塔式起重機(jī)（以下簡稱塔機(jī)）的變幅機(jī)構(gòu)通常是操縱臺(tái)與變頻器直接連線，利用變頻器的多端速選擇進(jìn)行變速。操縱臺(tái)變速一般只有3擋，頻率分別設(shè)定為10 Hz、30 Hz和50Hz 。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，僅用變頻器代替了繼電器、接觸器，其調(diào)速性能與范圍并沒有變化，速度擋位太少，不能滿足使用要求。

塔式起重機(jī)

　　要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可從改變下列3個(gè)參數(shù)入手：定子繞組的極對數(shù) 、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率和供電電源的頻率。改變第1個(gè)參數(shù)是同步轉(zhuǎn)速，改變第2個(gè)參數(shù)只能實(shí)現(xiàn)在同步轉(zhuǎn)速下的調(diào)速，而通過改變供電電源的頻率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即變頻調(diào)速，是從恒轉(zhuǎn)矩到恒功率進(jìn)行全方位的調(diào)速，只要設(shè)定一個(gè)頻率就有一個(gè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
　　1.變頻調(diào)速的電控設(shè)計(jì)
　　變頻調(diào)速能夠做到重載低速、輕載高速，使電動(dòng)機(jī)分別工作在不同的恒轉(zhuǎn)矩或恒功率區(qū)域。其電控設(shè)計(jì)以負(fù)載工作的實(shí)時(shí)變化要求為基礎(chǔ)進(jìn)行，因此需要對負(fù)載和電動(dòng)機(jī)的特性進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
　　(1)空載及負(fù)載阻力的計(jì)算
　　水平臂塔機(jī)吊鉤變幅機(jī)構(gòu)一般采用牽引式小車鋼絲繩纏繞系統(tǒng)。應(yīng)用變頻器調(diào)速依據(jù)具體情況分別計(jì)算，小車運(yùn)行分空載與負(fù)載2種情況：
　　空載時(shí)的主要參數(shù)G (吊具、小車和繩重)是塔機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)確定的，其產(chǎn)生的阻力是不變的。計(jì)算空載阻力時(shí)，去掉起吊質(zhì)量Q，只保留G及相關(guān)值，然后匯總即可得出工作機(jī)構(gòu)本身在運(yùn)行中產(chǎn)生的阻力矩。
　　負(fù)載阻力因起吊質(zhì)量Q的變化而變化，計(jì)算負(fù)載阻力時(shí)，去掉G保留起吊質(zhì)量Q及相關(guān)值。其中負(fù)載最大時(shí)的阻力為Fjmax。負(fù)載從0到最大值Qm，其單項(xiàng)阻力和實(shí)際阻力的計(jì)算結(jié)果可以各用一條曲線來表示（見圖1）。

 

