Kran Frequenzumrichter Parameter: Hubwerk Geschwindigkeitskurve
Parametrierung der Kran-Frequenzumrichter – Die Einstellung erfolgt getrennt für Hubwerk, Kranbrücke und Laufkatze. Jede Antriebsgruppe verfügt über eine eigene Regelungsart, Drehzahlgenauigkeit sowie eigene Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten. Das technische Team von Kelude Schwerindustrie empfiehlt auf Basis langjähriger Erfahrung mit elektrischen Krananlagen für den Hubwerk-Frequenzumrichter eine Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis (mit Encoder-Rückführung) bei einer Drehzahlgenauigkeit von ≤ 0,01 %. Für die Frequenzumrichter von Kranbrücke und Laufkatze wird eine Vektorregelung ohne Rückführung mit einer Drehzahlgenauigkeit von ≤ 0,5 % empfohlen. Eine korrekte Parametrierung ist die Grundlage für den zuverlässigen Betrieb der elektrischen Krananlage.
Die Parametrierung der Kran-Frequenzumrichter umfasst die unabhängige Antriebskonfiguration für die drei Motoren von Hubwerk, Kranbrücke und Laufkatze. Die folgende Abbildung zeigt das vollständige Parametrierschema für einen 10-t-Brückenkran mit Hubwerk-Frequenzumrichter, Frequenzumrichter des Brückenfahrwerks und Katzfahrwerk-Frequenzumrichter. Zu den zentralen Schritten gehören die Motorparameter-Identifikation, die Konfiguration der Geschwindigkeitskurven über Mehrfachdrehzahlen oder analoge Sollwerte, die Einstellung von Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten sowie die Konfiguration der Brems- und Schutzfunktionen. Standardauslegung für den 10-t-Brückenkran: Hubwerk-Frequenzumrichter 11 kW/25 A, Frequenzumrichter des Brückenfahrwerks 2 × 3 kW/8 A, Katzfahrwerk-Frequenzumrichter 1,5 kW/4 A.
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Motorparameter-Identifikation am Frequenzumrichter
Der erste Schritt bei der Parametrierung ist die Motorparameter-Identifikation, um sicherzustellen, dass das Motormodell des Frequenzumrichters mit den tatsächlichen Motordaten übereinstimmt. Die Identifikation kann statisch oder dynamisch erfolgen. Bei der statischen Identifikation werden Statorwiderstand und Streuinduktivität bei stehendem Motor gemessen; sie eignet sich für die Frequenzumrichter von Kranbrücke und Laufkatze. Die dynamische Identifikation ermittelt den vollständigen Parametersatz bei unbelastet rotierendem Motor und wird für den Hubwerk-Frequenzumrichter empfohlen, um eine höhere Drehzahlregelgenauigkeit zu erreichen.
Technische Stellungnahme von Kelude Schwerindustrie:
„Die Motorparameter-Identifikation ist die Grundlage der gesamten Frequenzumrichter-Parametrierung. Viele Störungen vor Ort lassen sich auf fehlerhaft eingegebene Typenschilddaten oder eine übersprungene Identifikation zurückführen. Bei der Werksinbetriebnahme von Kelude Schwerindustrie ist für jeden Hubwerk-Frequenzumrichter eine dynamische Identifikation vorgeschrieben. Anschließend muss die Abweichung zwischen berechnetem und gemessenem Widerstandswert ≤ 3 % betragen – strenger als die in der Norm geforderten 5 %. Nur so ist eine zuverlässige Drehmomentabgabe im unteren Drehzahlbereich gewährleistet.“
Vor der Identifikation sind die Typenschilddaten des Motors korrekt in den Frequenzumrichter einzugeben: Nennspannung (380 V/50 Hz), Nennstrom (laut Motortypenschild), Nenndrehzahl (bei YZR-Reihe üblicherweise 960/1440 U/min), Leistungsfaktor (0,78–0,85) sowie Nennleistung. Fehlerhafte Motordaten führen zu unzureichendem Drehmoment, Überstrom oder unzulässigen Drehzahlabweichungen. Nach Abschluss der Identifikation sind die Parameter zu speichern und die ermittelten Motorwerte mit den Sollwerten abzugleichen.
