岸橋電氣驅動和控制系統的基本方式及特點分析

顧曉海

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

岸橋電氣驅動和控制系統的基本方式及特點分析

顧曉海

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

現代岸邊集裝箱起重機的電氣驅動以及控制系統是現階段的重點研究方向之一。我們通過岸橋的發展特點來進行統計和研究，對岸橋的交流驅動及直流驅動這兩種方式分析比較其各自的優缺點，而后確定選擇哪一種岸橋驅動系統的方式最適合。同時對岸橋系統的基本驅動原理進行詳細的探索和研究，并且找出一定的規律。

岸橋電氣驅動；控制系統；基本方式及特點

在岸橋的設計前期，我們首先需要確定電氣驅動方案。在進行方案實施的過程中，要確定所驅動的對象負載有多大，并且確定負載的基本特點。在岸橋的一般運行中，負載的基本特點可以確定為：起重機的起升機構是一個位能性質的負載量，在起重量不改變的情況下，無論多大的轉速，負載的轉矩保持不變，并且這一負載的方向也是與轉矩方向相似，它不隨著電機轉速的方向改變而改變。在集裝箱的起重機日常工作中，有一半的時間是空載運行。根據這一特點，起重機即使是帶載運行，也需要在一定的工作制（如S1）下按照循環功率運行。因此，在日常工作時，為了可以有效的提高工作的效率，可以在空載的時候加快起重機的工作速度。

1 直流驅動與交流驅動的分析

1.1 直流驅動與交流驅動比較

針對于岸橋式的起重機我們需要對其驅動進行分析和比較，也就是對直流驅動和交流驅動這兩種方式進行系統、詳細以及全面的分析和研究。在上個世紀的八九十年代時，岸橋一般都是采用直流驅動的方式來運行。這種直流驅動方式的優點，可以分析為：第一，直流驅動調節速率的能力比較好，相對來說比較容易實現電壓的調節；第二，在啟動的時候轉矩比較大，在基本動態情況下響應非常好，有非常好的啟停制動特性；第三，在起重機下降的時候，能夠更好的將轉變完成的電能及時反饋到電網之中，并且整體的系統效率高，在一定程度上可以節約資源。其缺點：第一點是最為重要的，即直流電機比交流電機的結構復雜，價格較高，不適合長期使用，并且其維護工作難度大、工作量大；第二點就是直流電機會直接或間接造成其力矩變大，使其功率不自然。

1.2 交流驅動系統

驅動系統如圖1所示。

圖1 交流驅動系統示意圖

在岸橋運行的時候，交流驅動裝置在啟動的時候最主要的執行機構是交流的電機，即交流異步電機。在運行之前，交流異步電機在其制作完成之后的基本特性就已經確定，其基本特征為：交流異步電機的輸出轉矩在運行的時候只跟滑差轉速這一項有關。在設備進行空載運行時，電機的轉速跟同步轉速有著直接的關系，并且兩者之間轉速完全相同，在帶載運行時，電機的轉速會隨著負載的不同，在閉環控制情況下自動調節。

2 岸橋對交流驅動系統要求

岸邊集裝箱起重機的結構形式有很多，但主要有單箱梁形式、雙箱梁形式和桁架形式等。小車的驅動形式主要包括鋼絲繩牽引式和自行驅動式兩種常見形式。

在起重機中，對于重要的起升節點，恒功率控制是重要的環節。其實質是：在起重機工作時，額定負載的情況下，電機的轉速為其額定轉速；同時，在設備的負載逐漸減小的時候，電機的整體速度也在不斷地調整。在起重機工作時，變頻器能夠通過閉環控制自動檢測出其自身負載的轉矩，并且根據其自身轉矩的整體變化情況，使其保持恒功率輸出。在起重機空載時，可以提高設備的速度，以提高整體的工作效率。

在設備運行的時候，無論是起升還是俯仰機構，都需要對勢能和動能的轉化作出反饋處理。一般情況下都是可以通過使用制動電阻的方式來進行能量的消耗，但是這一方法比較消耗資源，因此非理想的方法。另一種合理再利用的方式就是將能量直接反饋到電網之中。現階段，可以將已存在的整流橋跟能量反饋組合起來，真正的實現能量的互通。

3 岸橋電氣驅動和控制的基本特征

在現代起重機中，岸邊集裝箱起重機的電氣驅動以及控制是重點研究技術，我們通過分析可以得知，其基本特征有很多，以下我們稍作介紹。

3.1 岸橋向更重、更高、更長、更快的方向發展

（1）岸橋的載荷要求（即起重量）越來越大，造成起重機的自身重量加大。但同時由于對碼頭基礎承受力以及輪壓等方面的要求，起重機的輕量化也是不可回避的要求。從設備或各機構的速度、加速度等方面改善驅動效果，是提高效率的有效途徑。

（2）岸橋的起升高度會越來越高。軌上起升高度隨著集裝箱船舶的改進和增大而不斷增加，而軌下起升高度也隨著各碼頭的基礎條件的改善和優化而不斷增加。這樣，岸橋在運行過程中能量的反饋顯得尤為重要。

（3）岸橋的小車行程越來越長。由于集裝箱運輸船舶規模的增加，在起升機構的起升高度不斷增加的同時，小車向海側行程所要求達到的物理位置越來越遠，即造成小車的總行程加大，并且相應的拖令或拖鏈系統的行程加大，對于電氣驅動即要求更高效和穩定。

（4）岸橋的起升速度是相對比較穩定的參數，空載運行時一般達180米/分鐘，額載運行時為90米/分鐘。不同的加速度要求可以決定起升機構的加速功率，同時也是岸橋上驅動變壓器和起升驅動器選型計算的重要依據。

（5）岸橋的小車速度也是比較穩定的參數，空載和額載運行時一般達240米/分鐘即為較快的速度。而加速時間和加速度的要求，也是決定小車驅動器選型計算的重要因素。

一般要想達到以上的性能指標，要求電氣驅動系統有著非常好的性能，其本質意義就是需要快速響應以及改善功率。

3.2 應該具有起升防下墜功能

在傳統的起重機中，應當在正常運行的時候使其具備一種起升防止下落的功能。在起重機拉起重物的瞬間會有一個短暫的下降，在下降結束之后才會慢慢的升起。根據這一現象我們可以感覺到這一機構還是存在一定的弊端。在起重機提升重物的時候，我們可以適時的增加電動機的輸出功率，增加功率之后會在下降的瞬間增加上升的動力。

3.3 半自動、全自動操作的實現

半自動操作是指除了吊具著箱后的開鎖和閉鎖操作，需要通過操作人員通過手動操作實現外，其它動作均可借助防搖系統、船型掃描系統等輔助系統的功能自動實現。而岸橋全自動化操作的實現更是現代化集裝箱碼頭的趨勢，借助輔助控制系統的協同工作，借助自動化系統的精確定位，實現無人干預的岸橋自動循環工作。這樣就可以大大的降低司機的工作強度，更合理的分配勞動資源，同時提高工作精度、提高生產效率。實現半自動化或全自動化的操作，是現階段起重機的重點研究方向之一。

4 結語

在進行分析和研究之后，根據岸橋的負載以及直流驅動和交流驅動的優缺點的比較，我們可以找到適合于現階段的岸橋驅動系統，這一系統就是交流驅動系統。另外，本文重點介紹了岸橋電氣驅動和控制的基本特征，通過分析和研究找到了適合于岸橋交流驅動控制方式的矢量控制，并且分析了今后的岸橋發展方向，為岸橋電氣的發展提供了參考和借鑒。

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