8000B增强型变频器在卷扬机上的应用

2017年3月9日，济南市轨道交通R1线济南西站至演马庄西站区间左线盾构机顺利出洞，实现双线贯通。这标志着泉城新的交通新线路施工完成一个重大控制点。

图1 济南轨道交通R1线盾构机出洞庆祝仪式（图片引用自网络）

刚刚贯通的隧道，很快就可以进入后续安装施工（其实是边掘进边安装），真正是一条龙的流水作业。如今人们发现，修建地铁的速度是越来越快了。人们不禁要问，为何过去建造一条地铁动辄要10多年，如今却变得这样神速呢？

图2济南轨道交通R1线隧道（图片引用自网络）

这是因为现代科技在隧道工程方面有长足进展，提供了各种先进的施工利器，而且运用得越来越成熟可靠。其中就有高技术含量的盾构机的广泛运用。这使得过去高危险、高难度、低效率的隧道开凿施工变得较为安全和相对简便。盾构机可以实现掘进、支撑作用，并掩护后续排土、加固、衬砌的施工，可将地铁暗挖功效提高8到10倍。我国有企业通过消化吸收世界先进技术，已经开发和拥有完全自主知识产权的先进盾构机产品。

图3济南轨道交通施工盾构机（图片引用自网络）

然而，在拥有如此先进的工程利器的同时，我们这样一个最大的发展中国家，还拥有大量老式的设备，它们并不会立即被时代淘汰。比如以下具有老式电气传动装置的卷扬机，也同样运用于济南轨道交通工地。

图4济南轨道交通R1线工地卷扬机（图片引用自网络）

卷扬机（又叫绞车）是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主。

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。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。对一般卷扬机的工作要求是：启动速度慢、转矩大，加速平滑，停车平稳、准确。

图5具有老式电气传动装置的卷扬机示例（图片引用自网络）

传统的调速方式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。一般会配有凸轮开关和电阻箱用来切换速度档位。正反转控制多采用接触器换相和直接启动，有5-7倍于电机额定电流的冲击。

图6转子串级调速主回路示意图（图片引用自网络）

老式电气传动装置的卷扬机，其缺点有：

1、为串级调速方式，即在绕线转子中串入电阻，速度档位是阶跃式的，调速切换时对减速机齿轮、天轮、中轮、料车与斜桥导轨受到冲击力作用，从而使整机设备易损坏，钢丝绳加速疲劳。因此维修量大，检修费用高。

2、串级调速有范围小的缺点，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、串级调速，低速机械特性软，使得起动及减速时，尤其当电网电压下降时，力矩下降更厉害，转差率增大，严重时，料车无法启动。

4、能耗高，因为转速的降低是通过增加的转子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，在当今讲究节能降耗的大前提下，高能耗就成了这种调速方式显著的弱点。

5、串级调速的控制电路相当复杂，器件很多，导致制造安装复杂，故障率高，维护成本高。

针对济南轨道交通现场某工程公司的卷扬机电动传动系统，三晶电气精心准备技术改造方案，并通过现场改造验证，取得了良好的改造效果。改造项目采用三晶电气8000B增强型变频器。

采用变频器后，整体系统方案图如下所示，可见对于电气设计方面，大大精减了所需要的器件和接线，并且机械制动控制变得更为可靠。

变频器的主回路接线方面，仅需要电源开关，输出不需要接触器。为了防止料车下降过程出现过电压，采用制动单元和制动电阻。此主回路接线相比于传统正反转+串级式调速大为简化。

1、变频器对电机控制时启动力矩更大，并可实现快速平稳启动，且无明显冲击电流。

2、采用变频器，实现了卷扬机电气主回路简化，省掉了凸轮开关等大量触点器件，硬件配置简单，调试方便且维护量小。

3、 变频器具有更完善的保护、监测以及自诊断功能，提高了卷扬机运行的安全可靠性和控制技术水平，降低了设备故障率，提高了生产效率，减轻了操作人员的劳动强度。

4、变频调速系统属于高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，比老式串级调速系统更为节电。

5、相比于业内其他通用变频器产品，三晶电气8000B变频器具有更好的力矩输出控制特性，无须过多放大功率等级，即可满足卷扬机所有工况需求，包括90度垂直牵引，大大优于常见品牌产品。

变频器这种高科技产品的成熟应用，是对大量工程机械进行现代化改造的有效技术手段。三晶电气8000B增强型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。广州三晶电气为中铁十局卷扬机设备提供了全套电控解决方案，使老旧的卷扬机焕发新春。获得了用户的一致好评，也解决了其电控落后的问题，取得了良好的社会效益和经济效益。