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現(xiàn)大、小車和卷揚升降電機的調(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，線路復雜，不好維護。而采用基于變頻器控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用改變電機供電電源的頻率來實現(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現(xiàn)鋼板、鋼坯等鐵質(zhì)物體的升降和運輸。鋼鐵生產(chǎn)環(huán)境異常惡劣，磁力吊經(jīng)常處于粉塵環(huán)境下頻繁的超負荷的作業(yè)，容易使機械振動過大、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、卷揚和電磁鐵吸盤組成，大車可以左右運動（以操作室為參照物），小車可以前后運動（以操作室為參照物），卷揚用來提升和下降點磁鐵吸盤，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
傳統(tǒng)的磁力吊一般采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的辦法來實現(xiàn)大、小車電機移動和卷揚升降的調(diào)速，從低級檔位換至高級檔位時將逐級短掉一部分電阻，當串在轉(zhuǎn)子繞組中的電阻減小時，繞組中的電壓升高而實現(xiàn)升速，減速也是同理。由于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速機械特性軟，負載發(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)復雜，經(jīng)常性出現(xiàn)故障。電器觸點經(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)電阻實現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)復雜、速度轉(zhuǎn)換不穩(wěn)、容易對機械系統(tǒng)造成大的沖擊，并且串聯(lián)的電阻浪費很大的電能。
2 變頻調(diào)速的設(shè)計
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：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為三相交流異步電機，其轉(zhuǎn)速公式為：
n=60f（1-s）p
式中：n為電機轉(zhuǎn)速（rmin）；f為定子電源頻率（Hz）；s為電機轉(zhuǎn)差率；p為電機極對數(shù)。
由以上公式可知，當電機輸入電源的頻率f改變時，就可以的到不同的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速就是使電機的輸入電源頻率f發(fā)生改變而實現(xiàn)調(diào)速。
2.2 磁力吊各車電機參數(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，但是其卷揚電機和大、小車電機型號有差別，本文以卷揚電機為100 t級別磁力吊為例說明變頻改造設(shè)計，其大、小車和卷揚升降電機均采用變頻調(diào)速，大、小車的調(diào)速改造設(shè)計基本相同，這里只介紹大車和卷揚升降的變頻調(diào)速。
原橋式磁力吊卷揚起升電機容量為55 kW，大車電機型號為22 kW，改造后的磁力吊原有的所有電機均不更換，根據(jù)原有電機參數(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，可選定大車和卷揚升降電機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行操控。
2.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計
由于磁力吊輸入和輸出點數(shù)較少，設(shè)計中我們將不通過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，使給電機輸出不同頻率的電源，從而達到調(diào)速的目的。設(shè)計中將采用四檔變速設(shè)計，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接通，且輸出給電動機的電源為頻率為5 Hz的三相交流電，電動機得電后以緩慢速度運行；當主令控制器置于1檔位置SQ3時，1檔接觸器KA6得電，同時1檔接觸器觸點KA6閉合，變頻器將輸出頻率為15 Hz的三相交流電給電動機，電動機得電后將以1檔速度運行，其他檔位同理。當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)部熱繼電器等保護裝置接通外部故障輸入點使變頻器停止運行并報出相應故障。
3 小結(jié)
橋式磁力吊起重機廣泛應用于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的中，橋式起重機工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，傳統(tǒng)橋式起重機的繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復雜，故障率高，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想，這樣無形中的損失很大。因此，改善起重機控制系統(tǒng)是必要的。而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)維護方便，精度高，且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率，將給大大提升生產(chǎn)效率，因此，本改造設(shè)計的應用價值是相當高的。
