淺談變頻技術(shù)在當(dāng)前起重機中的應(yīng)用

摘 要:通過介紹國內(nèi)外起重機電氣控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，以及主要特點。對變頻調(diào)速控制技術(shù)中幾個關(guān)鍵問題進行了詳細的分析。包括溜鉤技術(shù)，再生制動能量處理技術(shù)，定位與防擺控制技術(shù)等，指出變頻調(diào)速控制技術(shù)已成為高性能交流調(diào)速領(lǐng)域中備受關(guān)注和重點發(fā)展的技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞:起重機變頻調(diào)速定位防擺PLC

中圖分類號:TH12文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)8(b)-0078-02

目前交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，為推動起重機的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。它具有的調(diào)速性能指標(biāo)很高，在工作的過程中，可以使用工作性好，且結(jié)構(gòu)簡單，維修簡便的鼠籠異步電動機，而且使用效果高效、節(jié)能。它外面的控制線路簡單，維修時候的工作量不大，保護監(jiān)測的能力很強，運行的可靠性相對傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)來說，提高很大。因此，采用交流變頻調(diào)速是起重機交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的一個非常重要的方向。

1 變頻器的組成

電機頻率的控制電源設(shè)備—變頻器，組成如圖1所示。

主回路上有安排的人把商用電源整流，然后再轉(zhuǎn)為直流的整流部，還含有使整流后的直流電壓以及電流平滑的直流中間回路部，還同還包括有把直流變換為所需頻率的交流的逆變部所組成。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點

2.1 有效抑制機械沖擊

沖擊過載荷造成的危害是由過荷載的大小所決定的。假如平均加速度原本就比較低，與重力加速度相比比較小，基本上沒什么危害。然而，如果比較大的話，危害也會成比例增加。如:當(dāng)平均加速度是0.5m/s，機械制動所造成的瞬間加速度是他的3倍，此時過載的相對比例是(9.8+1.5)/9.8=115％，并不是很嚴重。但是當(dāng)加速度是2m/s的時候，瞬間加速度的比例相同，此時過載荷的相對比例是(9.8+6)/9.8=161％，同時該荷載還是沖擊荷載，他所造成的疲勞損害，要比靜載的時候大的多。

采用變頻調(diào)速后，因為他的瞬間加速度與平均加速度相差不多，因此在平均加速度相同的前提下，此時的過載的相對比例僅僅是125％，同時他還不是沖擊荷載，因此其危害程度也就被大大地減輕了。因此如果起重升機構(gòu)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以很明顯地抑制有害沖擊荷載，保護設(shè)備，而且還可以提高作業(yè)效率。

2.2 結(jié)構(gòu)簡單，便于維修

變頻調(diào)整控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單、可靠性高而且還易于維修。它具有獨立的控制柜，系統(tǒng)設(shè)計的非常合理，從外觀來看，也非常簡單，因此檢修起來相當(dāng)方便。尤其是它的起升系統(tǒng)，采用一套裝置實現(xiàn)了原來需要兩套起升控制裝置的功能才能實現(xiàn)的功能，大大減輕了小車的自重，同時還明顯改善了鋼結(jié)構(gòu)受力狀況，以及增加了小車的維修空間，非常有利于日常的保養(yǎng)和維護。

系統(tǒng)還可以進行過流保護、短路保護、欠壓保護、過壓保護、接地保護，從而大大提高了控制、保護動作的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)還能夠進行自我診斷，通過同PLC通信實現(xiàn)故障實時顯示，而且還可以及時地找出處理對策，因此對于故障的查找和維修非常方便。

2.3 實現(xiàn)機械制動控制

變頻器接收到起動命令后，在收到轉(zhuǎn)矩驗證成功且沒有停止命令時，經(jīng)過設(shè)置的制動松開延時時間后，變頻器輸出制動開啟信號，制動器松開，反饋的制動確認信號正常開啟后，變頻器升高輸出頻率至設(shè)定值。當(dāng)變頻器接收到停止命令后，先電氣制動，當(dāng)速度降為零后，變頻器撤去機械制動開啟信號，機械制動器抱緊電機軸。

2.4 提高安全性

采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，機構(gòu)的使用性能平穩(wěn)，高效，定位更加準(zhǔn)確，從而使安全性能大幅提高。

