中达电通华南大区FAE林星华

 

摘要：本文主要介绍了施工升降机的结构，控制要求，以及在应用上的不同。并重点介绍了对电控系统的要求，以及应用台达变频器的解决方案，针对不同的应用，利用实际案例对参数的设定、选型以及调试效果进行说明，使读者能够有一个清楚的了解。

Abstract：This paper describes the Construction Elevator structure, control requirements, and different applications. And highlights the requirements for electronic control system, and the application of Delta inverter solution for different applications, the use of actual cases of the parameter setting, the effects of selection and commissioning instructions, so that readers can have a clear about.

 

关键词：变频器 C2000   施工升降机

Key Words：Inverter    C2000  Construction Elevator

 

施工升降机又叫建筑用施工电梯，是建筑施工中很安全、高效的垂直运输设备，在建筑施工中被经常作为载人载货施工机械使用。

施工升降机载重为1～3吨，运行速度为1～60m/min，在工地上通常配合塔吊使用。这种电梯安装和拆卸非常方便，可随建筑物的升高而增高，具有性能稳定、安全可靠、搬运灵活、适应性强等特点，可以显著提高工效、降低施工人员的劳动强度。

施工升降机的种类很多，按运行方式分无配重和有配重两种；按其控制方式分为手动控制式和自动控制式。按需要还可以添加变频装置和PLC控制模块，另外还可以添加楼层呼叫装置和平层装置。

图1 施工升降机现场

施工升降机由钢结构、传动系统、电气系统及安全控制系统等组成。

钢结构主要由吊笼、外笼、标准节、配重、附墙架等组成。

2.1.1 吊笼（图2）是升降机的核心部件，为焊接钢结构体，周围有钢丝防护网，前后分别安装单、双开吊笼门，顶上安装护身拉杆。吊笼的立柱上有传动机构和限速器底板安装孔，导向滑轮组也安装在立柱上。

根据吊笼的数量，升降机一般有单笼和双笼之分。单笼升降机如增加一个吊笼和其它零件后即可成为双笼升降机。（图3、图4）

图2 吊笼

图3 单笼升降机

图4 双笼升降机

 

2.1.2 外笼主要由底盘、防护围杆及一节基础标准节等组成。外笼入口处有外笼门并装有自动开门机构，当吊笼上升时，外笼自动关闭。吊笼着地时，外笼门能自动打开。底盘装有缓冲弹簧，以保证吊笼着地时能柔性接触。

2.1.3 标准节是由角钢组焊而成，长正方形空间桁架结构，每两个塔身标准节的上下连接，均采用10.9级的高强螺栓、螺母紧固连接起来。每个标准节内部都设有与标准节等长的爬梯，以便操作与维修人员上下塔机时使用，且每10米有一休息平台。各标准节均具有互换性，改变塔身标准节安装节数，起重机可达到不同的起升高度。

2.1.4 配重用以平衡吊笼的自重，从而提高电动机功率利用率和吊笼载重，并可改善结构受力情况。配重由钢丝绳通过导轨架顶部的天轮与吊笼上下运转的导轨。

2.1.5 附墙架用来使导轨架与建筑物附着连接，以保证导轨架的稳定性。

传动系统由电动机、联轴器、减速器和安装在减速器输出轴上的齿轮等组成，采用多电机驱动，使齿轮齿条受力均匀。传动系统安装在吊笼内，通过齿轮与导轨架上的齿条相啮合，使吊笼上、下运行。

每个吊笼都有一套电气设备，包括电源箱、电控箱、操纵盒等，可在吊笼内用手柄或按钮操纵吊笼升降运行，在任何位置均可随时停车。在上、下终端站，可由上、下终点限位开关控制自动停车。为达到高速、平稳、还有采用变频调速和采用液压泵和液压马达等先进技术式升降速度可从0～60m/min的无级变速，并可平稳启动和制动。

安全控制系统在电路中设置了过载、断绳、短路、超速等安全开关，当运行中发生任何一种故障时，升降机立即自动停车。吊笼上各门均有限位开关，当任何一门未关闭或异常开启时，吊笼均不能启动或立即停止运行。每台吊笼均配备锥鼓限速器作为防坠安全装置，能有效地防止吊笼坠落。

安全是建筑施工的重中之重。对于施工升降机来说，最重要的标准就是安全，通常在施工升降机上采用防坠安全器。防坠安全器是施工升降机上重要的一个部件，要依靠它来消除吊笼坠落事故的发生，保证乘员的生命安全。工地上使用中的升降机都必须每三个月就要进行一次坠落试验。目前坠落实验是通过提高变频器输出频率，使电机驱动吊笼运行在模拟坠落的速度下，看防坠安全器是否动作。

吊笼启动和停止时平稳，不能溜钩，这就要求变频器和电机以及刹车部分的配合要做到天衣无缝。

根据施工升降机载重量的不同，目前常用电机常用规格为7.5～22kW。电机数量常为一台、两台或者三台。（图5、图6、图7）

图5 一台电机

图6 两台电机

图7 三台电机

 

根据电机数量的不同，不同厂家对于变频器的选择也有区别。当设备上使用多台电机时，变频器的选择有两种常见配置：

第一种是根据电机的数量来配置相当数量的变频器，变频器的功率与电机功率相当。例如当电机为三台，且每台电机功率为11kW时，可以选择三台11kW或者15kW变频器。此时厂家会要求三台变频器进行共直流母线的动作。

