MJTR堆廳吊車控制系統改造調試中溜鉤問題分析及處理

鄭婷婷

摘 要

在MJTR堆廳吊車控制系統改造調試過程中起升機構發生了“溜鉤”現象，本文通過對起升機構的“溜鉤”現象進行原因分析，并針對具體原因提出了相應的解決辦法，對今后老式吊車在起升機構采用變頻調速技術改造工作中具有一定的借鑒意義。

關鍵詞

吊車控制系統;變頻器;溜鉤

中圖分類號： TM921.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.056

ZHENG Tingting

0 引言

MJTR堆廳吊車作為反應堆科研生產的重要起重設備，確保其安全可靠運行是保證科研生產的基本前提。而MJTR堆廳吊車經過多年運行，原有吊車控制系統技術及元器件存在老化等缺陷，已不能滿足現實科研工作的需要，為此對MJTR堆廳吊車的控制系統進行技術升級和器件更換改造。經優化設計后，吊車控制系統采用PLC控制的變頻調速技術以及人機交互的故障監控與顯示功能。改造后吊車的控制系統結構見圖1所示。

安裝完成后對MJTR堆廳吊車控制系統進行系統調試試驗，在進行起升機構大、小鉤進行載重起吊試驗中，大、小吊鉤不能及時制動均出現了吊物下滑，即吊鉤“溜鉤”的現象。如“溜鉤”出現在實際工作中，會導致嚴重的起吊事故。因此，需及時分析并解決“溜鉤”問題。

本文通過對吊車控制系統調試過程中出現的“溜鉤”問題出發，分析了產生“溜鉤”現象的原因，給出解決此類問題的思路及方案。

1 溜鉤現象及原因分析

MJTR堆廳吊車額定起吊重量為15t/3t，在吊車控制系統的功能試驗調試過程中，大鉤和小鉤均出現了溜鉤現象，具體現象如下：

（1）大鉤載重試驗

給大鉤配重9.36噸的配重塊，使其低速上升，在大鉤提升100mm時停止上升操作，出現吊鉤停止時無法保持并下滑出現溜鉤現象;下降操作過程中溜鉤現象更加明顯。

（2）小鉤載重試驗

給小鉤起吊約1噸重的配重塊，在20%速度時，小鉤的起升、下降試吊平穩，無溜鉤現象，但當操縱桿由低速迅速加速至高速（60%速度）時存在溜鉤現象，由高速迅速減速至停止時也存在溜鉤現象。

根據以上現象進行系統分析，在通常情況下，采用變頻調速技術的吊車起升機構出現“溜鉤”現象的原因主要有：①變頻器功率與起升電機功率選取不匹配;②變頻器的參數設置不當導致電機轉矩力不夠;③制動器未有效制動;④變頻器內部能量處理單元失效導致變頻器過流或過壓保護而動作。

2 調試過程及解決辦法分析

通過上述對吊車“溜鉤”現象的分析，逐一排查引起MJTR堆廳吊車溜鉤現象的原因。

從設計選型角度分析，此次改造僅針對吊車的控制系統，機電設備未做改動。原吊車的大鉤電機功率5kW，設計選用西門子G120-CU240E-2變頻器，搭配功率范圍可達7.5 kW 的PM250功率模塊，帶內置濾波器和能量回饋模塊。原吊車的小鉤電機功率1.5kW，設計選用的變頻器同樣為西門子G120-CU240E-2系列，搭配功率范圍可達2.2 kW 的PM240-2功率模塊，無內置濾波器。因此，起升機構電機變頻器的選型設置與相應的電機相匹配，不會造成吊鉤溜鉤現象。

（1）大鉤起升停止時“溜鉤”

大鉤初次配重調試在低速上升至100mm時停止上升操作，在停止狀態下吊重的大鉤無法保持，出現下滑溜鉤現象。

由于大鉤上升過程正常，判斷由變頻器控制的電機的吊重轉矩足夠，當起升停止后，此時起升操縱手柄已處于“0”位，變頻器無輸出且制動器抱閘啟動，起升機構的制動作用完全依靠制動器，這時大鉤出現無法保持而下滑的現象，說明與電機的轉矩無關，而是制動器的制動效果失效造成的。為此應首先檢查大鉤的制動器是否工作正常。

