1 方案概述
橋式起重機是工礦企業(yè)中應用十分廣泛的一種起重機械，我廠高爐車間16/3.2噸橋式起重機，使用頻繁，環(huán)境惡劣，高溫、金屬粉塵過多。橋式起重機電力拖動系統多采用繞線式交流異步電機，轉子回路內串入多段外接電阻調速，采用凸輪控制器、繼電器、接觸器控制。這種控制系統主要缺點是:
1）大車、小車、吊鉤主升降、付起升；拖動運行系統采用變阻調速，運行性能差，而且電阻元件使用普通康銅材質，性脆易斷裂，故電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生，又制成柵狀，高溫時易彎曲變形造成短路事故，電纜燃燒和損壞。
2）電機轉子串電阻調速屬能耗型轉差調速，能耗大，機械特性軟，調速范圍小，平滑性差。
3）由于現場環(huán)境中的金屬粉塵、有害氣體對電動機集電環(huán)、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器、接觸器控制系統切換頻繁，起動時，沖擊電流大，因此觸頭燒損、電刷冒火、電動機燒損故障時有發(fā)生，故障率高。
4）調速平滑性差，對減速機、連軸器、鋼絲繩的機械沖擊大，影響使用壽命。
5）系統抱閘是在運動狀態(tài)下進行的，對制動器損害很大，閘皮磨損嚴重而引起的安全隱患。
隨著電力電子技術的飛快發(fā)展和軟件技術的成熟，變頻器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此，在橋式起重機上應用變頻調速技術，可實現橋式起重機的升降，小車和大車機構的無級調速，從而極大地提高了系統運行的安全性和精確性。
2 變頻調速改造方案
對擔負我廠（16/3.2t 橋式起重機）的大、小車電力拖動系統，吊鉤升降、電力拖動系統進行變頻調速技術改造，以改善其操作性能、降低故障率能耗率。橋式起重機的電氣傳動系統工作原理如下。
2.1 變頻調速改造方案設計
16/3.2噸橋式起重機的電氣傳動系統為：大車電動機2 臺，額定功率2×7.5 kW；小車電動機1 臺，額定功率4 KW ；主起升電動機1臺，額定功率37kW；付起升電動機1臺，額定功率15KW；改造的具體設計方案是:
1）電動機采用原有的，即大車的繞線式異步電動機，其他的繞線式異步電動機保持不變。
2）用4臺變頻器來控制5 臺電機，實現重載啟動與變頻調速， 3）電氣控制系統中、原各電氣控制柜和繼電器、接觸器一律取消，更換為新電氣控制柜，控制柜采用封閉式另加散熱風扇、空氣過濾器，是用來防護粉塵對電氣元件的危害。變頻器采用的是日本安川CIMR-HB4A(H1000)、CIMR-HB4AH1000 MR-AB4A(A1000)、CIMR-AB4A(A1000)系列起重專用變頻器。
4）調速方式采用具有矢量控制功能的變頻調速系統，轉速采用起重機專用
電位器調速控制器控制。
5）制動方式采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方式。運行（重物下降）時，采取在變頻器直流回路內接入制動電阻的方式消耗掉再生的電能，把運行的大、小車和吊鉤迅速而準確地停止?。ㄋ俳禐?）。吊鉤作業(yè)時，常常有將重物在半空中停留一段時間的現象（如重物在空中平移或突然停電時），變頻調速系統雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾（如平移時常出現斷電），可靠性差。因此，還必須同時采取電磁制動器進行機械制動以配合可靠完成作業(yè)。
6、由于繞線式異步電動機散熱風扇是一體的，在低頻率速運轉時達不到散熱效果，所以要在每臺電動機上加一臺單控制的微型軸流風機，完善地達到散熱效果。避免電動機長時間低轉速所產生的高溫現象。
2.2 電氣工作原理
1）系統的控制指令，由司機室聯動臺專用主令電位控制器Ks、給出，控制變頻指令：上升、下降、加速、減速，平滑調速。吊鉤升降、機構制動打開由變頻器輸出繼電器驅動制動器控制接觸器Cs、使制動器、微型軸流風機動作。
2 變頻器有短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護功能和故障自診斷及顯示報警功能。當變頻器出現短路、過流等故障時，變頻器給出故障信號，并停止輸出，切斷變頻器電源，控制制動器抱閘，并發(fā)出報警信號。
吊鉤升降、機構除了變頻器內部有保護功能外，還設置了線路保護：
（1）零位保護，由主令控制器零位觸點實現此功能；
（2）限位保護，由高度限制器實現；
（3）線路設有低壓斷路器作為短路保護。
1）小車運行機構電氣拖動系統小車運行機構由一臺變頻電機驅動，采用1 臺變頻器控制，系統控制方法與起升機構電氣傳動系統類似。
2）大車運行機構電氣拖動系統大車運行機構由兩臺變頻電機驅動，采用1臺變頻器控制，系統控制方法與小車運行機構電氣傳動系統類似。
