橋式起重機是我國國民經濟發展必不可少的設備，是大型制造業制造車間中重要的起重設備。在橋式起重機控制中，對設備運行平穩、安全可靠要求很高。

本文主要介紹了海浦蒙特HD30系列變頻器及HDRU系列能量回饋單元在20噸橋式起重機上的成功應用，以及通過四象限變頻技術實現節能的成功解決方案。

1 橋式起重機系統特點

橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備。由于它的兩端坐落在高大的水泥柱或者金屬支架上形狀似橋，區別與其他起重設備故稱為橋式起重機。

橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。它是使用范圍最廣、數量最多的一種起重機械。

橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構（大車）、橋架金屬結構組成。

起重小車由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物；小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構。

大車在高架軌道上運行由橋架兩側兩個電機驅動，實現縱向移動；小車在橋臂上運動由單獨一臺電機驅動，實現橫向移動；提升機構安裝在小車上，由單獨一臺電機驅動，實現垂直方向運動。三組電機可以通過控制室分別實現方向的切換和加減速運行。

橋式起重機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；另一類為分別驅動，即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅動。現場為20噸的橋式起重機，均采用分別驅動方式，動力配置如表1所示。

表1  橋式起重機動力配置關系

控制室通過控制手柄把模擬量速度信號傳送至PLC系統；經PLC系統處理后輸出至變頻器；變頻器根據PLC系統的運行命令及頻率參數驅動電機運行；同時PLC系統控制電磁制動器開閉剎，完成動力控制。

2 應用解決方案

2.1 系統配置

現場共四臺交流電機：兩臺5.5kW大車驅動電機、一臺4kW小車驅動電機、一臺22kW提升電機。

大車行駛驅動電機驅動大車在高架軌道上運行，其特點是跨度大、行駛距離長。為保證其長距離運行不傾斜，選用18kW的變頻器（HD30-4T018G，V/f控制方式）驅動兩臺5.5kW電機。排除電機滑差及驅動輪與軌道的壓力影響外，兩臺電機運行速度基本一致；

小車行駛驅動電機驅動小車在橋臂上運行，軌道跨度小，選用5.5kW變頻器（HD30-4T5P5G，V/f控制方式）驅動一臺4kW交流電機；

小車提升電機是整個系統中最關鍵的電機，要完成20噸工件的提升動作。選用37kW變頻器（HD30-4T037G，矢量控制方式）驅動一臺22kW提升電機。

電機及變頻器配套關系如表2所示。

表2  電機與變頻器配套關系

橋式起重機整個控制系統由控制室操作面板、PLC控制系統、變頻器驅動系統、電機系統和制動系統組成。PLC協調處理控制系統的輸入輸出命令，控制室操作面板輸出的運動方向、速度信號經過PLC處理后控制相應變頻器運行。變頻器同時反饋運行信號至PLC，PLC判斷變頻器運行信號和輸出頻率，控制電磁制動器打開抱閘。相應的電機輸出動力。整個系統控制如圖1所示。

2.3 控制信號配線

大車、小車驅動變頻器驅動采用V/f控制方式運行，PLC控制系統給定運行方向命令、模擬量速度給定以及故障復位命令，變頻器反饋PLC變頻器運行狀態信號。

配線圖如圖2所示，參數設置見表3。

提升變頻器驅動電機為大慣量負載，其提升轉矩要求很高。在抱閘松開瞬間負載最大，此時電機仍處在零速狀態下。HD30采用無PG矢量控制，起動轉矩在0.5Hz可達180%額定轉矩，能滿足提升工況需求，保證提升系統無溜鉤現象。

提升機在下放工件（負載）時，在工件拖動下交流電機變成發電機，導致直流母線電壓升高。在常規變頻系統中會采用制動單元及制動電阻消耗直流母線上超出的電壓，以保證變頻器正常運行，而此處選用海浦蒙特HDRU-4T075能量回饋單元。能量回饋單元不僅可以節省制動單元與制動電阻的成本，更重要的是可以把直流母線上超出的電量逆變為工頻交流電回饋到電網中，從而實現節能。

提升變頻器（含HDRU）配線圖如圖3所示，參數設置見表4。

2.4 參數設置

表3  大車、小車驅動變頻器參數設置

2.5 調試步驟

大車驅動變頻器調試

大車是一臺變頻器帶兩臺電機，調試時需先設置好最高運行頻率、加減速時間以及頻率給定通道，然后單臺進行點動實驗分別確認兩臺電機的正確接線順序。這樣才能避免兩臺電機方向相反而出現故障。

小車驅動變頻器調試

小車調試主要對電機最高運行頻率、加減速時間以及頻率給定通道進行設置，試機時還要注意控制桿指示方向與電機運行方向是否吻合，否則需要對變頻器運行方向進行設置。

提升驅動變頻器調試

提升驅動變頻器采用的是矢量控制，因此需要先按照電機銘牌參數設置好變頻器中電機參數信息。然后需要進行空轉自整定，這樣能達到優越的矢量控制?，F場調試表明，空轉自整定要效果要明顯優于靜止自整定效果。

能量回饋單元安裝簡單，將輸入(+)(-)分別與變頻器直流母線(+)(-)相連，輸出L1、L2、L3端子接工頻電網。設置回饋電壓為670V，其他參數為出廠值。在提升負載下放時能量回饋單元把直流母線上超出的電壓逆變為工頻交流電回饋電網，保持變頻器直流母線電壓維持在安全的670V內。

2.6 實際效果

整個方案接線精簡，控制簡易。試機操作提升15噸鋼件時，提升力矩充足，尤其在高速運行時性能平穩；下放鋼件時能量回饋單元平均回饋電流在30A左右，節能效果顯著；同時，在水平方向的移動平滑，運動中加減速性能優異。

整個調試過程無過流、過壓等故障出現，機器性能得到客戶及行車設備商的充分認可。特別是能量回饋單元的引入，把原本消耗在制動電阻上的能量變成交流電反饋電網，降低了起重機的能量消耗，得到了客戶的極好贊賞。

3 結束語

采用變頻控制技術實現橋式起重機的電機控制，改善了系統的控制性能、提高了控制精度和安全性。在提升方向上配備“變頻器+能量回饋單元”實現了行業中技術先進的四象限變頻技術，在提升設備節能方向上有很好的推廣意義。