變幅阻力曲線圖

　　只有完成不同負(fù)載在不同速度時(shí)的計(jì)算，才能確定負(fù)載是在恒轉(zhuǎn)矩還是在恒功率區(qū)域工作。
　　(2)運(yùn)行速度的選擇
　　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，無論是空載還是最大負(fù)載，速度與負(fù)載基本無關(guān)。在選用變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，最大負(fù)載時(shí)的最高運(yùn)行速度定為基本速度，這時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)距范圍內(nèi)。根據(jù)性能要求，將機(jī)構(gòu)可以達(dá)到速度的最大值定為最高速度，這時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在恒功率范圍內(nèi)。這樣能擴(kuò)大調(diào)速范圍，有利于提高工作效率，使變頻調(diào)速更有意義。
　　(3)速度多段化的選擇
　　塔機(jī)變幅機(jī)構(gòu)大多采用雙速、三速或力矩電動(dòng)機(jī)，其速度只有2擋或3擋。在應(yīng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，選擇幾段速度合適是一個(gè)值得探討的問題?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)依然是3擋，這顯然不理想。選擇幾段速度應(yīng)根據(jù)所選變頻器的性能和變幅機(jī)構(gòu)的要求來決定。一般變頻器本身都有多段速度的設(shè)定，少則8段，多則16段。變幅機(jī)構(gòu)拖動(dòng)負(fù)載的大小決定其對多段速度的要求：對于起吊質(zhì)量 ≤ 8 t 的變幅機(jī)構(gòu)，選擇5~8段既可；對于起吊質(zhì)量10~16 t的變幅機(jī)構(gòu)，選擇8~10段既可；對于起吊質(zhì)量≥16 t的變幅機(jī)構(gòu)，可以選擇更多的速度段。
　　(4)多段速度的分配
　　電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩輸出要滿足最大起吊質(zhì)量的要求，這是最基本的設(shè)計(jì)思路。在起吊質(zhì)量變小或空載時(shí)，要提高工作效率必然要提高運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)恒功率輸出，這是應(yīng)用變頻調(diào)速的根本原因之一。如果多段速度選擇為8段，根據(jù)作業(yè)需要，必須有一個(gè)啟動(dòng)擋（或稱就位擋），中間設(shè)幾個(gè)過渡擋。在電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩輸出范圍內(nèi)，設(shè)定5段比較適宜；在恒功率輸出范圍內(nèi)設(shè)定3段速度擋，即可基本滿足運(yùn)行要求。
　　(5)最高速度的確定
　　在應(yīng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，最高速度的選擇在恒功率區(qū)域，與各段速度的確定值有直接關(guān)系。在設(shè)計(jì)中，確定最高速度才可以決定以下各段速度。最高速度主要取決于塔機(jī)臂架的長度和最大起吊質(zhì)量以及機(jī)械精度。從效率方面講，臂架長時(shí)最高速度值可取大些，反之則可取小些。從工作平穩(wěn)方面講，起吊質(zhì)量大時(shí)最高速度值可取小些，反之則可取大些。目前塔機(jī)臂架長度值越來越大，因此一般取最高速度值≥60 m/min。
　　(6)各速度值的分配
　　20世紀(jì)80年代引進(jìn)的法國波坦6DPC4型（10 t）三速電動(dòng)機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度分別為7.5 m/min、30 m/min及60 m/min，其變速比為60/7.5＝8。假如最高速度依然定為60 m/min，那么最低速度（或稱為啟動(dòng)速度）可設(shè)計(jì)為5 m/min，其變速比為60/5＝12，這樣就位就要平穩(wěn)許多。中間各段速度可以分別設(shè)定為5m/min、10m/min、15m/min、20m/min、30m/min、40m/min、50m/min、60m/min，如此，塔機(jī)性能明顯提高。
　　應(yīng)該指出的是：除最低和最高速度之外，其余各段速度是可以任意確定的，原則是更適于實(shí)際作業(yè)的需要。
　　(7)選擇實(shí)際應(yīng)用的最高速度
　　為了運(yùn)行平穩(wěn)，有時(shí)并不需要按最高速度運(yùn)行，對其加以限制就有一個(gè)選擇的問題。以8段速度、變速比為12、最高速度60m/min為例，實(shí)際應(yīng)用的最高速度應(yīng)以起吊質(zhì)量、臂長以及塔機(jī)操作者的水平?jīng)Q定，可以設(shè)定為60m/min、50m/min、40m/min、30m/min。若設(shè)定最高速度50m/min，運(yùn)行時(shí)不應(yīng)超過此數(shù)值。
　　(8)最高速度的自動(dòng)控制
　　為保證電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行，電氣系統(tǒng)應(yīng)具備最高速度的自動(dòng)控制功能，能根據(jù)其負(fù)載大小限制其運(yùn)行的最高速度。如果恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域的最高速度設(shè)計(jì)為30m/min，那么滿載時(shí)就不能高于此速度。其目的是避免因變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行惡劣而損壞機(jī)器。其他負(fù)載以此類推。
　　(9)速度的顯示
　　變頻調(diào)速要實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、多級(jí)定速，就非常需要1個(gè)速度顯示裝置，給塔機(jī)操作者帶來方便。速度顯示裝置要顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)速度段，以便于調(diào)速；變幅機(jī)構(gòu)停止時(shí)，還要顯示允許運(yùn)行的最高速度段。
　　(10)電動(dòng)機(jī)的選擇
　　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)最大負(fù)載在最大速度時(shí)確定功率。一般選擇繞線電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)、雙速電動(dòng)機(jī)或三速電動(dòng)機(jī)，其綜合效率很低。
　　應(yīng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作的最高速度應(yīng)低于減速器允許的最高速度，一般以恒轉(zhuǎn)矩范圍與恒功率范圍之比來確定電動(dòng)機(jī)的功率與極數(shù)，這樣可做到重載低速、輕載高速，大大提高工作效率，使成本降低。
　　(11)減速器的選擇
　　減速器的形式、減速比和允許的工作轉(zhuǎn)速與變幅速度、所選電動(dòng)機(jī)和機(jī)構(gòu)形式相關(guān)，選擇減速器時(shí)要以具體性能參數(shù)確定。
　　(12)變幅機(jī)構(gòu)的操作控制
　　傳統(tǒng)的變幅控制采用聯(lián)動(dòng)臺(tái)，向前、向后分別只有3個(gè)速度。而變幅機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)整技術(shù)之后，把操作指令變成最好的控制指令。其運(yùn)行的軟件以及軟件上產(chǎn)生的控制效果，可給應(yīng)用者帶來直接效益。其流程示意如圖2所示。對于沒有可編程序控制器的變頻變幅調(diào)速機(jī)構(gòu)，只等于用變頻器代替接觸器，沒有任何實(shí)際意義。