重物的下降功率是經(jīng)“傳動(dòng)部件”、“電動(dòng)機(jī)”（此時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)）、變頻器內(nèi)的反向整流回路再由制動(dòng)單元而傳遞到“電阻R”上的，如果傳動(dòng)環(huán)節(jié)的反向效率越低，電阻上消耗的功率就越小。
于是有：
“電阻R”發(fā)熱消耗功率+傳遞路徑上消耗的功率=重物下降的功率
進(jìn)一步還可得到電阻消耗功率P的表達(dá)式：
在勻速下降時(shí)穩(wěn)態(tài)功耗：
Pe=ωm×Me×δ①
式中：δ是傳動(dòng)系統(tǒng)的反向效率
減速時(shí)的峰值功耗：
Pm=Pe+δ×J×（ωm-ωd）/Ta②
式中：J是傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
結(jié)合式①和式②有：
當(dāng)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行在額定功率狀態(tài)并高速下降時(shí)，如果此時(shí)給出減速指令，在減速的初期，電阻的消耗功率將達(dá)到最大值；
過短的減速時(shí)間，將造成在電阻上的消耗功率峰值上升；
系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和載荷越大，減速時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越高，也會(huì)造成在電阻上消耗功率的峰值上升；
當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率越低，電阻消耗功率也越低。
可見，要準(zhǔn)確地計(jì)算電阻消耗功率，就必須知道傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的起始工作速度和結(jié)束工作速度、減速過程的時(shí)間長(zhǎng)短以及系統(tǒng)載荷大小等。要確定這些參數(shù)的精確值，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期是有一定難度的，其一，在產(chǎn)品未完成前，無法精確測(cè)量或計(jì)算各傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；其二，在實(shí)際使用中，系統(tǒng)的減速特征是會(huì)隨現(xiàn)場(chǎng)的需要而改變的。所以大多情況下，電阻功率都未作嚴(yán)格計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)的取值一般是電機(jī)功率的40～70%之間，減速機(jī)的反向效率較低時(shí)，可以選用較小的電阻功率。
只要充分了解了變頻系統(tǒng)的減速過程的工作狀態(tài)，就可以根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際工作表現(xiàn)來修正電阻參數(shù)。
c）控制方案的確定
首先是系統(tǒng)采用開環(huán)或閉環(huán)控制的選擇，筆者認(rèn)為，一般的塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)可以采用開環(huán)控制方式，那些對(duì)速度控制精度要求較高的情況才要考慮閉環(huán)控制。如果要構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，一定要有PG（編碼器）、檢測(cè)回路和連接線。這些環(huán)節(jié)加大了安裝的復(fù)雜性；增加了系統(tǒng)成本；更重要的是降低了系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)樵陂]環(huán)系統(tǒng)中，反饋回路任何細(xì)小的差錯(cuò)可能造成系統(tǒng)紊亂。
其次是速度給定方式的選取，絕大多數(shù)的變頻器都有多種速度輸入方式，如多級(jí)開關(guān)量輸入方式和模擬量給定方式，不少品牌的變頻器還具備有總線通信接口。對(duì)于常規(guī)變頻起升機(jī)構(gòu)，大多采用開關(guān)量作為速度給定，不同在于是采用PLC還是繼電邏輯控制。筆者認(rèn)為，最為簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是由PLC與變頻器通信接口傳送速度與控制指令，這樣，控制柜內(nèi)的連接線最少。
三、雙變頻起升機(jī)構(gòu)
1．開發(fā)雙變頻起升機(jī)構(gòu)的必要性
到目前為止，變頻器在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用已經(jīng)有了近10年的歷史，從上述分析我們知道，變頻調(diào)速技術(shù)會(huì)給塔機(jī)的運(yùn)行帶來較多的好處，而且國(guó)家的有關(guān)技術(shù)推廣部門和行業(yè)協(xié)會(huì)也舉辦過多次變頻技術(shù)應(yīng)用的專題研討會(huì)，但實(shí)際的采用量并不理想，業(yè)內(nèi)只有少數(shù)有實(shí)力的主機(jī)廠推出過變頻起升機(jī)構(gòu)，這遠(yuǎn)不能與其他行業(yè)的應(yīng)用程度相比。有理由認(rèn)為，限制變頻技術(shù)在行業(yè)內(nèi)推廣的主要原因是：
