橋式磁力吊的變頻調(diào)速改造
橋式磁力吊在鋼鐵生產(chǎn)中有著重要的作用，傳統(tǒng)橋式磁力吊大多采用串電阻的辦法來實(shí)現(xiàn)大、小車和卷揚(yáng)升降電機(jī)的調(diào)速，這種調(diào)速基于繼電器-接觸器系統(tǒng)，調(diào)速平滑性查，精度低，線路復(fù)雜，不好維護(hù)。而采用基于變頻器控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用改變電機(jī)供電電源的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速范圍大，平滑性好，效率高，能給鋼鐵生產(chǎn)單位帶來很大效益。
1 橋式磁力吊簡介
在鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)中，橋式磁力吊設(shè)備有著重要的作用，其主要作用是用來實(shí)現(xiàn)鋼板、鋼坯等鐵質(zhì)物體的升降和運(yùn)輸。鋼鐵生產(chǎn)環(huán)境異常惡劣，磁力吊經(jīng)常處于粉塵環(huán)境下頻繁的超負(fù)荷的作業(yè)，容易使機(jī)械振動過大、電氣元件壽命減少和作業(yè)精度降低等不良后果。利用變頻控制系統(tǒng)可以有效的增加磁力吊精度，提高生產(chǎn)效率。
1.1 磁力吊結(jié)構(gòu)
橋式磁力吊一般由大車、小車、卷揚(yáng)和電磁鐵吸盤組成，大車可以左右運(yùn)動（以操作室為參照物），小車可以前后運(yùn)動（以操作室為參照物），卷揚(yáng)用來提升和下降點(diǎn)磁鐵吸盤，電磁鐵吸盤通電后產(chǎn)生吸力吸住鐵質(zhì)物質(zhì)。
1.2 傳統(tǒng)橋式磁力吊的調(diào)速原理及其缺點(diǎn)
傳統(tǒng)的磁力吊一般采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的辦法來實(shí)現(xiàn)大、小車電機(jī)移動和卷揚(yáng)升降的調(diào)速，從低級檔位換至高級檔位時將逐級短掉一部分電阻，當(dāng)串在轉(zhuǎn)子繞組中的電阻減小時，繞組中的電壓升高而實(shí)現(xiàn)升速，減速也是同理。由于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速機(jī)械特性軟，負(fù)載發(fā)生改變時轉(zhuǎn)速也發(fā)生改變，調(diào)速效果差；轉(zhuǎn)子所串電阻長期發(fā)熱電能消耗很大，效率低下；調(diào)速過程中使用繼電器-接觸器控制，可靠性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常性出現(xiàn)故障。電器觸點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)粘連、燒壞等故障，線圈也經(jīng)常被燒壞，制約著生產(chǎn)節(jié)奏的提高；其調(diào)速是通過轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度轉(zhuǎn)換不穩(wěn)、容易對機(jī)械系統(tǒng)造成大的沖擊，并且串聯(lián)的電阻浪費(fèi)很大的電能。
2 變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)
利用變頻器調(diào)速可以解決傳統(tǒng)橋式磁力吊調(diào)速不足的缺陷。變頻調(diào)速有如下優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大，精度高，平滑性好，效率高；啟動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)沖擊極小，能明顯節(jié)約電能；變頻器體積小，便于安裝和維護(hù)等。
2.1 變頻調(diào)速的基本原理
橋式磁力吊一般使用的電機(jī)為三相交流異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為：
n=60f（1-s）p
式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速（rmin）；f為定子電源頻率（Hz）；s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電機(jī)極對數(shù)。
由以上公式可知，當(dāng)電機(jī)輸入電源的頻率f改變時，就可以的到不同的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速就是使電機(jī)的輸入電源頻率f發(fā)生改變而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
