變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用

摘要：隨著電氣化設備的大量涌現(xiàn)，變頻調速技術應用越來越廣泛，同時，對其的要求也是逐漸提升，由于其較傳統(tǒng)的交流調速技術具有無法比擬的優(yōu)勢，深受廣大用戶喜愛。文章結合實際工作經驗，闡述了變頻調速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，說明了變頻調速技術的主要特點，詳細分析了變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用，從而提高了起重機的效率，優(yōu)化了起重機的工作性能。

關鍵詞：變頻調速技術；起重機；調速系統(tǒng)；電氣化設備；行走機構；變頻器

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）05-0037-03

1 概述

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，變頻調速技術也取得了很大的提升，目前變頻調速技術已廣泛應用于工業(yè)生產中，與直流調速系統(tǒng)相比，其調速指標高、結構簡單、維護便利、效率高、工作可靠性高、性能好，為以交流異步電動機為驅動的起重機提供了有利條件，利于進行大范圍的調速，深受廣大用戶的喜愛。在交流調速技術中，變頻調速技術是一種效率很高的技術，其具有外圍控制線路簡單、運行可靠性高、保護監(jiān)測功能完備、維護工作量小等特點，在很多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的交流調速系統(tǒng)。

2 變頻調速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

我國變頻調速技術發(fā)展較慢，真正將變頻調速技術應用在起重機上的時間也不是很長，起步于20世紀90年代初，多用于行走機構，變頻調速技術很不成熟。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，變頻調速技術也日益提升，連續(xù)開發(fā)出高性能的變頻器來滿足不同客戶需求，注重硬件和軟件質量，增加了變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用范圍。

目前變頻器在起重機中應用的主要是直接轉矩控制和矢量控制兩種方式，前者可以完全摒棄解耦控制思想，利用檢測到的定子電壓和電流，取消了旋轉變換和矢量計算，借助計算電機的磁鏈和轉矩，實現(xiàn)對磁鏈和轉矩的雙位式控制，是一種動態(tài)性能的交流調速方法；后者簡化了異步電機模型，并綜合考慮了瞬態(tài)狀況，確保了電機的良好動態(tài)性能，與此同時，也準確地控制了電機的穩(wěn)態(tài)性能。

3 變頻調速技術的主要特點

3.1 調速范圍大，性能好

起動機中的變頻器內部有專門的模塊化設計，因此其環(huán)境適應性較強、集成度高，伺服響應優(yōu)良。起重機的調速系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制，增強了調速的可靠性和防失速能力，提高了限速能力。起重機的實際操作人員可以依據實際的作業(yè)要求，加強力矩控制能力，選擇操作電位器，增強對急速負載波動的適應性，隨時修改各個擋位的速度值，實現(xiàn)無級調速。

3.2 明顯改善結構受力狀態(tài)

變頻器是采用軟啟動技術和軟停止技術的裝置，把其應用于起重機調速系統(tǒng)時，致使起動機的啟動和制動都比較穩(wěn)定，減少了對鋼結構和傳動結構的沖擊。有關數(shù)據表明，將變頻調速技術應用于起重機調速系統(tǒng)中，明顯改善了起重機的結構受力狀態(tài)。

3.3 結構簡單，易維護

起重機的變頻調速控制系統(tǒng)設計合理，具有過流保護和接地保護的功能，并采用獨立的控制柜，外觀結構簡單，具有自診斷功能，確保控制保護動作的可靠性和準確性，便于檢修。起重機的起升系統(tǒng)經過升級后，增加了起重機的維修空間，減輕了起重機自身的重量，改善了鋼結構的受力狀況，還便于日常的維修保養(yǎng)。變頻調速控制系統(tǒng)還實現(xiàn)了過壓保護、短路保護、欠壓保護等功能，實現(xiàn)了超載報警功能，利用PLC通信實時顯示故障，及時給出處理方法，便于查找故障和維修。

3.4 安全性高，節(jié)能效果顯著

起重機是由閉環(huán)矢量控制工作，其具備了零速轉矩的功能。當起重機起升機構制動器產生機械故障而出現(xiàn)失靈情況時，變頻器會自動增大輸出轉矩，以足夠大的輸出轉矩來使負載停止下滑，進而提高系統(tǒng)的安全性。變頻器在自動節(jié)能操作模式下工作，不僅能較大地提高系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)的安全性，同時還能大大提高系統(tǒng)的工作效率，使節(jié)電率達到20%左右。

