變頻器在門座式起重機(jī)中的應(yīng)用

繩建國

【摘 要】隨著變頻器的日益普及，其在港口設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用，門座式起重機(jī)也普遍采用了變頻控制技術(shù)。了解門座式起重機(jī)工況，合理的計(jì)算，選擇變頻控制系統(tǒng)關(guān)系到門座式起重機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】變頻器；門座式起重機(jī)；變頻調(diào)速

門座式起重機(jī)是一種用來起吊、放下和搬運(yùn)重物，并使重物在一定范圍內(nèi)移動(dòng)的起重、搬運(yùn)設(shè)備，在生產(chǎn)過程中起著重要作用。門座式起重機(jī)系統(tǒng)分為起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走四部分。

一、門座式起重機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)

門座式起重機(jī)的各類機(jī)構(gòu)都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，此外，不同的機(jī)構(gòu)還具有各自的特點(diǎn)。

（一）起升機(jī)構(gòu)由于重物在空間具有位能，是位能性負(fù)載。其特點(diǎn)是：重物上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)克服各種阻力而作功，屬于阻力負(fù)載；重物下降時(shí)由于重物本身具有按重力加速度下降的能力，因此當(dāng)重物的重力大于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物本身的重力是下降的動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)成了能量的接受者，屬于動(dòng)力負(fù)載；但當(dāng)重物的重力小于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物仍需由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下降，屬于阻力負(fù)載。

（二）變幅、旋轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)都是阻力負(fù)載。但室外起重機(jī)的這些機(jī)構(gòu)有時(shí)在較大風(fēng)下成為動(dòng)力負(fù)載。

二、常規(guī)調(diào)速方式的不足

QM1630門座式起重機(jī)起升結(jié)構(gòu)由2臺(tái)160KW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，變幅由1臺(tái)37KW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)由2臺(tái)22KW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，行走由4臺(tái)11KW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。在常規(guī)傳動(dòng)控制中，采用轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式。但由于工作環(huán)境差，粉塵和有害氣體對(duì)電機(jī)的集電環(huán)、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務(wù)重，實(shí)際過載率高，沖擊電流偏大，容易造成電動(dòng)機(jī)觸頭燒損等，影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和安全。綜上所述，常規(guī)調(diào)速方式存在的主要缺點(diǎn)有：

（一）拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量大，起動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；

（二）起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走各機(jī)構(gòu)起動(dòng)、停止速度過快，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊較大，機(jī)械設(shè)備使用壽命縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性較低；

（三）電動(dòng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)矩下工作，而每次升降的負(fù)載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費(fèi)；

（四）起重機(jī)每天需進(jìn)行大量的卸裝操作，由于繞線式電機(jī)調(diào)速是通過電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主要控制元件——交流接觸器來接入和斷開電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上串接電阻的，切換十分頻繁，電流較大時(shí)易燒壞觸頭；

（五）在起重機(jī)起升的瞬間，升降電動(dòng)機(jī)有時(shí)會(huì)受力不均勻，易過載，造成鋼絲繩斷裂；

（六）為適應(yīng)起重機(jī)的工況，起重機(jī)的操作人員經(jīng)常性的反復(fù)操作，起重機(jī)的電器元件和電動(dòng)機(jī)始終處于大電流工作狀態(tài)，降低了電器元件和電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

三、變頻器調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)

采用變頻調(diào)速和可編程控制技術(shù)控制門座式起重機(jī)各系統(tǒng)，不僅可以明顯提高門座式起重機(jī)的安全性、可靠性，而且可以提高裝卸效率，減少能源的損耗，降低維修費(fèi)用和勞動(dòng)強(qiáng)度。滿足其工況及作業(yè)需要。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下7點(diǎn)。

（一）明顯改善鋼結(jié)構(gòu)性能。變頻調(diào)速使起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走運(yùn)行平穩(wěn)，制動(dòng)沖擊小。

（二）變頻調(diào)速以其體積小、通用性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作頻率高、保護(hù)性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。