Drehzahl-Sollwert und Regelungsart konfigurieren
Die Drehzahlvorgabe der Kran-Frequenzumrichter erfolgt wahlweise über Mehrfachdrehzahlen oder analoge Sollwerte. Bei der Mehrfachdrehzahl-Variante werden über Digitalausgänge der SPS feste Drehzahlstufen angewählt. Für das Hubwerk wird eine Konfiguration mit 4–8 Stufen empfohlen (Kriechgang 5 Hz, mittlere Geschwindigkeit 25 Hz, Nennfrequenz 50 Hz), für Kranbrücke und Laufkatze sind 2–4 Stufen üblich. Die analoge Sollwertvorgabe erfolgt über ein 0–10-V- oder 4–20-mA-Signal der SPS und ermöglicht eine stufenlose Steuerung. Sie wird bevorzugt für das Hubwerk sowie für Anwendungen mit Pendeldämpfung eingesetzt, bei denen eine hohe Drehzahlgenauigkeit gefordert ist.
Die Geschwindigkeitskurve ist mit S-förmiger Beschleunigungs- und Verzögerungsrampe sowie einem Rundungsbogen im Anfangsbereich zu konfigurieren. Für das Hubwerk gelten Beschleunigungszeiten von 2–4 s und Verzögerungszeiten von 4–6 s (die Verzögerungszeit ist länger als die Beschleunigungszeit, um das Lastrutschen zu minimieren). Die S-förmige Rundung im Anfangsbereich wird auf 0,2–0,5 s eingestellt, um einen weichen Anlauf und Auslauf zu gewährleisten und das Pendeln der Last zu reduzieren. Beispielhafte Parameterwerte: P1120 (Beschleunigungszeit G120) = 3,0 s, P1121 (Verzögerungszeit) = 5,0 s. Für die Kranbrücke gelten Beschleunigungszeiten von 3–5 s und Verzögerungszeiten von 5–8 s; für die Laufkatze 2–4 s bzw. 3–5 s.
Bremskonfiguration für Hubwerk und Fahrwerke
Das Bremssystem eines Brückenkrans besteht aus der mechanischen Bremse (Haltebremse) und der elektrischen Bremsung über den Frequenzumrichter. Beide Systeme müssen verriegelt zusammenwirken. Für die elektrische Bremsung stehen drei Verfahren zur Verfügung: Gleichstrombremsung, dynamische Bremsung über Bremswiderstand und Rückspeisung. Bei Kranen am häufigsten eingesetzt wird die Gleichstrombremsung in Verbindung mit einem externen Bremswiderstand. Während der Verzögerung wird die vom Motor erzeugte Bremsenergie über den Bremswiderstand in Wärme umgewandelt.
Auslegung des Bremswiderstands: Der Widerstandswert richtet sich nach der Empfehlung des Frequenzumrichter-Handbuchs (bei der Baureihe G120 üblicherweise 27 Ω). Die Leistung wird anhand der Bremshäufigkeit des Hubwerks berechnet (Anzahl der Bremsvorgänge pro Stunde × Bremsenergie pro Vorgang). Empfohlen wird eine Nennleistung des Bremswiderstands von 20 %–30 % der Nennleistung des Frequenzumrichters. Zur zeitlichen Verriegelung der mechanischen Bremse: Der Freigabebefehl für das Öffnen der Bremse wird erst erteilt, nachdem der Frequenzumrichter ein Drehmoment aufgebaut hat. Vor dem Abschalten der Ausgangsspannung wird die Bremse geschlossen und erst danach das Drehmoment zurückgenommen, um Lastrutschen zu verhindern. Die Öffnungsverzögerung wird auf 0,2–0,5 s, die Schließverzögerung auf 0,1–0,3 s eingestellt.