通過檢查制動器工作狀態，并適當調整大鉤制動器主彈簧工作長度，并鎖緊抱閘主彈簧螺釘，增加制動力矩。再次測試大鉤起停狀態，溜鉤現象解決，制動器抱閘調整完成。

（2）大鉤下降時“溜鉤”

大鉤低速起吊9.36噸配重塊，不僅上升停止時無法保持住，而且在下降過程中溜鉤現象更加明顯。產生這種下降溜鉤現象的直接原因是電動機的轉矩不夠，因此要增大電機的轉矩。由于變頻器通過不同的運行模式可控制電機不同的轉矩實現形式，因此優先檢查變頻器的參數是否設置合理。

通過檢查發現，變頻器的運行模式為默認的常規V/f運行狀態（P1300=0），這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。在低速下降時配重塊的重量超出了電動機的起吊轉矩，所以會出現只要啟動下降操作就會“溜鉤”的現象，因此要調整變頻器的控制模式。

將變頻器模式調整為矢量控制模式（P1300=20），在這種模式下，變頻器是根據載荷需要的轉矩來迅速調節電機轉速，因此電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩，尤其是電動機在低速運行區域依然能輸出100%轉矩。將變頻器參數調整為矢量控制模式后，低頻時能保證電機恒轉矩輸出，低速時增大轉矩，以避免低頻時發生帶不動負載的現象。再次測試大鉤下降狀態，下降過程中能量回饋至電網，吊車大鉤能正常上升和下降，最高測試起升高度約1.5m，起停正常，調試完成。

（3）小鉤加速起吊時“溜鉤”

小鉤起吊約1噸鉛罐，在低速（20%速度）時起升、下降均試吊平穩，但當操縱桿由低速迅速加速至高速（60%速度）時存在溜鉤現象，由高速迅速減速至停止時也存在溜鉤現象，同時檢查變頻器發現有故障信號發出。造成該現象的直接原因是變頻器內部能量處理單元失效導致變頻器過流或過壓保護而動作。

在變頻調速系統中，電機的轉速是通過改變頻率大小來實現的，在升速過程中，變頻器工作頻率大幅度上升的瞬間，電動機的同步轉速隨之迅速上升，而電機轉子的轉速因負載慣性較大而跟不上去，此時電機轉子轉速將落后變頻器同步轉速而切割旋轉磁場，電機從電動狀態變為發電狀態;在降速過程中，變頻器頻率大幅度減小的瞬間，電機的同步轉速隨之下降，而工作負載由于自身慣性的原因，電機的轉子轉速未變，此時電機轉子轉速將超過變頻器同步轉速而切割旋轉磁場，電機從電動狀態變為發電狀態。由于小鉤變頻器采用PM240-2功率模塊，能量處理單元作用有限，且不帶內置濾波器，多余能量無法回饋至電網，因而導致變頻器中間直流回路電壓及直流母線電流升高，當超過一定限值時會引起變頻器的過壓或過流保護動作，從而引發“溜鉤”現象。

因此，處于發電狀態中的電機必須采取必要的措施處理這部分再生能量，最常采用的是能耗制動的方式。能耗制動方法是在變頻器直流側加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現制動。

給小鉤變頻器安裝制動電阻，制動電阻器參數為900V、2kW、390Ω，安裝后測試小鉤下降過程中的使用情況，小鉤起停正常，且高速下降后電阻發熱在可接受狀態，“溜鉤”現象已解決。

3 結論

對于吊車而言，引發“溜鉤”的原因有多種可能。通過該起吊車“溜鉤”現象的分析和處理，根據實際操作經驗，提出了相應的解決措施。這對提高吊車變頻器的使用效果，對吊車變頻調速控制系統維護人員與設計人員在今后的設計及調試中有一定的借鑒作用。

參考文獻

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