2.2 磁力吊各車電機(jī)參數(shù)及變頻器選型
在生產(chǎn)中所用的橋式磁力吊結(jié)構(gòu)基本相同，但是其卷揚(yáng)電機(jī)和大、小車電機(jī)型號有差別，本文以卷揚(yáng)電機(jī)為100 t級別磁力吊為例說明變頻改造設(shè)計(jì)，其大、小車和卷揚(yáng)升降電機(jī)均采用變頻調(diào)速，大、小車的調(diào)速改造設(shè)計(jì)基本相同，這里只介紹大車和卷揚(yáng)升降的變頻調(diào)速。
原橋式磁力吊卷揚(yáng)起升電機(jī)容量為55 kW，大車電機(jī)型號為22 kW，改造后的磁力吊原有的所有電機(jī)均不更換，根據(jù)原有電機(jī)參數(shù)可選用艾米克5000系列永磁同步變頻器。
根據(jù)該系列變頻器特點(diǎn)，可選定大車和卷揚(yáng)升降電機(jī)配備的變頻器為艾米克5000系列永磁同步型號：AMK5000-4T0550A變頻器；大車配備變頻器為艾米克5000系列永磁同步型號：AMK5000-4T0220A變頻器。調(diào)速系統(tǒng)制動方式采用由變頻器直流回路內(nèi)接入制動單元和制動電阻消耗掉的方式。
本文改造的變頻調(diào)速系統(tǒng)操作員在操作室通過主令控制器對磁力吊進(jìn)行操控。
2.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于磁力吊輸入和輸出點(diǎn)數(shù)較少，設(shè)計(jì)中我們將不通過PLC而直接將操作信號直接輸入給變頻器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，操作員在操作室內(nèi)控制輸入變頻器的電信號，使給電機(jī)輸出不同頻率的電源，從而達(dá)到調(diào)速的目的。設(shè)計(jì)中將采用四檔變速設(shè)計(jì)，0檔為正反轉(zhuǎn)電源接通，1檔為最低速檔位，2檔為中速檔位，3檔為最高速檔位，根據(jù)生產(chǎn)要求，分別給各個檔位相應(yīng)5 Hz、15 Hz、30 Hz、50 Hz的頻率電源，從前一檔到下一檔設(shè)置有延時0.8 s，期間電源頻率將平均上升或下降，已達(dá)到平滑調(diào)速的效果。
2.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)工作過程分析
變頻器安裝好后，根據(jù)生產(chǎn)需要將電機(jī)參數(shù)等輸入變頻器中并調(diào)試，調(diào)試完成后即可投入生產(chǎn)。調(diào)試完成后的系統(tǒng)工作過程如下：當(dāng)主令控制器置于0檔正轉(zhuǎn)檔位上時正轉(zhuǎn)接觸器KA2線圈將得電，正轉(zhuǎn)接觸器觸點(diǎn)KA2將閉合，同時抱閘接觸器得電，抱閘打開。此時變頻器將三相交流電和電動機(jī)接通，且輸出給電動機(jī)的電源為頻率為5 Hz的三相交流電，電動機(jī)得電后以緩慢速度運(yùn)行；當(dāng)主令控制器置于1檔位置SQ3時，1檔接觸器KA6得電，同時1檔接觸器觸點(diǎn)KA6閉合，變頻器將輸出頻率為15 Hz的三相交流電給電動機(jī)，電動機(jī)得電后將以1檔速度運(yùn)行，其他檔位同理。當(dāng)主令控制器從某檔位回零時，所有檔位接觸器和抱閘接觸器失電，這時抱閘閉合制動，多余能量將通過制動單元消耗在制動電阻上，可達(dá)到平穩(wěn)停車的目的。在磁力吊變頻調(diào)速系統(tǒng)工作中，若出現(xiàn)過載、過流等情況是，變頻器內(nèi)部熱繼電器等保護(hù)裝置接通外部故障輸入點(diǎn)使變頻器停止運(yùn)行并報(bào)出相應(yīng)故障。
3 小結(jié)
橋式磁力吊起重機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的中，橋式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想，這樣無形中的損失很大。因此，改善起重機(jī)控制系統(tǒng)是必要的。而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)維護(hù)方便，精度高，且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時間低速運(yùn)行，具有很高的定位精度和運(yùn)行效率，將給大大提升生產(chǎn)效率，因此，本改造設(shè)計(jì)的應(yīng)用價值是相當(dāng)高的。
