抓斗卸船機電氣傳動系統改造方案

楊海超

摘 要：隨著我國科學水平的不斷提高，社會大眾對電力傳動系統有了更高層次的要求，抓斗卸船機電氣傳動系統是電力系統的主要設備之一，在受力、適應能力、造價、出力等方面都有著很大的優勢，如今已經在我國卸船機領域中占據了主導地位。抓斗卸船機電氣傳動系統的構造形式多樣，可分為自行小車式和牽引小車式，該文就以抓斗卸船機電氣傳動系統為中心，詳細論述該系統的關鍵理論和運行特點，對傳統傳動系統的存在一些問題進行具體分析，并針對這些問題提出可行的改進措施。

關鍵詞：電氣傳動 抓斗卸船機 系統運行 系統改造

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0096-01

近幾年，我國電力行業取得了飛速的進步，發電行業以及鋼鐵生產行業也取得了全新的進展，抓斗卸船機是發電廠，鋼鐵產業等領域的主要應用設備，應用量逐年提高。調查發現，20世紀80年代的抓斗卸船機多以直流調速系統為主，而隨著我國控制技術的不斷發展，在交流變頻技術方面取得了一定的成就，同時，研究表明交流變頻控制技術在控制能力和額定功率方面與直流調速系統相比都有著很大的優勢。例如交流變頻系統有著更高的額定功率，交流變頻系統對變頻單元的控制方式更多樣等，符合大型港口機械的需要，為電氣傳動系統的進一步改造創造了條件。但是由于交流變頻系統的應用時間較短，應用水平有限，企業對該技術的使用還不是很嫻熟，該文就從技術、經濟、理論等幾個角度對抓斗卸船機電氣傳動系統進行全方位的敘述。

1 直流調速與交流變頻調速的特性比較

1.1 原理比較

直流調速系統的主要技術設備為直流電動機，其基本工作原理為，系統利用晶閘管設備將交流整合為直流，并通多輸入直流的強度或電壓的改變，將速度信號，電力信號與轉矩信號的變化加入到電流的變化之中，從而有效地對直流電動機輸入電信號強度的進行監控，實現對速度進行調節的目的。而交流變頻調速系統的主要設備為半導體設備，其基本工作原理為系統利用半導體設備的通斷特性，將其轉換為一種電能控制設備，通過其工作頻率與工作幅度的改變來實現對速度的調控，并完成交流電機的啟動，運行和變頻過程。綜上所述，直流調速系統與交流變頻系統的工作原理完全不同，應用兩種理論控制系統必須采用一些不同的控制方案，因此有必要對系統方案進行全面改造。

1.2 優勢，劣勢比較

分析表明，直流調速系統的優勢為：（1）過載能力較強，過載率可達到150%以上。（2）起動力矩較大，有利于恒久運作。（3）調速范圍較大，速度的調節空間較大。（4）系統需要采取的原件數量較少，成本較低。劣勢為：（1）如果設備出現故障，整修難度較大。（2）維護難度高，工作量大，且維護設備的檢修頻率較高。（3）防護等級較低。而與之相比，交流變頻系統的主要優勢為：（1）維修難度較低，工作量小，維修設備檢修頻率較低。（2）防護等級很高，可達到IP56。主要劣勢為：（1）系統過載能力較差，僅為120%左右。（2）起動力矩較小。（3）成本較高。

1.3 工作狀態比較

（1）直流電機的基速具有不確定性，可被設置為200～3 800轉/分，額定速度也在于這一范圍之中。而交流變頻調速系統的基速是固定的，可以為500，1 000，1 500轉/分等幾種，而額定速度要小于這些固定值。（2）直流電機的換向能力較差，在很大程度上抑制了功率的增加。（3）交流電機的轉矩較小，同時，最大轉矩與速度的平方成反比關系，同樣不利于功率的提升。（4）直流電機在低速運行，長期運行以及恒功率運行狀態下的優勢更明顯。（5）交流電機的速度變化范圍在輸出功率較大的情況下會變小。（6）交流變頻電機的轉動慣量要大于直流電機，在某些機械設備的使用上受一定的限制。（7）直流電機的弱磁速度范圍在有無補償的狀態下不發生改變，而交流變頻電機在兩種狀態下會發生一定變化。

2 抓斗卸船機電氣傳動系統改造方案

2.1 交流變頻調速改造

如今，我國計算機水平不斷提高，計算機技術已經應用到了生產，生活中的各個角落，自然，電力傳統系統的高效運行也離不開計算機技術。數字化微處理技術做為計算機技術的一個重要分支，其發展已經十分成熟，幾乎可以滿足任何傳動系統的發展需要。對于新時代的抓斗卸船機電氣傳動系統來說，直流調速已經過時，必將被交流變頻調速所替代。交流變頻有節約能量，流程簡單，質量高等優勢，是未來最具發展前途的調控手段。具體來講，將調速方式改為交流變頻的原因為：交流電動機的防護效果好，能夠減少工作量，提高設備的統一性和互換性，能夠在很大程度上提高速度調節的質量。

2.2 數字化改造

直流調速系統已經從模擬，數字的混合化調控模式發展到了全數字化調控。這一發展方式也為交流變頻調速系統的改造提供了思路。全數字化調控系統的具體優勢為：（1）投資成本低。（2）系統流程簡單，易于操作，易于理解。（3）能夠實現控制的自動化與實時化。（4）可以繼承數字信號保密性好，可靠性好，易于處理等數字化優勢。同時，必須承認數字化調控系統也具有維護難度較大等缺點，但是，綜合考慮，全數字化調控系統的優勢更強，發展前景更好，應該被納入傳動系統改造的重要一環。

3 結語

對早期投產的抓斗卸船機直流調速系統進行全數字式直流調速系統升級更換改造是較為理想的改造方案，性價比較高但是，在資金生產允許的情況下，進行全數字式交流變頻調速系統換型改造也不失為一個備用方案。

為了提高卸船機整機電氣系統的自動化控制功能，建議在進行電氣傳動系統改造的同時對PLC系統進行升級改造，將會極大地提高其自動化控制水平。

參考文獻

[1] 董呈彬.變流技術在海洋鉆井平臺電傳動系統中的應用[J].中國電力教育，2011（12）.

[2] 陳仁富，常春馨.頻率域內二次型性能指標最優理論在直流調速系統中的應用[J].山東大學學報：工學版，1983（3）.

[3] 陳維鈞，何德裕，范懋基.人工智能用于無縫鋼管減徑機的改造[J].上海交通大學學報，1992（2）.