變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的售后服務(wù)難度大，與常規(guī)系統(tǒng)相比，加大了塔機(jī)的停機(jī)維修時(shí)間，增加了用戶的停工損失；
變頻控制系統(tǒng)的成本要高于常規(guī)起升機(jī)構(gòu)，增加了推廣難度；
變頻起升機(jī)構(gòu)成本的60%左右是變頻器，由于目前變頻器的價(jià)格還較高，所以系統(tǒng)總成本要高于常規(guī)起升機(jī)構(gòu)，但隨著變頻技術(shù)的不斷普及和提高，變頻器的價(jià)格還有較大的下降空間，而常規(guī)起升機(jī)構(gòu)的成本基本已無潛力可挖。我們相信，在不久的將來，常規(guī)起升機(jī)構(gòu)的成本將無絕對(duì)優(yōu)勢(shì)可言。所以，行業(yè)技術(shù)工作者的當(dāng)務(wù)之急是如何能設(shè)計(jì)出減輕售后服務(wù)壓力的變頻起升系統(tǒng)。
2．塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的作業(yè)狀況分析
衡量一臺(tái)塔機(jī)的工作能力，不單是所配起升機(jī)構(gòu)的最大起重量這一參數(shù)，而更為重要的參數(shù)是工作力矩的大小，它是塔機(jī)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)。正是由于力矩參數(shù)的限制，塔機(jī)是不可能在任何工作幅度下都能起吊最大起重量的，而且從工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來看，塔機(jī)起吊最大重量的工況也是非常少的。
中聯(lián)公司生產(chǎn)的5613塔機(jī)，該塔機(jī)的最大起重量為8t，最大工作半徑是56m。
“輕載區(qū)”起重量小于4t，工作半徑為56m，作業(yè)面積為9847m2；
“重載區(qū)”起重量大于4t，工作半徑為24m，作業(yè)面積為1808m2；
“滿載”區(qū)起重量等于8t，工作半徑為14m，作業(yè)面積為615m2；
其工作死區(qū)（小車最小工作半徑）約為3m，面積為28m2。
經(jīng)過計(jì)算得到：如果以4t的起吊重量作為輕重載的分界點(diǎn)，“重載區(qū)”的作業(yè)面積只占“輕載區(qū)”作業(yè)面積的18%。
而且在工地對(duì)塔機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)配備8t起升機(jī)構(gòu)的塔機(jī)，真正起吊4t以上載荷的工況是非常少的。
通過以上的分析有：
塔機(jī)的起吊能力減半，80%以上的工況不受影響。
這就給我們提供了一個(gè)思路：如果把現(xiàn)有的由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)變頻器控制的變頻起升機(jī)構(gòu)改變成功率減半的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)小變頻器來共同驅(qū)動(dòng)的話，即使有電機(jī)或者是變頻器出現(xiàn)故障，塔機(jī)在絕大部分情況下還是可以照常工作的。這樣就大大減少了主機(jī)廠的售后服務(wù)壓力，對(duì)用戶也十分有利。
對(duì)于塔機(jī)這種特殊的起重機(jī)，如果起升機(jī)構(gòu)采用雙變頻起升方案就可以：
輕載時(shí)，單電機(jī)運(yùn)行，可以達(dá)到節(jié)能和延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命的目的；
有一變頻器損壞時(shí)，可單電機(jī)工作，系統(tǒng)將自動(dòng)斷開故障回路，能做到對(duì)系統(tǒng)不停機(jī)維修，大大地減少了塔機(jī)生產(chǎn)廠的售后壓力；
有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)出故障后，同樣可采用單電機(jī)工作方式，在絕大部分工況下不影響塔機(jī)工作；
重載下，雙電機(jī)工作，以完美的變頻性能滿足塔機(jī)的操作要求；
各功率部件變小，減少了維修成本與難度。
該系統(tǒng)已經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè)和工業(yè)考核，性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。我們以為，本文所討論的雙變頻起升機(jī)構(gòu)是為我國(guó)塔機(jī)行業(yè)在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用上找到了一條可行的新思路，這對(duì)提升我國(guó)的塔機(jī)技術(shù)水平、提高系統(tǒng)的可維護(hù)性、降低主機(jī)廠的售后服務(wù)壓力以及減小與國(guó)外同行的技術(shù)差距都有重要的積極意義。