Überlastschutz des Bremswiderstands: Über das Temperaturmodell (Parameterreihe P0530) wird die Widerstandstemperatur überwacht. Überschreitet die Oberflächentemperatur 200 °C, meldet der Frequenzumrichter eine Störung und stoppt den Antrieb. Der Tastgrad des Brems-Choppers ist auf 100 % zu begrenzen. Detaillierte Hinweise zu Wartung und Einstellung der Bremse finden Sie im Abschnitt „Bremse“ des Artikels zur regelmäßigen Wartung von Brückenkranen.
Schutzfunktionen am Frequenzumrichter einstellen
Eine korrekte Konfiguration der Schutzfunktionen des Frequenzumrichters kann mehr als 80 % der elektrischen Geräteschäden vermeiden. Zu den wichtigsten Schutzparametern gehören: Motorschutz (elektronisches Thermorelais nach dem I²t-Modell, Stromschwelle auf 110 % des Motornennstroms, Auslöseklasse Class 10 geeignet für den häufigen Start-Stopp-Betrieb von Kranen), Überspannungsschutz (Schwelle für den Gleichspannungszwischenkreis 820 V bei 380-V-Systemen; bei Überschreitung Strombegrenzung mit Drehzahlreduzierung oder Störabschaltung), Phasenausfallschutz (sowohl für die Eingangs- als auch für die Ausgangsseite zu aktivieren, Erkennungszeit 0,5 s) sowie Erdschlussüberwachung (aktiviert, erkennt der Frequenzumrichter Ableitströme auf der Ausgangsseite).
Technische Stellungnahme von Kelude Schwerindustrie:
„Die Konfiguration der Schutzfunktionen ist die entscheidende Barriere für den langfristig stabilen Betrieb des Frequenzumrichters. Bei Kelude Schwerindustrie wird vor Auslieferung jedes Krans der Überlastschutz, der Phasenausfallschutz und die Erdschlussüberwachung einzeln geprüft. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Überlastschutz des Bremswiderstands und der Drehzahlabweichungsüberwachung am Hubwerk. Werden diese beiden Parameter falsch eingestellt, kann dies bei häufigen Hubvorgängen schnell zu Geräteschäden oder sogar Sicherheitsrisiken führen. Wir empfehlen, die Wirksamkeit der Schutzparameter einmal pro Quartal zu überprüfen.“
Weitere Schutzparameter: Blockierschutz des Motors (Störung innerhalb von 1 s, wenn der Blockierstrom 200 % des Nennwerts übersteigt), Übertemperaturschutz des Frequenzumrichters (Leistungsreduzierung bei Kühlertemperatur über 85 °C, Störabschaltung bei 90 °C), Drehzahlabweichungsüberwachung (Störung, wenn die Abweichung zwischen Soll- und Istwert länger als 3 s mehr als ±5 % beträgt) sowie Lastmomentüberwachung (dient der Überlast-Erkennung; Störung bei Überschreitung von 150 % des Nennmoments). Die Fehlerreaktion ist für alle Schutzfunktionen wie folgt festzulegen: Hubwerk – Ausgang abschalten und mechanische Bremse schließen; Kranbrücke und Laufkatze – Verzögerung bis zum Stillstand.
