浅析塔式起重机电机的调速方法

来源：职称驿站所属分类：机电一体化论文发布时间：2012-07-25 09:56:03浏览：次

　　摘要：电机是塔式起重机的众多部件中十分重要的部件，大部分是三相异步绕线式电动机，电气性能和可靠性又是塔机性能的重要组成部分。起重机电气传动的众多要求中，调速是最为重要的，良好的调速性可以使得起动及制动较为平稳、停车准确、运行稳定可靠、变速迅速。
　　关键词：电机；调速；方法
　　内蒙电建一公司做为有着58年历史的企业，发展至今共有大型机械30余台次，绝大部分电气控制系统均采用变频调速和串级调速。电机是塔式起重机的众多部件中十分重要的部件，大部分是三相异步绕线式电动机，电气性能和可靠性又是塔机性能的重要组成部分。起重机电气传动的众多要求中，调速是最为重要的，良好的调速性可以使得起动及制动较为平稳、停车准确、运行稳定可靠、变速迅速。下面我来谈谈起重机的几种调速方式：
　　1.传统起重机调速技术
　　1.1转子电路串联电阻调速的调速电机
　　1.1.1绕线式电机在转子电路中串接变阻器，增加转子电阻，使转子电流减少，转矩也随之下降。当转速下降后，转矩又增大，此时电机便以较前为低的转速稳定运行。转子电路中串接不同电阻，即改变转差率，从而达到调速的目的。
　　1.1.2这种调速方法较简单，且能平滑运行，有一定的调速范围，但存在一些缺点：(a)在串接电阻中有大量电功率损耗；(b)调速性能不好；(c)在轻载或空载情况下．几乎不能调速。所以调速范围不大，不宜在长期低速运转的电气拖动中使用。这种调速电机配合凸轮控制器应用于塔机的较多，往往与电磁调速相结合。
　　1.1.3就目前来说，此类调速方法的电机多用在QM系列龙门吊和MQ系列门座吊上，造价成本低廉，便于维护检修，实际效果好。在施工吊装中速度快、效率高、故障处理的时间短。
　　1.2电磁调速电机
　　1.2.1电磁调速电机也属无级调速，主要是通过电磁离合器来完成，其基本原理都是基于电磁感应现象。当励磁绕组内有直流电通过时，就产生铰链磁通，经过若干爪形磁极交叉形成N、s极，并沿着磁极周围建立空间磁场分布。电枢旋转时，切割磁力线产生涡流，电枢内的涡流与磁场相互作用产生转矩，此转矩的作用使磁极转子与电枢同方向旋转，其转速必须低于电机转速，因为只有当电枢与磁极两转子的速度有差异，电枢和磁极才有相对运动，才能产生转矩。在一定负荷下，励磁绕组内电流大小决定了输出轴转速的高低。励磁电流越大，转速越高，反之则转速越低。
　　1.2.2这种调速电机多用在附臂塔式机的起升、回转机构中应用较多。
　　1.3定子调压调速
　　1.3.1控制速度可通过改变定子电压来改变电动机的转矩，一般来说，起重机吊装作业有着举足轻重的作用，随着建筑施工机械化水平的不断提高，对起重机的制造质量和整机技术水平的要求也越来越高。为了改进其性能，绝大多数厂家采用传统的单电机传动。
　　1.3.2以带涡流制动器的绕线式电机和多极电机调速的方案为主。这些传统的调速方案,要想达到较宽的调速范围,其途径不外乎设计制造大功率、宽调速范围的非标电机。起升机构所需要的较高调速要求不但给电机生产厂商带来了较多的质量控制难题，而且也增加了控制回路和电机的制造成本，降低了系统可靠性。随着用户对起重机的起吊能力要求越来越大，传统控制方式已经越来越感觉到力不从心，不仅是上述技术的可实现性，其制造成本以及使用性能等方面也存在一些问题。
　　1.3.3此类调速控制经常用在我单位DBQ系列的塔式起重机的起升电机上，采用涡流制动器的绕线式电机同轴采用涡流制动，配备直流控制单元给涡流制动器供电。在施工吊装过程中，尤其是精密大件物体就位时，对于司机来讲可操作性强，可控制行程量在5㎝之内。该电路具有简单可操作维护，当涡流控制单元元器件损坏时，可分别更换，维护费用低廉等特点。
　　1.4变频调速
