淺析港口機械中變頻器的應用

李立鮑

摘 要：近年來，變頻器在工業生產中獲得了許多的應用，特別是在港口機械中的應用，有效地提高了設備的運行效率及安全性。文章首先分析了變頻器的常見故障，進而對其在港口機械中的應用做了重點研究。

關鍵詞：變頻器；港口機械；應用

中圖分類號：TN773 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0141-02

變頻器在港口機械中的應用有效提升了設備的工作效率，但伴生而來的是不斷改變的交變頻率會形成電磁擾動，這會對港口通訊造成一定的電磁干擾，因此在使用變頻調速來改進港口機械的工作效能的同時，也需要盡可能避免電磁輻射對通訊功能的影響，使得創新科技為我們提供便捷服務的同時，不會破壞原有的生活、工作質量。實踐表明，變頻調速有著顯著的應用優勢，而且其功能性與安全性還在隨著科技的發展不斷加以改善，尤其是節能效果顯著，且便于實現自動化管理。

1 變頻器的常見故障

（1）充電起動電路故障。一般情況下，應用的是電壓型變頻器，通過交-直-交的方式來運行，也就是開始輸入的是交流，經過整流過程后變成直流，接著再通過逆變轉換為交流，并輸送到負載一側。當開始工作時，因為直流一端的平波電容發起瞬時變大 （也就是瞬時電流變大），一般會在其中應用到起動電阻來限定開啟電流，當瞬時充電完畢后，相應電路經過處理將其實現短路，該種故障大多表現為起動電阻損壞，變頻器告警呈現出直流母線的電壓故障。實際上，當變頻器的交流輸入次數過多時，或者當接觸器的觸點連接存在問題時，或者當晶閘管的連通阻值增大時，都有可能造成起動電阻的損壞。一旦遭遇這類問題，應用相同類型的電阻進行調換，并迅速找到造成電阻損傷的具體原因。假如問題出在輸入側電源頻率的開合，就需要快速排除這一問題才能繼續應用變頻器；假如問題出在繼電器觸點或晶閘管，就需要及時替換這些元件。

（2）無故障告警， 但又無法高速運轉。有些情況下，變頻器工作一切正常，無告警產生，但實際運行下，又不可以實現高速運轉，對變頻器進行仔細的檢查，所有參數顯示正常、各個設置無異常、輸入信號準確，運轉時檢測出變頻器的直流母線電壓較低，輸入側存在缺相，產生這一故障的原因多是，輸入端空氣開關存在連接問題或瞬時過熱而發生保護，實際情況下，變頻器缺一相來運行是能夠正常工作的，大部分的母線電壓以400V為下限，也就是說當其電壓下降到了低于400V時，才會出現直流母線低電壓故障。

（3）顯示過流。該種情況的發生屬于較常見的，發生這一故障時，首先要確認加速周期是不是過小，力矩提升參數是不是過高，再就是確認負載是不是過大。假如以上問題都不存在，再切斷輸出端的電流互感器、直流端的霍爾電流檢測點，復位后開啟，觀察是不是發生過流，假如確實發生的話，就有可能是1PM模塊存在問題，因其中包含了以下各種功能：過壓、過載、短路等等，而以上故障顯示都是通過輸出Fn引腳發送到微控器的，獲取到故障信號后，一是關閉脈沖輸出，二是將故障呈現在面板上，這種情況下，多數要替換1PM模塊。

（4）顯示過壓。這種故障的出現，大多是在雷雨天氣時，因為雷電竄入變頻器的電源之中，造成了變頻器直流端的檢測裝置發生反應而跳閘，碰到這一故障，常常只需要切斷電源大約一分鐘之后，再打開，就能夠復位；還有一種可能是變頻器驅使大慣性載荷，就發生過壓，由于產生這種情況時，減速停止是再生制動，變頻器的輸出頻率依照線性下落，而負載電機的頻率超過變頻器的頻率，其處在發電階段，機械能變為電能，并被相應的平波電容獲得，當電能過高時，直流端的電壓會大于最高值而發生跳閘，如果遭遇這一情況，一是將減速周期設定的更長或提升相應的制動電阻；二是將變頻器的停止模式設定成自由停止。

（5）電機工作狀態時過熱， 表現出過載。對于在運轉中的變頻器來說，假如發生這一故障，就需要立刻檢驗負載的情況；對于剛剛裝設的變頻器，假如發生這一故障，可能的原因是V/F曲線設計不合理或電機參數設計不合理，因此在投入使用之前，需要首先設計好各種參數，此外，應用到矢量控制形式時，缺乏準確的設計負載電機的額定電壓、電流等數值，也會造成電機過熱，再就是設計的載波率太高時，也會造成這一故障的產生，還有一種情況，其最初的設計是更多的被應用在低頻段，而未能想到電機散熱情況的處理，這就會造成電機工作時間一長的過熱過載。

