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迈凯诺KE300A变频器在卷扬机上的应用

一、概述

卷扬机又叫绞车，由人们或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。垂直提升、水平或倾斜拽引重物的单起重机械。分手动和电动两种。

电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大，工作繁忙的情况下，要求调速性能好，特别要空钩能快速下降。对安装就位或敏感的物料，要能以微动速度下降。

二、传统卷扬机的控制方式

传统的调速方法：采用绕线转子异步电动机，通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻，由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。例如：绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等。

随着工业生产对卷扬机设备调速性能要求的不断提高，常用传统的卷扬机设备调速方法，其共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能满足工业生产的特殊要求。

三、传统卷扬机控制存在的问题

1、串联电阻调速，其调速变化呈跳跃状，在加减速运行阶段均受到冲击力作用，设备易损坏，钢丝绳易疲劳，导致维修量大，检修费用增加。

2、串联电阻调速范围小，减速后停车时仍有较高转速，对制动器和限位开关的调整精度要求高，且容易发生越位及掉道事故而影响生产。

3、串联电阻调速，在起动及减速时，大部分电能消耗在电阻器上;当电动机在电压下降时，力矩下降，转差率增大，严重时，无法启动，易于生产事故。

4、能耗高，低速机械特性软，因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的，并且转速越低，机械特性越软，消耗在电阻中能量比例越大，极不经济，而且电网电压的高低对速度影响很大。

附表：转子串电阻调速与变频调速的比较

序号	项目	转子串电阻调速	变频器调速
1	加、减速时间	加、加速时间随负载变化而变化，容易产生减速段超速，过卷等问题。	加、减速时间不随负载变化，提高了生产效率。
2	机械冲击	加、减速时机械冲击大，爬行时机械冲击大。	运行平稳，无机械冲击
3	电网冲击	启动时对电网冲击大，为额定电流的3-5倍、在减速和爬行段也对电网冲击大。	启动时输出电流为额定电流的1.2倍左右，在等速段、减速段和爬行段无输出电冲击。
4	低速爬行	低速爬行主要靠抱闸控制，不稳定	低速爬行稳定，可以在0.1M/S的低速平稳运行
5	系统节能	不节能，电阻上的转差功率耗能很大。	节能明显，一般在20%-40%以上。
6	闸瓦磨损	抱闸频繁，抱闸磨损严重，灰尘大。	抱闸磨损小，减少灰尘，值班环境好
7	启动力矩	力矩小	力矩大，可达到额定力矩的2倍。

四、KE300A变频器卷扬机控制方案

KE300A变频器采用领先的矢量控制算法，把电机定子电流按坐标变换分解为转矩电流分量和励磁电流分量，从而实现精确的转矩控制。与V/F控制算法相比具有低频力矩特性好，动态响应特性好，速度控制精度高等优点。

当变频器有0.50Hz输出时即有180%以上的高起动转矩，保证悬空起动及低速运转时的电机力矩，并可在 1:50的速度范围内（1～50Hz）以100%转矩连续运行。速度调速偏差小于±1%。并利用一个高速微处理器和最新一代DSP来提高响应速度，在提升设备中对防止“滑落”很有效果，转矩响应时间约0.1秒便可达到150%的转矩。下落时，变频器将受到较高电势的能量释放过程，为保证变频器不过压跳闸不被击坏，需增设能耗制动单元来保证变频器的正常工作。进行制动时制动电阻与电机内部的有功损耗部分结合成制动转矩。

1）传统控制的变频改造

1、短接绕线电机转子绕组，取消原串电阻调速方案；也可设计切换回路，将原串电阻调速方案作为备用方案。

2、将电机抱闸系统独立供电，由变频器辅助控制。

3、将原调速装置改造，使其可以控制变频器速度。

4、将变频器故障保护信号串入安全回路。

该方案改造简单设备投资少，可以很好的利用原控制系统，且不改变操作工人的操作习惯。它适合控制系统较完善的卷扬机系统变频改造。

KE300A变频器在卷杨机上的应用图片A.jpg

2）成套卷扬机变频控制系统

1、采用KE300A变频器作为调速系统核心，采用PLC作为控制系统核心。

2、根据配置不同可设计多种保护。且可按需要灵活定制控制系统。

根据卷扬机工艺控制要求及信号系统发出的信号指示，控制卷扬机的启动，加速运行，减速，停车等过程，运行平稳可靠。

（1）、实现卷扬机的行程监视和位置闭环控制，具有完善的深度和速度显示及控制功能。

（2）、实现卷扬机主回路控制器件真空化和无触点化的要求，采用PLC控制，硬件配置简单，软件编程灵活，调试方便且维护量小。同时具有良好的闭环性能。

（3）、提高卷扬机运行的安全可靠性和控制技术水平，对降低设备故障率，提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度发挥着重要作用。

（4）、安全保护及联锁功能。安全回路闭锁了卷扬机的运行条件，只有当外部设备运行正常，具备开车条件后，才允许卷扬机运转，安全回路闭锁了卷扬机的全部重故障保护信号，故障一旦发生，卷扬机立即进入紧急制动；排除故障后方可继续运行。

（5）、完善的综合后备保护功能。

（6）、利用光电编码器实现对卷扬机的运行速度及位置的数字化检测和控制，提高系统控制精度以及可靠性。

（7）、安全回路双冗余，至少有一路软件安全回路，一路硬件安全回路。

（8）、PLC本身故障如“死机”“电池电压低”“数据传送错误”应能可靠检测出来并采取相应的保护措施。

（9）、一路速度检测及深度检测有问题而另一路正常情况下应能用PLC进行限速开车。

（10）、自动发送位置信号，如减速、停车、定点、过卷信号等；重要的点如减速、过卷有两路以上共同起作用。（11）速度、深度有完全独立的两路并进行相互比较，比较时间间隔不大于1秒，速度、深度不正确的情况下会立即采取必要的防止事故扩大的措施。

五、结束语

KE300A变频器以其优异的性能，大大的提高了传统卷扬机运行稳定性和安全性，减少了设备的维护工作。为卷扬机定制的控制系统集合了众多安全技术和自动控制功能，为卷扬机设备厂家提供了全套电控解决方案，也可使老旧的卷扬机焕发青春。自推出使用以来，获得了用户的一致好评，也解决了众多机械厂家电控落后的问题，取得了良好的社会效益和经济效益。

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