Parametervergleich: Frequenzumrichter für Heben, Kranbrücke und Laufkatze
| Parameterprojekt | Hubwerk-Frequenzumrichter | Frequenzumrichter des Brückenfahrwerks | Katzfahrwerk-Frequenzumrichter |
|---|---|---|---|
| Regelungsmodus | Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis(mitEncoder / Drehgeber) | Vektorregelung ohne Rückführung (U/f-Kennlinie) | Vektorregelung ohne Rückführung (U/f-Kennlinie) |
| GeschwindigkeitGenauigkeit | ≤0.01% | ≤0.5% | ≤0.5% |
| Beschleunigungszeit | 2~4Sekunden | 3~5Sekunden | 2~4Sekunden |
| Verzögerungszeit | 4~6Sekunden | 5~8Sekunden | 3~5Sekunden |
| 10tLeistungKonfiguration der Antriebsparameter für Brückenkran-Frequenzumrichter (Heben, Kranbrücke, Laufkatze) | 11kW/25A | 2×3kW/8A | 1.5kW/4A |
| GeschwindigkeitSollwertvorgabe | 4~8Festfrequenzen (Mehrstufen-Drehzahl) + Analogwert | 2~4Festfrequenzen (Mehrstufen-Drehzahl) | 2~4Festfrequenzen (Mehrstufen-Drehzahl) |
| BremsungSollwertvorgabe | GleichstromEinspeisung+Bremswiderstand+MaschinenBremsung | Gleichstrombremsung | Gleichstrombremsung |
| ÜberlastschutzSchwellwert | Nennstrom110% / Class 10 | Nennstrom110% / Class 10 | Nennstrom110% / Class 10 |
| BremswiderstandWiderstandswert | 27Ω / 4kW | Standardmäßig integriert | Standardmäßig integriert |
Reihenfolge der Motoridentifikation
Zuerst die Motordaten vom Typenschild eingeben (Nennspannung/Nennstrom/Drehzahl/Leistungsfaktor), dann statische Identifikation (Kranbrücke/Laufkatze) und dynamische Identifikation (Hubwerk). Nach der Identifikation muss die Abweichung zwischen berechnetem Wert und Typenschildwert ≤5 % betragen.
Mehrstufige Drehzahleinstellung
Hubwerk 4–8 Drehzahlstufen: Kriechgang 5 Hz, mittlere Drehzahl 25 Hz, hohe Drehzahl 50 Hz. Kranbrücke und Laufkatze 2–4 Drehzahlstufen: niedrige Drehzahl 10 Hz, hohe Drehzahl 50 Hz. Die Drehzahlstufe wird über die DI-Klemmenkombination der SPS gewählt.
S-förmige Beschleunigungs- und Verzögerungskurve
An den Anfangs- und Endphasen der Beschleunigung und Verzögerung wird ein S-förmiger Rundungsübergang von 0,2–0,5 s eingestellt, um ein sanftes Anfahren und Stoppen zu gewährleisten und das Lastpendeln zu reduzieren. Hubwerk P1120=3,0 s / P1121=5,0 s, Kranbrücke P1120=4,0 s / P1121=6,0 s.
Zeitablauf der Bremsenverriegelung
Die Bremse wird geöffnet, nachdem der Frequenzumrichter das Drehmoment aufgebaut hat (Verzögerung 0,2–0,5 s). Vor dem Stoppen der Ausgabe wird zuerst die Bremse geschlossen und dann das Drehmoment zurückgenommen (Verzögerung 0,1–0,3 s). Das Öffnungssignal wird über das Relais des Frequenzumrichters an die SPS ausgegeben und dient der Verriegelung.
PROFINET-Kommunikationsparameter
Stationsadresse des Frequenzumrichters (1–3 für Hubwerk/Kranbrücke/Laufkatze), PROFINET-Gerätename, 16-Bit-PZD1-Steuerwort/Statuswort, PZD2-Drehzahlsollwert/Istwert.
Häufige Parameterfehler
Zu hoher Motornennstrom führt dazu, dass der Überlastschutz nicht auslöst und der Motor durchbrennt. Zu kurze Beschleunigungszeit verursacht Überstromauslösung. Wenn die Drehzahlabweichungsüberwachung nicht aktiviert ist, kann ein Leitungsbruch am Encoder zu unkontrolliertem Lauf führen. Zu geringe Leistung des Bremswiderstands führt zu Überhitzung und Zerstörung.
Häufige Fragen zu Kran-Frequenzumrichtern
F: Wie werden Beschleunigungs- und Verzögerungszeit am Kran-Frequenzumrichter eingestellt?