2 變頻調速在港口中的應用

在港口的起重機械中，變頻調速的應用效果非常好，其調速范圍寬， 更為平滑，變頻時能夠轉變定子外加電壓，能夠得到恒功率從而符合各類負載的需要，低速期間特性的靜差率相對要高，工作效率以及功率數值較高，是調速方式中未來發展可能最為明顯的。但也有一定的缺點與不足，需要有專門的變頻電源，在調速階段，電機的過載數值明顯下降，更甚者難以承受負載。當前的變頻調速技術有著以下特點：涉及范圍較寬，準確度高等，而且不會對起重機械的正常運行造成任何的影響。

變頻調速應用的是磁通矢量控制方法或大轉矩提高方法，能夠有效地應對港口機械開始轉矩過大、以及負載改變頻繁等問題；其加減速周期的設計，能夠有效地應對港口機械制動的不斷沖擊，使得機械設備的速率改變更具連續性，且運轉穩定；其應用的是到達或檢測信號來實現制動器的閉合，只有在電機的輸出轉矩相比負載轉矩更大的情況下，才會開啟，有效解決了溜鉤情況，還應用電源回饋方法將電機運轉獲得的能量轉換為50赫茲的交流電，以回饋電網，確保變頻器不會擊穿；主控制回路是呈分開狀態，并進行接地處理，有效防止強電對其的不利影響。變頻調速在港口中的應用，能夠實現港口機械在大負載情況下的持續作業，且具有可觀的節能效果。

3 變頻器同步控制在港口中的應用

港口翻車機的使用中，每次要進行兩節車皮的翻卸工作，其組成有以下幾個部分：平臺、底梁、以及端環等。主體構成是設計于翻車機的支撐輪上，通過驅動電機的作用來進行旋轉，在這里可以運用變頻器來實現驅動。不過，也要注意到翻車機在運行階段可能存在的問題：一是，主驅動與從驅動的出力并不完全一致，會產生一定的差值，主變頻器相對的電流與從變頻器相比顯然要高一些；二是，依然是受到受力不均衡問題的影響，會造成變頻器的各個元器件工作壽命的減少，增加主驅動的相應受力，加大磨損的發生，最后造成翻車機常常發生的振動問題；三是，因為變頻器應用的是轉速控制，因此不能夠迅速地應對驅動力矩的改變以給出快速反應，這也會造成翻車機在力矩配置上的不均衡，電機運轉階段還會出現異常抖動等情況。

考慮到以上問題的存在，可以做出以下改進：對變頻控制做出相應的調整、優化。改進的最終目的是：增強控制的準確度以及操作的反應時間。并保證主、次變頻器相對的電機轉速相一致，轉矩相一致。因此，經研究可以采用以下設計方案：一是，基于主驅動變頻器的設計，運行功率設置為200.0kW，控制是以轉矩形式來實現，速度給定形式是PLC模擬量輸出，轉矩給定形式是負載以及驅動轉矩；二是，基于從驅動變頻器的設計，運行功率設置為200.0kW，控制是以頻率形式來實現，速度給定形式是力矩運算、機械構成，轉矩給定形式是主驅動轉矩取值。

在變頻驅動的改進過程中，在電機上裝設了自主運行的檢測器，而且運用可靠軟件來設置變頻器數值，并及時加以調整。此外，從對稱的方面上來講，將所相對的檢測器接線側進行對換，以保證所得到的電機轉動方向是與實際轉動相一致的，從而有效減少了運轉階段出現誤差的可能性。經過以上改進，港口翻車機的工作更加平穩，沒有出現電機抖動等問題。變頻器的輸送電流趨于一致，可以伴隨負載的改變相對發生變化，這就表明改進的效果是明顯的。

4 結束語

隨著電力電子科技的飛速發展，變頻器在工業生產中獲得了許多的應用，特別是在港口機械中的應用，有效提高了設備的運行效率及安全性，其在調速方面具有以下優勢：涉及范圍較寬，準確度高等，不斷被應用到工業生產當中。變頻調速技術因其高效的調速功能，高功率及節能效果，較多的適用領域等優點而被認定為最具發展可能的調速形式。而變頻器同步控制在港口中的應用效果也非常不錯，通過進一步的改進，港口翻車機的工作更加平穩，沒有出現電機抖動等問題?？梢哉f，將變頻器應用到港口機械中，并嚴格把控其同步運行，能夠進一步提高各類機械驅動運轉的安全性、穩定性，為我國港口產業的發展提供保障。

參考文獻：

[1]周法金.關于港口設備中變頻器應用問題探析[J].中國科技博覽，2015（9）：125.

[2]鄭超.港口裝卸設備中變頻器的應用分析[J].工業b，2015（5）：00138-00139.

[3]張云鵬.PLC及變頻器在港口起重設備上的應用[J].工程技術研究，2016（8）.