行 车(抓斗)变 频 遥控改 造
技 术 说 明



 










西安永胜起重电器厂
中国•西安
一、公司简介
西安永胜起重电器厂位于古城西安，是西北地区销售起重电器和改造起重机的专业单位，同时也承接各类大型电气自动化改造项目。公司以精湛的技术、可靠的质量、优质的服务为国家的许多重点工程项目中关键设备提供了可靠的自动化改造，如为三峡工程生产大型变压器的西变集团的35吨卧绕技术改造、中国核工业405所的卫星二维塔架控制系统改造以及众多生产型企业中龙门刨床控制系统全数字化改造、起重机变频改造……
在改革开放的今天，“永胜”人将借助西部开发的强劲东风，为广大用户提供更为优质的产品及最佳的服务。公司技术力量雄厚、装备精良、检测手段先进、现代化管理体制、股份制的经营运作、完善的质量保证体系，为树立“永胜”品牌形象打下坚实的基础。
公司积极吸收世界先进的技术。代理了台湾禹鼎电子股份有限公司合作，成为该公司工业遥控器大陆代理商。公司在起重机修理、改造中又同法国施耐德电气公司合作，设计、改造了多台大吨位、多功能、控制复杂的起重机，并同施耐德公司达成协议——在中国合作并进行大吨位起重机改造项目。
     科学技术是第一生产力。公司人员积极学习禹鼎的先进技术及法国施耐德最新电气产品（变频器、PLC、等），在消化吸收的基础上，研究开发了具有本公司自主知识产权的一系列新产品——遥控变频起重机、变频抓斗起重机、多功能起重机、全自动立体仓库、升降机、货运电梯等，并广泛用于各行各业，为国家节约大量的外汇资源，且品质达到国际同类产品。
   “优良的品质，先进的技术，最佳的服务，一流的信誉”是我们“永胜”人生存发展的准则。

二、工程简介
行车的电气传动系统由提升电机、大、小车电机组成，一般均为交流绕线式电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。由于振动大，操作频繁，冲击电流大，所以接触器的触头烧损，碳刷冒火，电机以及转子所串电阻烧坏、断裂故障时有发生。造成维修量大，维修成本高（直接和间接）。而且转子串电阻调速机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。因此，要从根本上解决行车故障率高的问题，只有彻底改变绕线型电机转子串电阻的调速方式。变频调速器其优越的调速性能，完善的保护功能为行车的传动系统提供了有利的条件。
行车控制系统变频改造成功的基本标准首先是系统可靠性要高，无故障,维护保养费用要很低；其次，改造后行车的工作效率不能降低；第三，改造后抓斗行车的操作方式和习惯要保持和改造前一致。行车变频控制采用矢量控制方式，其原理特点是利用现代电子技术的优势使异步电动机具有与直流电动机相同的转矩生成机理，将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分，即产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流），此磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。变频器矢量控制就是将定子电流分量分解成磁场电流和与之相位相垂直的转矩电流，两者互不干涉，按指令分别进行独立控制获得和直流电动机类似的控制性能。
    近几年来，由于科技的飞速发展，成本逐渐下降，变频器在起重领域得到广泛的应用，目前行车变频改造主要采用国外专用电器公司（例如：西门子，ABB，施耐德，安川，艾默生等）生产的高性能矢量控制变频器。此类型系列变频器具有可靠品质，多功能，低噪音等优点。通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现了转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行，具有电机参数自动调谐，零伺服控制，速度控制和转矩控制在线切换，转速跟踪，内置PLC，内置PID控制器，编码器和给定及反馈信号断线监测切换，掉载保护，故障信号追忆，故障自动重起，内置制动单元，内置PG接口，多种故障监控，丰富的I/O端子和多达十种的速度设定方式，能满足各类负荷对传动控制的需求。键盘由LED显示运行数据和故障代码，LCD显示多种语言状态信息和操作说明，并能进行参数的上传和下传复写功能；功能强大的后台调试监控软件可通过内置的RS485接口组网监控运行；通过数据总线适配器可以接入符合国际标准现场总线控制系统。紧凑的结构，可灵活安装；按照国际标准进行设计和测试，保证产品的可靠性；丰富的选配件，供您进行多种配制选择。变频改造后，节电量不小于25%，启动电流小免维护，速度任意设定，超低速起吊重物。
变频调速技术在行车上时应用作到以下几点:
 低频时能保证恒转矩输出,以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象;
  满负载时在空中制动停车或再提升时, 不产生溜钩现象;
  电动机减速或重载下放时, 再生制动能量必须迅速释放.
  实现恒转矩调速和恒功率调速, 轻、空载起升速度提高一倍。
 