A: Die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit am Kran-Frequenzumrichter wird entsprechend der Antriebscharakteristik und der Lastbedingungen eingestellt. Hubwerk: Beschleunigung 2–4 s / Verzögerung 4–6 s (die Verzögerungszeit ist länger als die Beschleunigungszeit, um Lastrutschen zu verhindern). Kranbrücke: Beschleunigung 3–5 s / Verzögerung 5–8 s. Laufkatze: Beschleunigung 2–4 s / Verzögerung 3–5 s. An den Anfangs- und Endphasen der Beschleunigung und Verzögerung wird ein S-förmiger Rundungsübergang von 0,2–0,5 s für einen sanften Übergang eingestellt. Nach der Parametrierung muss das Bremsverhalten bei 50 % und 100 % Last verifiziert werden; die Abweichung darf ≤ v/100 betragen.
F: Was sind die Ursachen für eine Überstromstörung am Kran-Frequenzumrichter?
A: Häufige Ursachen für eine Überstromstörung am Kran-Frequenzumrichter: ① Zu kurze Beschleunigungszeit führt zu übermäßigem Stromanstieg; ② Motoridentifikation nicht durchgeführt oder ungenaue Motorparameter; ③ Frequenzumrichter gibt Leistung aus, während die Bremse noch geschlossen ist (Bremsenklemmung oder falsche Verriegelungslogik); ④ Beschädigte Motorwicklung oder Kabelisolierung. Empfohlene Fehlersuche: Zuerst die Isolierung auf der Motorseite prüfen, dann den Bremsenzustand kontrollieren, anschließend die Beschleunigungszeit überprüfen und die Motoridentifikation erneut durchführen. Gemäß EN 60204-32 muss nach der Fehlerbehebung ein Leerlaufversuch durchgeführt werden, bevor der Betrieb wieder aufgenommen wird.
F: Warum wird für den Hubwerk-Frequenzumrichter eine Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis benötigt?
A: Das Hubwerk eines Brückenkrans stellt höchste Anforderungen an die Drehzahlregelgenauigkeit und das Drehmomentverhalten. Die Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis nutzt den Encoder zur Echtzeit-Rückführung der tatsächlichen Motordrehzahl und erreicht eine Drehzahlgenauigkeit von ≤0,01 %. Bei Drehzahl null kann sie zudem 150 % des Nenndrehmoments aufbringen, um die Last sicher zu halten. Die Vektorregelung ohne Rückführung liefert bei niedrigen Frequenzen (≤5 Hz) nicht genügend Drehmoment, was zu schwachem Heben oder Lastrutschen führen kann. Für Kranbrücke und Laufkatze sind die Anforderungen an die Drehzahlgenauigkeit geringer; hier ist eine Vektorregelung ohne Rückführung mit einer Genauigkeit von ≤0,5 % ausreichend.
F: Wie wählt man den Bremswiderstand für einen Kran-Frequenzumrichter?
A: Der Bremswiderstand für den Kran-Frequenzumrichter wird gemäß den empfohlenen Widerstandswerten im Handbuch des Frequenzumrichters ausgewählt. Kelude verwendet in der Standardausführung für den 10-t-Brückenkran einen Hubwerk-Frequenzumrichter der Baureihe G120 (11 kW) mit einem Bremswiderstand von 27 Ω / 4 kW. Die Leistung des Bremswiderstands wird anhand der Bremsfrequenz des Hubwerks berechnet: Anzahl der Bremsungen pro Stunde × Bremsenergie pro Vorgang. Die empfohlene Leistung beträgt 20 % bis 30 % der Nennleistung des Frequenzumrichters. Der Bremswiderstand ist an einem gut belüfteten Ort auf dem Schrank oder an der Seitenwand zu montieren und mit einem Temperaturmodellschutz auszustatten (Oberflächentemperatur ≤ 200 °C). Hinweise zum Wartungsintervall der Bremse finden Sie im Abschnitt über die Bremsenprüfung im Wartungshandbuch des Krans.