　　1.4.1变频器，即对电机的频率进行控制的电源设备。整流回路直流中间回路逆变换回路交流可变频率可变电压控制回路。变频器的组成主回路由将商用电源整流并变换为直流的整流部、使被整流后的直流电压和电流平滑的直流中间回路部、以及将直流变换为所需频率的交流的逆变部组成。
　　2.起重机常见几种调速方法的浅析
　　2.1塔式起重机的各个工作机构均采用独立驱动的专用电机，其行走、回转、变幅、起升等机构都采用三相异步绕线式电机，如YZ、YZR系列电机。塔机的工作机构需要有适当的调速性能，如起升机构既要有轻载快放速度，又需要重载慢就位速度，以提高作业效率，保证工作安全，并保持调速过程的平缓无冲击。
　　
　　异步电机的转速表达式为：
　　n=no(1一s)
　　=60f1(1—s)／p
　　式中：n—转速；
　　no—电机同步转速，n0=60fl/p；
　　s—电机转差率
　　f1—电源频率；
　　p—定子绕组极对数。
　　2.2要调节异步电机的转速，只能改变下列三种参数即：
　　2.2.1改变定子绕组的极对数p
　　改变定子的极对数，可使异步电机的同步转速n。改变，从而使电机转速得到调节。改变定子的极对数，通常是改变定子绕组联结法，可得到极对数成倍地变化，同步转速也成倍地变化。所以这种调速属于有级调速。改变定子极对数还可以在定子上装上两组独立的绕组，各联结成不同的极对数。如将这两种方法配合，则可得更多的调速级数，但以采用一组独立绕组的变极调速比较经济。变极调速的电机一般称为多速异步电机。双速鼠笼电机就是在定子上装有两种不同级数的线圈，采用主令控制器控制，分别按照不同级数的定子线圈使电机以不同转数运行，从而得到几种工作速度。许多中、小型塔机的小车牵引机构就采用这种电机调速方法。
　　2.2.2改变供电电源的频率
　　当转差率变化不大时，电机转速正比于电源频率^，故可通过可控硅变频装置改变电源频率来调节电机的转速。采用变频调速，可以得到很大的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性，为无级调速，能适应不同负载的要求，尤其是低速时特性的静差率较高。在几种调速方式中，变频调速是塔机最理想的调速方式。变频调速根据负载的性质分为恒转矩调速和恒功率调速。我们知道，塔机负载的性质是恒转矩，吊重所产生的力矩总是由主拖动电机的转矩相平衡，就是说，电机的输出转矩反映了负载力矩的大小。电机输出转矩完全可以通过必要的电量检测而计算得到，将检测信号加上操作指令和保护信号，通过可编程控制器确定变频器的输出频率．以自动改变吊钩的速度，轻载时可将吊钩速度提高一倍。因此，变频调速是最有发展前途的一种方法。
　　2.2.3改变电机的转差率s
　　改变电机的转差率来改变电机转速的方法称为能耗转差的调速方法，可分为转子电路串联电阻调速、改变定子电压调速、滑差电机(又称为电磁调速异步电机)、串级调速及脉冲调速等。当前应用于塔机上常见的有转子电路串联电阻调速和电磁调速两种。对于中等以上功率的绕线转子异步电机，晶闸管串级调速性能优异，最有发展前途，不过目前在塔机上应用很少。
　　目前，变频调速系统已逐步推广并应用于大型塔式起重机上，但由于必须有专用的变频电源，价格昂贵，结构较复杂，且存在低速段电机过载倍数低的缺点，因此还未应用于中、小型起重机上。考虑到成本的因素，绝大多数塔式起重机上，也只有主副钩采用变频控制技术。不过相信随着半导体变流技术的不断发展，一些简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速线路将从根本上解决这些问题。总之，随着调速技术的日臻完善，塔式起重机电机的调速将朝着更经济、性能更优异的方向发展，变频调速、晶闸管串级调速、晶闸管交流调压调速等先进的调速方法将得到更广泛的应用。