，多重噪声过滤算法 制动力矩最大150%
回馈方式为正弦波电流方式
电流畸变5%以下
内置电抗器和噪声滤波
五、桥抓拖动及控制装置主要配置
1、主柜(开闭和提升)
※ 变频器 (内置抱闸时序PLC) 2台
分别拖动开闭和提升电动机
※ 能量回馈单元 IPC-PF 2台
提升变频器 配1台
开闭变频器 配1台
※ 控制单元（包含外配PLC）
(操作台的运行指令通过控制单元与变频器连接；
变频器对外动作也需要通过控制单元)
所采用的PLC元、器件、零部件均为OMRON、LG、
SIMENS原厂产品。安全可靠。
※ 柜体：1400×1600×420 （长×高×宽）
防护等级IP44
2、副柜(大、小车)
※ 变频器 (内置抱闸时序PLC) 1台
拖动2台大车电机
※能量回馈制动单元 IPC-PF 1台
※ 变频器 (内置PLC及能耗制动单元)
拖动小车电机 1台
放电电阻 1组
※ 控制单元 (同主柜)
※ 柜体1000×1600×420（长×高×宽）
防护等级IP44
六、其它配套
1、开闭、提升、大、小车电机，均为起重专用电机。
2、主电源柜，设置门控及安全防撞行程开关。
3、主令操作器，按设计要求配置。
均为正/负三档及零档设置。
4、所有制动电机与拖动电机分别控制(见主接线图)。
5、限位开关接至本装置(见外部接线图)。
6、大、小车限位开关、可设双道卡，第1卡强制减速，
第2卡立即全力制动停车，（由变频柜实现）