2.5 延長使用壽命

由于采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電機起動時，對電流的要求降低，電流變小，使得頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長。

3 起重機變頻調(diào)速控制的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)起重機的運行特點，采用變頻調(diào)速控制時，主要必須解決以下幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 防停滯

即使在低頻的情況下，轉(zhuǎn)矩的輸出也是恒定的，這樣，在滿負載的時候，就不會出現(xiàn)停滯的情況。由于變頻調(diào)整系統(tǒng)采用的是增量式脈沖編碼器的閉環(huán)控制速度反饋，因此保證了系統(tǒng)的調(diào)速的硬度，而且還具有良好的低頻轉(zhuǎn)矩特性能，即使是在0Hz的時候，電機還是可以輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩。從而可以避免在低頻滿負載狀的情況下，帶不動負載的現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 防溜鉤

采用變頻系統(tǒng)后，可以有效防止機構(gòu)在滿負載時在空中制動停車，同時還可以防止再提升過程中出現(xiàn)溜鉤的現(xiàn)象。制動器與電動機之間，在貨物提升或者是下降的過程中，必須要緊密配合，因為一旦發(fā)生抱緊到松動的轉(zhuǎn)換，就會消耗時間，導(dǎo)致電動機在通斷電的瞬間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。采用變頻器之后，系統(tǒng)具有的零速全轉(zhuǎn)矩功能，從而可以有效避免溜鉤現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 能量再生利用

如果起升機構(gòu)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，那么它在拖動位能性負載下放，或者是在平移機構(gòu)急減速、順風(fēng)運行的時候，異步電動機就會處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的回饋二極管，會將傳動機構(gòu)的機械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間的直流回路，通過變頻調(diào)整系統(tǒng)中的電容，把電能儲存起來，從而實現(xiàn)能理的再利用。假如沒有采取必要的措施，就會造成能量的浪費，同時，這部分浪費掉的電能，還可能會對該機構(gòu)造成損壞。

3.4 定位和防擺

該系統(tǒng)采用的是模糊控制系統(tǒng)，從而可以保證機構(gòu)的靈活性，結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。為了研究的方便，在本文中，我們沒有考慮負載提升，而且假設(shè)繩長是固定不變的。我們通過控制電機，把小車帶到指定的位置。在小車行駛的過程中，我們要求小車是依照參考速度曲線行駛的，小車到達的同時，懸繩擺角和擺角速度也減為0。本系統(tǒng)中，利用3個模糊控制器，分別對小車的位置，起升與擺動進行控制。

4 變頻器調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展

4.1 低噪音

在設(shè)備運作的過程中，所產(chǎn)生的噪音給社會，給附近居民的生活帶來極大的危害。降低噪音，是變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。我們可以通過在通用變頻器輸入側(cè)加交流電抗器，或者是有源功率因數(shù)校正電路APFC。在逆變電路中，我們一般采取Soft-PWM控制技術(shù)，從而可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的降噪處理。

4.2 專用化

隨著社會的發(fā)展，對變頻調(diào)速的要求也越來越細化，這種要求我們根據(jù)需要，針對不同類弄的要求，設(shè)計不同類型，不同特點，各有側(cè)重的變頻調(diào)速系統(tǒng)，更好地為社會服務(wù)。目前常用的專用調(diào)速系統(tǒng)主要有:風(fēng)機水泵空調(diào)專用型，起重機專用型，恒壓供水專用型，交流電梯專用型等。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化

新弄的變頻器應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)與計算機的互聯(lián)，通過提供多種兼容通信接口，支持各種不同的協(xié)議，從而實現(xiàn)通過計算機，對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)的控制更加快捷方便。

4.4 傻瓜式操作

現(xiàn)在的變頻器操作較為復(fù)雜，推廣過程中，受到一定阻力，我們應(yīng)當(dāng)設(shè)計出操作更為簡便的新型變頻調(diào)速系統(tǒng)，使操作變得更為簡便。

5 結(jié)語

目前，利用變頻器調(diào)速盡管是非常好的發(fā)展方向，但仍然受到成本等諸多方面的限制。因此，還需要各個方面的相互配合，從而盡快提升我國的起重機技術(shù)水平，提高系統(tǒng)的可維護性，可操作性，安全性等，為推動我國起重機的發(fā)展與縮小國外同行的技術(shù)差距做出重要的貢獻。

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