變頻器在門座式起重機中的應用

繩建國

【摘 要】隨著變頻器的日益普及，其在港口設備上得到了廣泛的應用，門座式起重機也普遍采用了變頻控制技術。了解門座式起重機工況，合理的計算，選擇變頻控制系統關系到門座式起重機運行的安全性和可靠性。

【關鍵詞】變頻器；門座式起重機；變頻調速

門座式起重機是一種用來起吊、放下和搬運重物，并使重物在一定范圍內移動的起重、搬運設備，在生產過程中起著重要作用。門座式起重機系統分為起升、變幅、旋轉、行走四部分。

一、門座式起重機的負載特點

門座式起重機的各類機構都屬于恒轉矩負載，此外，不同的機構還具有各自的特點。

（一）起升機構由于重物在空間具有位能，是位能性負載。其特點是：重物上升時，電動機克服各種阻力而作功，屬于阻力負載；重物下降時由于重物本身具有按重力加速度下降的能力，因此當重物的重力大于傳動機構的摩擦阻力時，重物本身的重力是下降的動力，電動機成了能量的接受者，屬于動力負載；但當重物的重力小于傳動機構的摩擦阻力時，重物仍需由電動機拖動下降，屬于阻力負載。

（二）變幅、旋轉、行走機構都是阻力負載。但室外起重機的這些機構有時在較大風下成為動力負載。

二、常規調速方式的不足

QM1630門座式起重機起升結構由2臺160KW的繞線式異步電動機驅動，變幅由1臺37KW的繞線式異步電動機來驅動，旋轉由2臺22KW的繞線式異步電動機來驅動，行走由4臺11KW的繞線式異步電動機來驅動。在常規傳動控制中，采用轉子串接電阻的調速方式。但由于工作環境差，粉塵和有害氣體對電機的集電環、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務重，實際過載率高，沖擊電流偏大，容易造成電動機觸頭燒損等，影響現場生產和安全。綜上所述，常規調速方式存在的主要缺點有：

（一）拖動電動機容量大，起動時電流對電網沖擊大，電能浪費嚴重；

（二）起升、變幅、旋轉、行走各機構起動、停止速度過快，而且都是慣性負載，機械沖擊較大，機械設備使用壽命縮短，操作人員的安全系數較差，設備運行可靠性較低；

（三）電動機一直在額定轉矩下工作，而每次升降的負載是變化的，因此容易造成比較大的電能浪費；

（四）起重機每天需進行大量的卸裝操作，由于繞線式電機調速是通過電氣驅動系統中的主要控制元件——交流接觸器來接入和斷開電動機轉子上串接電阻的，切換十分頻繁，電流較大時易燒壞觸頭；

（五）在起重機起升的瞬間，升降電動機有時會受力不均勻，易過載，造成鋼絲繩斷裂；

（六）為適應起重機的工況，起重機的操作人員經常性的反復操作，起重機的電器元件和電動機始終處于大電流工作狀態，降低了電器元件和電動機的使用壽命。

三、變頻器調速方式的優點

采用變頻調速和可編程控制技術控制門座式起重機各系統，不僅可以明顯提高門座式起重機的安全性、可靠性，而且可以提高裝卸效率，減少能源的損耗，降低維修費用和勞動強度。滿足其工況及作業需要。其優點主要表現在以下7點。

（一）明顯改善鋼結構性能。變頻調速使起升、變幅、旋轉、行走運行平穩，制動沖擊小。

（二）變頻調速以其體積小、通用性強、動態響應快、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優于以往的任何調速方式。

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

（四）節能效果十分可觀。繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻內消耗大量的電能；采用變頻調速系統后，不僅外接電阻內消耗的大量電能可以完全節約，而且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源。

（五）調速質量明顯提高。調速范圍寬、性能好，調速平穩，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。起升、變幅、旋轉工作速度可實現無級變速，操作者可根據負載的變化，實現平穩調速。

（六）可簡化傳動鏈。由于可以進行無級調速，從而在機械上省去了非標準設計的減速箱。

（七）結構簡單、可靠性高、易維護。各系統采用獨立的控制柜，外觀結構十分簡單，便于日常保養和維修。使用變頻器控制電機的運行，可以進行電機的軟起動，而讓電機具有很快的動態響應并且實現無級調速；對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時、很準確地檢測，并自動采取應變措施保護電機，確保了控制、保護動作的準確性和可靠性。

四、變頻調速系統的控制要點

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

防止溜鉤的控制需要注意的關鍵問題有：

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

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

具體控制方法如下：

（一）重物高空停止的控制過程為：①設定一個停止起始頻率fBS，當變頻器的工作頻率下降到fBS時，變頻器將輸出一個“頻率到達”信號，發生制動電磁鐵斷電指令；②設定一個fBS的維持時間tBS，tBS長短因略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱閘所需要的時間；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設定一個升降起始頻率fRD，當變頻器的工作頻率上升到fRD時，將暫停上升；為確保當制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤，在工作頻率達到fRD的同時，變頻器將開始檢測電流，并設定檢測電流所需時間tRC；②當變頻器確認已有足夠大的輸出電流時，將發出一個“松開”指令，使制動電磁鐵開始通電；③設定一個fRD的維持時間tRD，tRD的長短應略大于制動電磁鐵從通電到完全松開所需時間；④變頻器將工作頻率上升至所需頻率。

五、結語

門座式起重機變頻調速控制系統采用PG矢量控制，穩定性好，響應快、可靠性高，是一種理想的起重機專用交流無級調速電氣傳動系統。起重機采用變頻器驅動后，整機性能有較大提高；可無級調速、行走平滑穩定；電動機構造簡單、可靠性高，能在惡劣環境下使用，極大地改善了維護性能；完善的保護功能減少了起重機故障，提高了安全性能；變頻器可以減少起動時對電網的沖擊，提高了電網的用電質量。endprint