3.5 工作效率高，機械磨損小

起重機的起升系統(tǒng)可以根據負荷大小自動切換，從而實現(xiàn)主鉤、副鉤以及空鉤等不同擋的工作速度之間的切換。這樣不僅減少了速度切換交替所用的輔助時間，而且大大降低了司機的勞動強度，最終達到大大提高起重機的作業(yè)效率的目的。此外，變頻器可以采用軟啟動和軟制動來啟制動，可以較大地減小對鋼結構的沖擊，還可以減輕制動輪與剎車片之間的磨損，減小機械磨損。

4 變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用

目前，針對起重機的特點，為滿足升降作業(yè)的常規(guī)要求，已設計出了應用于起重機起升過程中的矢量控制變頻器，其可以提升起重機調速系統(tǒng)的安全性，進行開機前的力矩校驗和制動器的狀態(tài)監(jiān)測，防止出現(xiàn)載荷倒拉。除此之外，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)電動機輸出力矩記憶功能，自動記錄變頻器的轉矩，自動檢測電機參數(shù)，進行電機自檢測。同時，為調速系統(tǒng)提供脈沖編碼器接口，避免遛鉤現(xiàn)象，進而提升變頻器的動態(tài)響應能力，實現(xiàn)轉速閉環(huán)控制，提高變頻驅動的整體性能。

起重機調速系統(tǒng)由電控設備、機械設備、異步電動機組成，以變頻器為核心，電動機的類型決定轉矩，生產機械的特性決定負載轉矩，這兩者相互獨立。由異步電動機的電壓頻率進行變頻器的起動，通常采用限流加速、限時加速、S形加速三種方式。對于有電流限制功能的變頻器，宜采用限流加速方式；階躍式轉速變頻器宜選用限時加速啟動方式；若想使加速過程緩和些，可以選擇S形加速啟動。對于塔式建筑類起動機，其升高度很高，宜采用恒定轉矩控制方式，電動機的功率一定要和最高轉速的負載功率相匹配，加大低速轉矩，增強轉矩過載能力。若低速運行時間較長，必須增加電動機的散熱能力，采用強迫通風式電動機，提升變頻器容量，避免電動機溫度過高。

起重機的制動也應該采用變頻調速技術，性價比高，從而大大降低系統(tǒng)成本，充分利用了再生能量。通過變頻調速技術，可以改變載荷的離地速度，降低起地動應力系數(shù)和機械制動沖擊力，達到無級調速，增加電動機的制動形式，減輕起重機自身重量，節(jié)省控制柜空間，充分利用PLC優(yōu)勢，減少投資成本，功率高，啟動電流低，降低了配置要求，提高了定位精度，延長了起重機的使用年限，與此同時，也改善了勞動強度，對結構件、電機啟動力矩、回轉、行走機構都有一定程度的影響，降低啟動轉矩，進而降低對傳動部件的要求，消除速度轉化過程中的力矩沖擊，利用力矩可變，降低機械制動運行速度，減少制動沖擊，增加使用

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5 結語

綜上所述，變頻調速技術可以進行穩(wěn)定的低速運行，啟動和制動過程平穩(wěn)，其調速范圍大、定位準確，具有良好的運行性能，精度高。在負載波動很大時，也可以平穩(wěn)運行。因此，人們在變頻調速技術上已做了大量研究，不斷嘗試了不同形式的調速方法，變頻調速技術也經過了漫長的演變過程，目前變頻調速技術已非常成熟，成功研制了大功率的半導體器件，將基于PLC的變頻調速技術應用于起重機調速系統(tǒng)中，在一定程度上，提高了起重機的功能，延長了其使用壽命，有利于工業(yè)安全生產。相關技術人員一定要加強變頻調速技術在起重機調速系統(tǒng)中的應用，提高自動化水平，不斷提高電子元件的制作工藝，不斷優(yōu)化參數(shù)，提高平滑調速性能。相信在我們的不懈努力下，變頻調速技術一定會向著智能化方向發(fā)展，起重機調速系統(tǒng)將更加完善。

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作者簡介：徐永輝（1985-），男，供職于深圳市華升安全檢驗有限公司，研究方向：特種設備安全檢驗檢測。

（責任編輯：周 瓊）