（西北有色金属研究院实景拍摄）

变频调速技术在行车上应用具有以下优点:
（1）变频系统与常规电气控制方案相比, 省去了电动机转子侧的大功率电阻、加速接触器和电动机正反转交流接触器,降低维护量90%以上，延长电机寿命
（2）多段速调速控制可实现安全、精确和有效的起重机操作。利用多段速调速控制，操作方式与原有的一致
（3）采用变频控制是电气制动与机械制动相结合，制动平稳、可靠。保护负载不受损伤，且减少了部件及结构的磨损和机械应力。采用矢量控制闭环方式，0Hz时起升电机也能以额定转矩输出. 实现零速抱闸，可以全速受控，减少抱闸闭合时的振动及抱闸磨损
（4）加减速平滑，使振动和冲击变小，同时减小了负载的晃动，提高了安全性能。无需采用机械变速装置，利用变频调速50Hz以上恒功率调速方式即可将空钩及轻载工况的起升速度提高一倍，类似于直流电机的弱磁升速方式，可大大提高生产率.
（5）电机加减速时间可调整，可实现系统的软启动，软停止，速度变化平滑，运行平稳，低速性能稳定.起动电流小。变频在低频起动，最大不超过电动机额定电流的100%-150%，频繁起动和停止时，电机热耗减小，延长电机寿命。对电网容量的影响也大大减少。
（6）在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象。
（7）变频器在磁通优化下，电机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时降低电机的噪音。通过磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1%-10%。
（8）超群的响应性。配备模型追踪控制（前馈控制），用带PG独自的高速电流矢量控制，即使负载剧激变化也能迅速地跟踪。
（9）矢量控制变频器在开环时大于0.8%s,闭环时为0.3%s。变频器的静态精度为0.01%。（10）变频器的危险速度段设置可使电机避免在某一速度或某一速度范围上运行。可以设置5个不同的速度点和速度范围，电机通过危险速度范围时按照加速或减速积分曲线加速或减速。
（11）能满足起升机构对调速硬度、低频转矩特性及四象限运行的要求;可以长时期低速运行;能有效的防止重载空中溜钩现象.超群的力矩特性。通过观察仪可以观察到公认的低速力矩特性：PG矢量控制从零速开始输出150%高力矩运行。这可使起重机在低速下平稳启动。在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象。
（12） 配用PLC后，控制柜体积大为减少，元件少，若和变频器之间采用通信方式，则无需使用PLC I/O接口及变频器输入端子。
（13） 行车卷扬是位能负载，其一是电动机频繁起动，且经常处于高滑差状态运行，滑差功率白白地消耗在二次电阻上;其二是重物被电动机驱动到高空，电能转换成重物的位能。重物从高空下降的过程中这些位能几乎全部消耗在电动机的二次电阻上了。其单机容量不一定很大，不十分引人注目。但是，它的电能损耗与其自身容量相比是相当高的。采用变频调速，重物以任何速度下降时，电动机都以"超同步"方式运行，重物的位能被电动机转换成电能回送电网，没有二次电阻耗能的问题，节能可达30%左右。如果是作业率高的生产用行车，其节能效益更是可观。 
遥控改造(选配)                   
遥控器采用台湾禹鼎公司的工业专用遥控器，本产品具有高频段抗干扰耐高温抗腐蚀的性能。在保持原操作系统不变的情况下，增加了可遥控的特点，可保证200米范围内不受干扰连续制。遥控器可外设或内置转换开关保证独立操作互不干扰，可靠安全性得到进一步提升。





接收装置
三、改造方案
变频机构为满足行车主起升机构负重平稳运行，必须采用高力矩矢量