浅谈如何保障变频调速在天车系统中的稳定运行

摘 要：本文介绍了天车系统的工作原理和应用环境，详细阐述了如何保障变频调速系统在天车系统中运行的稳定性。

关 键词： 天车功能 变频调速稳定性

中图分类号： U264.91文献标识码： A

一、天车系统简述

1)天车简介

天车（又称桥式起重机）是桥架在高架轨道上运行的起重机械。天车的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

天车广泛地应用于室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。普通天车一般由行走大车、起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。

提升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。

2)调速系统的更新换代

现在我们常见的小吨位天车一般都使用增减转子绕阻来控制电机速度（通常称为切电阻调速），为使达到调节电机速度的目的，常常采用大量的组合式电阻箱。不仅占用大量的有限空间，而且存在散热差、易损坏、连接复杂等许多缺点。而变频器控制电机调速相对于切电阻调速来说接线简单、输出功率大、故障点少，不会出现因烧电阻而影响天车正常使用的情况，对电机速度的控制也比电阻控制的圆滑平稳。由于现代工业技术的不断发展和节约能源的迫切需要，各种工业设备容量不断增大，使得对应的吊装天车也随之变大，现在已经出现了400吨以上的大型天车。而400吨的主勾，如果采用切电阻调速装置，我们大约需要一栋楼房大小的电阻箱，这显然是不实际的，但是采用了合适的变频器组后，在狭小的天车空间里我们就能实现对大吨位吊装设备的精确控制。因此，普及以变频装置调速的大型天车是生产发展过程中的必然结果。而大型天车的缺点也十分明显，那就是前期成本较高且一旦故障维修不易。因此，提高大吨位天车的可靠性，降低变频调速系统的故障率势在必行。

二、提高天车系统中变频调速装置的可靠性

如何提高大型天车中变频器的可靠性，主要从以下三方面来讨论:

1）人为因素

安装人员方面：大型天车变频器通常采用PLC控制来代替传统的低压电器控制不但提高了运行效率，而且大大减少了因低压原件损坏导致的故障维修次数。但是，集中控制也变相提高了天车安装工作的要求。首先，数字量和模拟量的控制电缆需要和动力电缆保持足够的距离，一般情况下需要走不同的电缆桥架，避免电磁干扰影响信号精度；其次，天车内盘柜应有绝对可靠的保护接地，防止因感应电烧毁信号模块。

操作人员方面：由于现阶段切电阻调速天车使用率仍然很高，绝大多数操作人员并不熟悉变频天车的使用方法，换了变频的仍按以前切电阻的操作过程来使用，导致变频过载报警停机。频繁的变频复位不但影响施工生产，还对变频硬件寿命造成损害。因此在大型变频天车不断普及的过程中，应把天车操作人员的新技术培训提到首要位置来。

2)硬件保障

以曹妃甸首钢300T转炉工程为例，该车间配备的480T天车系统使用西门子变频器来驱动电机运行。首先，变频器采用“交-直-交”直接变频主电路，电路结构简单可靠，应用了较少的功率单元组合电路，避免了功率单元和电力电子器件的大量串联，防止串联系统的失效率变大，增涨了装置的平均寿命。通过绝缘检测，确定变频器中选用的电力电子模块的耐压额定值有充分的裕度。通俗来讲：“功率模块充分降额使用可惜换来装置可靠性的提高；反之，所选功率模块参数接近计算值，没有足够的余量，常常会造成变频器的意外损坏。其次，变频器的结构设计中应保证有充分的通风量和冷却措施。保证在允许最高温度下运行。功率模块的冷却方式有风冷、水冷和热管技术等。不论何种方式，均需将整流单元和变流装置损耗产生的热量带出，保持变频工作状态温度正常。应注意的是，新鲜的冷空气应由变频器底部向上运动，最后从顶部排出，不允许风流逆向。变频器底部的滤网应及时清理不允许拆除。以防止灰尘油污等杂质进入设备。

3）环境因素和维护保养

虽然选用了高质量的变频器，并且各项参数匹配也正确无误。但是如果我们希望获得长周期安全稳定的运行，还应有一个良好的运行环境以及做好设备维护保养。几乎所有变频器说明书都说可以在温度0-40℃，相对湿度≤95%环境下工作。但是，为了变频器更有利的运行，希望变频器置于空气调节环境里，温度控制在25±3℃，相对湿度≤70%-75%。实践证明，置于空调环境下变频器的故障几率要比没有空调环境变频器少的多，系统可靠性也增加很多。因为天车变频器一般置于车仓这样一个相对的密闭空间中，所以变频器的空调最好采用独立专用空调，避免把外部空气中的油污、灰尘和腐蚀性气体等带入变频器柜内，引起电子元件和集成电路的损坏。另外，有些天车安装地点处于沿海潮湿或是盐雾等腐蚀气体环境，还应有防潮防腐蚀等措施。例如为了防止因检修等原因停机几天或一段时间吼，变频柜内受潮绝缘下降，影响顺利起车，我们应该在变频柜下端加装低压电加热器等防潮设备，确保变频器一直处于较干燥的环境当中。

其实变频调速系统的可靠性是和运行环境密切相关的，运行环境不仅是工作环境，还包括维护环境。主动维护比被动维护的系统更可靠，了解系统的比一知半解的维护更可靠。如果维护人员对变频调速系统很了解，且愿意主动维护系统，变频调速也很可靠。当然前提是系统设计是可靠的、完善的。日常运行巡检应主要检查运行过程中有无异常现象。例如冷却系统异常、过热、异味、异声等。长时间运行的变频器进行断电维护时，除了清扫和紧固螺丝外，重点注意的地方还有：

a.电容器是否变形漏液，电路板有无腐蚀变色。

b.冷却风扇及滤网清理。长时间运行后，风扇轴承应注意加油保养。

c.检查插接端子等易松脱部位

4）合理应用和参数匹配

根据配置的负荷要求和电动机规格参数，正确选择变频器形式及容量匹配可有效提高整体调速系统的稳定性。如果单有变频器本体的高可靠性，而选型和容量匹配不当，组成的调速系统也不可能达到较高的可靠性，甚至出现设备和人身安全隐患。为此，我们应首先根据负荷性质，正确选用变频器的型号，而天车系统一般选用的变频器为平方转矩型或通用型。型号确定后，根据对应的电动机铭牌资料来匹配变频器的容量。

一般来说，PEINV≥PEmotor(KW)

IEINV≥IEmotor(A)

之所以提出匹配电流这个参数，是因为电力电子模块的功耗与变频装置的输入电压的大小没有直接关系。而变频器的输入功率是它与输出电压和输出电流之积成正比。实践中往往发生输出电流超载，但输出功率并未超载的情况，结果造成功率模块烧毁的故障。因此应重点考虑电流指标。

三、结束语

推广和采用变频调速系统，一个是生产上的要求，提高产量和质量；另一个是对应电动机调速功能，使天车运行过程更可靠稳定。

提高变频调速系统的稳定性和可靠性非常关键，一方面把好产品质量和选型这一关，另一方面日常巡检维护和操作人员的素质提升也同样重要。

变频调速系统的稳定运行，减少了天车的故障次数和维修时间，在保障施工生产的顺利进行过程中起到了重要作用。