第二种配置是选择一台大功率变频器。例如，当电机为三台，且每台电机功率为11kW时，可选择一台45kW的变频器（变频器的功率=3×11kW×1.2，1.2为过载系数）。

根据刹车方式的不同，常用电机一般有两种：带电磁制动器的电机（图8）和锥形转子电机（图9）。带电磁制动器的电机通过电机尾部的电磁制动器来提供制动力，当制动器通电时，制动器打开，电机正常运行；当制动器失电时，制动器闭合，对电机轴端提供制动力。

锥形转子电机是一种定子内腔和转子外形都呈锥形的电动机。它具有停电自制动的能力：电动机运行时，锥形转子电动机的气隙磁场产生轴向磁拉力，压缩制动弹簧，使风扇制动轮与电机端盖上的制动环脱开，电机能自由转动。断电时，轴向磁拉力消失，转子在制动弹簧的推力下产生轴向移动，使风扇制动轮压紧制动环，产生摩擦力，迫使电机迅速停转并绑住转子，以防止起吊的重物下落，保障安全。

图8 带电磁制动器的电机

图9 锥形转子电机

施工升降机的运行情况类似于电梯，当所传动的位能负载持续下降时，电机就会处于再生发电状态，负载的机械能就转化为电能回馈到变频器中，导致变频器内部直流回路中的电压持续升高。为了保证此时变频器和电机仍然能够正常运行，变频器需要选配合适的制动电阻（无内置制动单元的变频器需要选择外置制动单元），使内部多余的电压通过外部电阻放电，将回馈的直流回路的能量转化为热能消耗掉，避免直流侧电压无限制的升高而触发变频器的保护电路动作。我们在这里选用台达的C2000变频器。

考虑到刹车性能以及天气炎热时电阻的散热性能，刹车电阻规格的选择原则有两个方面的依据：等效电阻值保持在推荐最小电阻值，功率选择为推荐功率的2倍以上。

台达C2000变频器的主要特点包括：

1)       V/F控制、无感测向量控制、FOC＋PG、转矩控制；

2)       同步电机和异步电机驱动一体化；

3)       全系列导入LCD面板，选配LED；

4)       内建高速总线接口CANopen及MODBUS；

5)       内建各种行业功能；

6)       长寿命设计于重要零件寿命侦测；

7)       独立风道的设计，PCB防护加强环境的适应性；

8)       全球安规兼容性CE UL cUL；

9)       9.30kW以下内置刹车单元；

10)    速度控制、位置控制、转矩控制；

11)    具备三个扩展槽： I/O、通讯口、PG卡；

12)    多种总线控制方式；

13)    标配RS485，接口方式 RJ45、SG端子；

14)    共直流母线；

15)    电机热保护；

16)    模块化设计，可拆卸的风扇、控制端子。

5.1.1 客户甲配置：台达VFD150C43A变频器、15kW电机（带电磁制动器）一台、制动电阻40Ω 2000W。

5.1.2 带电磁制动器的电机控制接线如图10所示。

图10带电磁制动器的电机控制接线图

5.1.3 调试步骤。

设置VF曲线（电机规格15kW、34A、50Hz、380V、1390r/m），详见表1。

表1 VF曲线设置

设置关于机械制动相关的动作，详见表2。

表2 机械制动相关动作设置

其它相关参数设置，详见表3。

表3 其它相关参数设置

5.1.4 运行效果。

1） 100%负载（2.6吨）上行波形，启动最大电流为42.48A，稳定时（30Hz/50Hz）电流为34～36A。见图11。

图11 100%负载上行波形

2） 100%负载（2.6吨）下行波形，启动最大电流为37.69A，稳定时（30Hz/50Hz）电流为23～26A，母线电压持续稳定在705～707V_DC。

 

图12 100%负载下行波形

5.2.1 客户乙配置：台达VFD110C43A变频器、7.5kW锥形转子电机一台、制动电阻45Ω 1500W。

5.2.2 锥形转子电机控制接线如图13所示。

图13锥形转子电机控制接线图

5.2.3 调试步骤。

设置VF曲线（电机规格7.5kW、50Hz、380V、18A、1390r/m），主要考虑到变频器到电机之间的距离达到100m。详见表4。

表4 VF曲线设置

 

 

 

 

 

 

 

 

其它相关参数详见表5。

表5 其它相关参数设置

5.2.4运行效果：

在不同速度（15hz/25hz/40hz）满载情况下做上行和下行动作，运行电流和电压平稳。

图14 运行效果比较

将台达变频器应用于施工升降机，能够使电机启、制动平稳，无冲击；升降速度可灵活控制；启动电流小，对电源要求低；机械磨损降低，由于启动制动时无冲击，大大降低了齿轮、齿条等机械磨损；能源节约效果显着，相对传统施工升降机效率提高30%，能耗降低30%。得到了广大客户的好评。

 

作者简介：林星华，出生于1974年2月，毕业于广东工业大学机电一体化专业，具有十多年的自动化领域技术和服务经验，目前就职于中达电通华南大区，负责台达PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等机电产品的技术支持。