施耐德电气atv变频器在起重打桩船上的应用

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1、2007年PAE应用方案文集变频器与软起动器施耐德电气ATV变频器在起重打桩船上的应用李伟（变频器与软起动器产品应用工程师/上海/13916976861）摘要：文章介绍了船舶起重打桩船上变频调速控制系统的组成及基本性能，特别是施耐德ATV系列变频器在起重领域的应用特点和起重工艺的满足，更有助于了解变频器的优点，比较了常规液压系统的优缺点，有助于推广和发展船舶用变频调速系统。0前言电子电力技术的发展，尤其是IGBT管（大功率绝缘栅型场效应管）的问世与应用，促进了变频器技术的发展和成熟，对于船舶电气技术的日益更新更是起到了推动性的作用。现在越来越多的

2、设计院和最终船舶业主将目光投向了这一片广阔的天地。从减少能耗、节约投资成本、提高工作效率以及使用可靠性方面着眼，船舶行业使用变频器电气方案来替代以前的液压控制、常规接触器控制等方案的情况越来越普及。变频技术的广泛成功的应用将船舶技术推向一个新的高度。某船舶公司变频起重打桩船是中国自主设计的以变频器为主要电气元件的起重打桩船，主要用于海域修建桥梁、公路时定位打桩而用，对于近海的基础设施建设有至关重要的作用。以下就打桩船打桩的过程控制，元件作用及功能实现做一一叙述。1打桩船打桩工艺总流程抛锚驻位运桩船就位移船吊桩立桩入龙口关闭下背板戴替打

3、调整龙口斜度测量定位桩自沉微调偏位解开吊索压锤打开背板锤击沉桩打桩记录停止锤击起吊锤和替打测桩偏移移船进入下一根桩的施工。其中移船吊桩中的吊桩工作，以及锤击沉桩中的锤击工作，是整个流程系统中电气配合最紧密的部分，这一部分的设备驱动采用了变频控制系统，辅助以施耐德PREMIUM系列PLC的集中控制，达到了完美的效果。2几个主要机构的作用和变频起选择(1)左主钩（绞车），右主钩（绞车）：左右主钩电机功率均为110KW，在吊桩的过程中是主要的驱动力来源，配用以两台132KW的变频器分别进行驱动。(2)左副钩（绞车），右副钩（绞车

4、）：左右副钩电机均为75KW，与主钩共同承担吊桩过程中的驱动力，配合主钩完成桩的起吊和空中旋转。由一台90KW变频器进行驱动。-58-2007年PAE应用方案文集变频器与软起动器不论运桩船驻位在打桩船的左侧还是右侧，每次吊桩都动用2台主吊桩绞车（左右主钩对应的绞车）和1台副吊桩绞车（左副钩或右副钩对应的绞车）。由于每次吊桩2台副吊桩绞车不同时动作，故在变频控制系统中我们采用一台变频器加两只出线接触器的方式进行切换。起吊的过程如下（如图1所示），左主钩与左副钩同时收紧，在起吊过程中处于载荷状态，而右主钩仅做跟随动作，近似于空载。（当图1倒转180度

5、时变成右主钩和右副钩受力，左主钩做跟随动作）。当桩升到一定高度，吊离运桩船后，左主钩慢慢收紧，左副钩慢慢放松，使桩逐渐倾斜起来，此时左主钩和左副钩仍在载荷状态，右主钩仍为跟随状态。当桩倾斜至70～80度时，右主钩收紧，此时为左右主钩、左副钩同时用力（如图2）。-59-2007年PAE应用方案文集变频器与软起动器当桩基本达到竖直状态时，左副钩解脱，此时为左右主钩受力（如图3）。然后进入下一工况。(3)吊锤绞车：吊锤绞车的控制是此变频控制系统的复杂之处，主要原因是该绞车又分为两种模式：吊锤模式和打桩模式,同时这部分机构上有许多附件的信号需要随时采集和

6、监控。吊锤电机110kw，配用132kw变频器。在吊锤工况下，绞车的主、副制动器、电动机的制动器松开，离合器啮合，吊锤电机在变频器的驱动下进行升降运动；在打桩工况下，绞车的主制动器松开，同时绞车的副制动器抱合，离合器松开（以脱开电机与绞车的连接），此时吊锤绞车卷筒处于相对自由状态，而又不至于因为打桩震动、桩锤逐渐下落产生的惯性使钢丝绳过于放松，跳出滑轮槽。此时吊锤绞车仅有副制动器产生的摩擦力，此力大于或等于从绞车上伸出部分钢丝绳的自重力。一旦锤击开始，吊锤绞车的卷筒会随着桩锤下落而比较自由的旋转。在打桩工况状态下变频器是不用的。3变频的元件选择和

7、功能实现3.1变频器选择变频器是变频控制系统的核心部件，担负着采集运行指令，进行调速输出和检测转速反馈的功能。针对起重机械，在进行电气系统设计时，应该注意以下要点：(1)重物上升时起动转矩较大，通常在电机额定转矩的150%以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，起升机构的起动转矩应按照额定转矩的150%以上来进行选择。-60-2007年PAE应用方案文集变频器与软起动器ATV71的过载系数极大，170％的过力矩－60秒的能力也超过其他通用或起重专用变频器性能指标很多；(2)因为各部分的拖动系统都有机械式或电气

8、式抱闸（也叫刹车或制动器），所以，必须充分考虑电动机在起动与制动时与抱闸动作之间的配合。这一点，在起升机构中尤其重要。起升机构中，由于重