3.1 變頻器的選擇
變頻器采用日本安川H1000、A1000、系列起重專用變頻器。
3.1.1變頻器控制方式的選擇
由于起重機機構多為恒轉矩負載，故選用帶低速轉矩提升功能的電壓型變頻器。
平移機構慣量較大，負載變化相對小，屬于阻力性負載，故大車、小車選用U/f 開環(huán)控制方式的安川A1000 型變頻器；起升機構慣量較小，負載變化大，屬于位能性負載，為獲得快速的動態(tài)響應，實現對轉矩的快速調節(jié)，獲得理想的動態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，主付升降選用安川H1000、型變頻器，采用閉環(huán)矢量控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機械特性。
3.1.2 變頻器容量的選擇
變頻器容量的選擇是以電動機的額定功率為依據的。由于繞線轉子異步電動機與通用或其它異步電動機相比，其繞組的阻抗較小，因此使用變頻器調速時應考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動機，繞線轉子異步電動機額定電流往往較大，所以選擇時應考慮一定余量。雖然起重機升降機構的轉動慣量很小，加速時間較短，但考慮到電網電壓波動的因素，以及安全勞動部門對起重機1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機構電動機的變頻器容量。大車、小車運行機構屬于大慣量負載，其加減時間一般不超過20 s，變頻器的短時過載能力為150％，不同的加速時間對變頻器容量的計算不同，當加速時間>2 min時，變頻器功率選擇應放大些，以此來選擇大車、小車運行機構電動機的變頻器容量。
3.1.3 制動單元和制動電阻的選擇
當電動機處于反接制動或再生制動狀態(tài)，變頻器內直流電路儲能電容兩端的電壓將升高，為避免電壓過高而使直流過壓保護動作，必須將這部分能量回饋至電網或增設制動單元及制動電阻以釋放這部分能量。廠商提供與變頻器容量相配套的標準外接制動單元。大車、小車、主付升、降，制動單元均選用日本安川H1000 型與A1000型變頻器容量相配套的標準外接制動單元。大車、小車、主付升、降、制動電阻均選用國產、變頻器專用制動電阻器。
1）變頻器運行、停止控制；
2）控制制動器，保證電動機停止時能夠及時制動，既不提前，也不延后；
3）升降變頻器控制方式切換；
4）電氣閉鎖保護控制；
5）任何時刻斷電，系統將會立即停止運行，制動器制動。
4 系統控制要點
橋式起重機拖動系統的控制包括：大車的左、右行及速度擋；小車的前、后行及速度擋；吊鉤的主、付，升、降，及調速等，這些都可以通過變頻器進行無觸點控制。橋式起重機控制系統中需要引起注意的是關于防止溜鉤的控制，在電磁制動器抱住之前和松開后的瞬間，極易發(fā)生重物由于停止狀態(tài)下滑而產生溜鉤現象。在這個問題上，主要用變頻器運行參數設置與變頻器的制動單元、制動電阻和液壓制動器的配合而達到完美的效果。
4.2 起吊重物升降控制要點
4.3 自動轉矩提升設置
自動轉矩提升設置，在調試過程中適當地提高中頻電壓可以改善低頻特性，從而提高啟動轉矩；提高零頻電壓可以加大直流強勵磁，使電機保持足夠大的轉矩防止溜鉤。
吊車使用完畢后，應將主令控制器放置零位，30 s后按下停止按鈕，斷開主電源，關閉風機及照明電源開關，確認斷電后，鎖好操作室門方可離開。
5 變頻器功能參數的設置
橋式起重機各傳動機構改造采用的日本安川H1000和A1000系列變頻器的功能參數設置。
6 改造后的應用效果；改造效果主要表現為：
1）橋式起重機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準確，減少了負載波動，安全性大幅提高。
2）系統運行的開關器件實現了無觸點化，具有半永久性的壽命。
3）由于電動機啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長。
4）電磁制動器在低速時動作,其閘皮的磨損很小，使用壽命延長。
5）降低了對電網的沖擊。
6）節(jié)約能源，變頻調速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機運行電流小。以本案來講，節(jié)能可達30%左右。在生產工況相同的情況下電耗和維修費用比改制前節(jié)能20%左右。
通過技術改造，不僅提高了橋式起重設備安全運行時間，也使工作勞動維修強度維修成本大幅降低，因此，變頻調速技術在橋式起重機上的應用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。