（三）工作可靠性顯著提高。主要有：①制動(dòng)電磁鐵的壽命大大延長。②系統(tǒng)的故障率大為下降。

（四）節(jié)能效果十分可觀。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)消耗大量的電能；采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，不僅外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，而且在起重機(jī)放下重物時(shí)，還可將重物釋放的位能反饋給電源。

（五）調(diào)速質(zhì)量明顯提高。調(diào)速范圍寬、性能好，調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時(shí)間低速運(yùn)行，具有很高的定位精度和運(yùn)行效率。起升、變幅、旋轉(zhuǎn)工作速度可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，操作者可根據(jù)負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速。

（六）可簡化傳動(dòng)鏈。由于可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，從而在機(jī)械上省去了非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的減速箱。

（七）結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易維護(hù)。各系統(tǒng)采用獨(dú)立的控制柜，外觀結(jié)構(gòu)十分簡單，便于日常保養(yǎng)和維修。使用變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行，可以進(jìn)行電機(jī)的軟起動(dòng)，而讓電機(jī)具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并且實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；對(duì)電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時(shí)、很準(zhǔn)確地檢測(cè)，并自動(dòng)采取應(yīng)變措施保護(hù)電機(jī)，確保了控制、保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性。

四、變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要點(diǎn)

門座式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制動(dòng)作包括：起升、下降、開閉斗、單機(jī)、雙機(jī)、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走等。所有這些，都可以通過可編程邏輯控制器（PLC）和變頻器進(jìn)行無觸點(diǎn)控制。門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需注意防止溜鉤的控制。

防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題有：

（一）電磁制動(dòng)器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時(shí)間的，約0.6S（視型號(hào)和大小而定），因此變頻器如過早地停止輸出，將容易出現(xiàn)溜鉤。

（二）變頻器必須避免在電磁制動(dòng)器抱閘的情況下輸出較高頻率達(dá)到一定的起動(dòng)力矩，防止溜鉤的發(fā)生。

具體控制方法如下：

（一）重物高空停止的控制過程為：①設(shè)定一個(gè)停止起始頻率fBS，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到fBS時(shí)，變頻器將輸出一個(gè)“頻率到達(dá)”信號(hào)，發(fā)生制動(dòng)電磁鐵斷電指令；②設(shè)定一個(gè)fBS的維持時(shí)間tBS，tBS長短因略大于制動(dòng)電磁鐵從開始釋放到完全抱閘所需要的時(shí)間；③變頻器將工作頻率下降至0。

（二）重物升降的控制過程為：①設(shè)定一個(gè)升降起始頻率fRD，當(dāng)變頻器的工作頻率上升到fRD時(shí)，將暫停上升；為確保當(dāng)制動(dòng)電磁鐵松開后，變頻器已能控制住重物的升降而不會(huì)溜鉤，在工作頻率達(dá)到fRD的同時(shí)，變頻器將開始檢測(cè)電流，并設(shè)定檢測(cè)電流所需時(shí)間tRC；②當(dāng)變頻器確認(rèn)已有足夠大的輸出電流時(shí)，將發(fā)出一個(gè)“松開”指令，使制動(dòng)電磁鐵開始通電；③設(shè)定一個(gè)fRD的維持時(shí)間tRD，tRD的長短應(yīng)略大于制動(dòng)電磁鐵從通電到完全松開所需時(shí)間；④變頻器將工作頻率上升至所需頻率。

五、結(jié)語

門座式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用PG矢量控制，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快、可靠性高，是一種理想的起重機(jī)專用交流無級(jí)調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。起重機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，整機(jī)性能有較大提高；可無級(jí)調(diào)速、行走平滑穩(wěn)定；電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡單、可靠性高，能在惡劣環(huán)境下使用，極大地改善了維護(hù)性能；完善的保護(hù)功能減少了起重機(jī)故障，提高了安全性能；變頻器可以減少起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的用電質(zhì)量。endprint