要调节异步电动机的转速,可从改变下列3个参数入手:定子绕组的极对数、电动机的转差率和供电电源的频率。改变第1个参数是同步转速,改变第2个参数只能实现在同步转速下的调速,而通过改变供电电源的频率调节电动机的转速,即变频调速,是从恒转矩到恒功率进行全方位的调速,只要设定一个频率就有一个对应的转速。
变频调速能够做到重载低速、轻载高速,使电动机分别工作在不同的恒转矩或恒功率区域。其电控设计以负载工作的实时变化要求为基础进行,因此需要对负载和电动机的特性进行全面的设计和计算。
(1)空载及负载阻力的计算
水平臂塔机吊钩变幅机构一般采用牵引式小车钢丝绳缠绕系统。应用变频器调速依据具体情况分别计算,小车运行分空载与负载2种情况:
空载时的主要参数G (吊具、小车和绳重)是塔机设计时确定的,其产生的阻力是不变的。计算空载阻力时,去掉起吊质量Q,只保留G及相关值,然后汇总即可得出工作机构本身在运行中产生的阻力矩。
负载阻力因起吊质量Q的变化而变化,计算负载阻力时,去掉G保留起吊质量Q及相关值。其中负载最大时的阻力为Fjmax。
只有完成不同负载在不同速度时的计算,才能确定负载是在恒转矩还是在恒功率区域工作。
(2)运行速度的选择
传统设计时,无论是空载还是最大负载,速度与负载基本无关。在选用变频器进行调速时,最大负载时的最高运行速度定为基本速度,这时电动机工作在恒转距范围内。根据性能要求,将机构可以达到速度的最大值定为最高速度,这时电动机工作在恒功率范围内。这样能扩大调速范围,有利于提高工作效率,使变频调速更有意义。
(3)速度多段化的选择
塔机变幅机构大多采用双速、三速或力矩电动机,其速度只有2挡或3挡。在应用变频器进行调速时,选择几段速度合适是一个值得探讨的问题。现在绝大多数的设计依然是3挡,这显然不理想。选择几段速度应根据所选变频器的性能和变幅机构的要求来决定。一般变频器本身都有多段速度的设定,少则8段,多则16段。变幅机构拖动负载的大小决定其对多段速度的要求:对于起吊质量 ≤ 8 t 的变幅机构,选择5~8段既可;对于起吊质量10~16 t的变幅机构,选择8~10段既可;对于起吊质量≥16 t的变幅机构,可以选择更多的速度段。
(4)多段速度的分配
电动机的恒转矩输出要满足最大起吊质量的要求,这是最基本的设计思路。在起吊质量变小或空载时,要提高工作效率必然要提高运行速度,实现恒功率输出,这是应用变频调速的根本原因之一。如果多段速度选择为8段,根据作业需要,必须有一个启动挡(或称就位挡),中间设几个过渡挡。在电动机的恒转矩输出范围内,设定5段比较适宜;在恒功率输出范围内设定3段速度挡,即可基本满足运行要求。
(5)最高速度的确定
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