摘要：本文主要介紹橋式起重機的負載特性，以及臺達VE系列變頻器運用在橋式起重機上的技術。
關鍵詞：橋式起重機 變頻器 臺達
1 引言
橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，俗稱天車，廣泛地應用在室內外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構組成。起重小車又由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成，參見圖1。
起重機電動運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；另一類為獨立驅動，即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅動。中小型橋式起重機較多采用制動器、
減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯軸器。
電動運行機構由三個基本獨立的拖動系統組成。①大車拖動系統：拖動整臺起重機順著車間做“橫向”運動（以操作者的坐向為準）。②小車拖動系統：拖動吊鉤及重物順著橋架做“縱向”運動。③吊鉤拖動系統：拖動重物作吊起或放下的上下運動。
相對于提升機構控制，橋式起重機在大車拖動以及小車拖動方面對于變頻器的控制要求比較低，所以本文重點介紹臺達VE系列變頻器在提升機構控制上的應用。提升機構的運轉具有大慣性，四象限運行的特點，與其他傳動機械相比，對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。臺達VE系列變頻器是專為起重機類負載而設計的變頻器，具有如下特點：①具有全程矢量控制。在1HZ的低頻下，即使無速度反饋環節，也能提供150%額定轉矩的啟動力矩。②四象限運行。可配置制動單元，實現四象限運行，而且動態響應好。③恒轉矩特性。在全速范圍內，具有恒轉矩特性。
圖1 橋式起重機結構
2 VE變頻器在提升機構上的應用設計
為了確保設計條件，項目對于臺達VE系列變頻器起重機工程適用性進行實際測試。測試地點為株洲某專業生產起重設備的工廠。測試配置：電機型號為YZR200L-8（繞線電機），功率15Kw，額定數入電壓380V，額定輸入電流34.6A，電機極數8極，額定頻率為50HZ，額定轉速為712rpm，無編碼器。抱閘采取電磁閥方式，使用3相380V電源控制。考慮到以后超負荷運行的可能，以及長期運行的穩定性，選用臺達VFD220V43A-2變頻器做測試。
2.1主電路設計
由于臺達變頻器功率大于11KW型號等級無內置剎車單元，所以選配外置推薦剎車單元VFDB4030一臺。剎車電阻說明書上標配型號為4800W/27.2歐姆，考慮到剎車性能以及天氣炎熱時電阻的散熱性能，剎車電阻規格的選擇原則有兩個方面的依據：等效電阻值保持在推薦最小電阻值，功率選擇為推薦功率的2倍左右。由于手頭上有BR1K5W040(1500W/40歐姆)規格現貨，所以選擇12根BR1K5W040規格的電阻，通過串并聯連接，其等效電阻為30歐姆，等效功率為18KW。實際連接示意圖如圖2所示。VE系列變頻器電氣接線圖參見圖3。
圖2 外置剎車單元VFDB4030電原理圖
圖3 VE系列變頻器電氣接線
2.2變頻器SVC控制方式
無速度傳感器矢量控制（也稱為SVC控制方式，sensorless VC）可以獲得接近閉環控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。與傳統V/Hz控制比較，無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉矩，這在高摩擦與慣性負載的起動中有明顯的優勢。正是由于這些驅動特性，該控制技術已逐漸成為通用恒轉矩驅動應用的選擇。
臺達VE系列變頻器提供SVC控制方式，能夠很好的滿足起重設備上啟動時需要滿負載（甚至是過負載，通常運行時間很短）運行。SVC控制方式從基本原理上講能夠獲得優異的動靜態特性，但是前提是獲得準確地電機參數。VE變頻器涉及到電機的相關參數參見表1。
表1 VE變頻器電機相關參數
2.3 報閘時序控制
在起重設備的應用上，一般都會存在機械抱閘機構，這主要是考慮到安全方面的因素。提升機構在機械抱閘機構抱住之前和松開之后的瞬間，極易發生重物由停止狀態下滑的現象（稱為溜鉤），防止溜鉤是橋式起重機控制系統設計中的安全控制環節。當吊鉤起吊重物停止在半空中時，如果要作上升或者下降動作，變頻器的運行和對機械抱閘機構的控制，這兩者之間的配合就顯得非常重要；配合不好，有可能出現變頻器報警（過載或者過流），也有可能出現重物溜鉤的現象。針對這種現象，臺達VE變頻器專門開發參數來方便調整。使用臺達VE變頻器多功能輸出指令第42號功能就能夠很好的解決這個問題，具體時序圖如圖4所示。
圖4 報閘控制時序
多功能輸出指令42主要用來控制機械抱閘機構的動作，其條件為：實際輸出頻率，實際輸出電流，延遲時間。如果當實際輸出頻率大于02-33設置值，并且當實際輸出電流大于2-32設置值，變頻器開始計時，時間超過2-31設置延遲時間，多功能輸出指令42就動作，打開機械抱閘機構；反之，如果實際輸出頻率小于02-33設置值，或者實際輸出電流小于2-32設置值，多功能輸出指令42就不動作，機械抱閘機構關閉。這樣做能夠有效檢測主吊電機是否勵磁完成，保證起吊貨物的安全性。
除了使用到多功能輸出指令42，如果配合齒隙功能（7-15齒隙加速中斷時間/7-16齒隙加速中斷頻率/7-17齒隙減速中斷時間/7-18齒隙減速中斷頻率），就能夠有效消除機械抱閘松開時的抖動現象，使啟動/停止的速度更加平滑。
2.4 變頻器參數設計
注意：對于05-05無載電流，可以通過幾種方式獲得：1。通過變頻器動態測試電機參數計算出來（電機必須拖開負載運行），但是由于此臺起重設備無法進行動態測試，這種方式不能采用；2。在電機銘牌上獲得；3。在VF模式下空載運行，察看變頻器輸出電流；4。查詢手冊。
作靜態測量。目前VE系列變頻器提供3種電機參數測量方式：①動態測試，此種方式電機測量時電機需要做無載運行；②靜態測試，此種方式需要事先輸入電機無載電流；③靜態測試（電機軸端有機械鎖定）。
電機參數測量完成后，察看電機參數：
由于機械抱閘使用
接觸器控制，接觸器電源為220V，所以采用繼電器控制，選用RA/RC常開觸點。
2.5 負載運行
使用以上參數，進行負載運行。0-50HZ帶6噸載運行時母線電壓的狀態：
（1）不運行狀態。500VDC；上升啟動時電壓480VDC；下降過程中最大電壓730VDC；
（2）帶8噸載運行時輸出電流的狀態。上升啟動時最大電流70A 下降過程中最大電流56A 穩定運行時電流29A。
3 結束語
帶載情況下啟動電流保持在3倍額定電流范圍（VE
變頻器過載電流范圍為額定3倍）以內，能夠提供足夠啟動轉矩；帶載下降過程中最大母線電壓維持在730VDC設定值，保證了變頻器不出現OU報警；2-11=42功能判斷條件采取頻率和電流綜合判斷，保證在帶載情況下不出現溜鉤現象。經過測試能夠滿足項目起重設備長期安全穩定運行的要求。
