起重機械電氣調速控制技術現狀及發展趨勢

許剛

摘要：隨著科學技術的發展和社會的進步，機械電氣管理項目的綜合性升級已經成為順應時代發展趨勢的必然選擇，要對起重機械性能進行集中分析，就要對機械總體方案設計的合理性和科學性展開深度整合，以保證機械操作效果的最優化。

關鍵詞：起重機械;電氣調速控制技術;現狀;趨勢

起重機作為一種重要的起重運輸機械，在工業生產中得到了廣泛的應用。對于起重機起升機構的控制，往往要求從控制精度、速度以及防擺等方面進行綜合考慮。變頻調速以其優異的調速和啟、制動性能，高效率、高功率因數和節能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式，是當今節能、改善工藝流程、提高產品質量、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速系統在起重機上的應用有著廣闊的前景。

一、電氣調速控制的方法及現狀

電氣調速控制的方法很多，對于直流驅動，6 0年代采用發電機一電動機系統，從控制電阻分級控制，到磁放大器交磁放大機控制、晶閘管激磁控制、主回路晶閘管整流供電系統。隨著電子技術的飛速發展，控制方式已從分立元件組成模擬量控制發展至今天的數字量控制。交流驅動常采用繞線式電動機轉子串電阻調速。國外有的采用交流電機S C R定子調壓調速;S C R轉子串級調速及轉子斬波調速等。近幾年來，國際上爭相研制變頻調速，P L C可編程序控制器的應用使控制系統的性能更加完善。目前我國使用的起重機械大部分是國產機械，其中大多數機械的調速控制系統采用常規的交流繞線式電機轉子串電阻調速。為獲得低速特性，一般采用能耗制動、渦流制動、反接制動等。隨著我國改革開放的深入，我國起重機械行業也獲得比較大的發展，尤其是電控技術。我們相繼與國際上著名的電氣廠商進行合作，引進、消化、吸收其先進技術。我們引進世界上最先進的直流調速控制技術，即美國G E公司的D C一3 0 0調速系統，絕大多數用于大型岸邊集裝箱起重機、輪胎式橋吊、大型抓斗卸船機、1 6 t帶斗門機等機械上。交流定子調壓如A E G、T E、S I M E N E S，我們也在多臺起重機械上引進使用。直流驅動系統引進了B B C、A E S E A、A B B的設備。P L C已普遍應用。

二、現代起重機交流調速技術的應用

1.傳統起重機調速技術。（1）轉子串電阻調速：繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行，串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上，屬有級調速，機械特性較軟。（2）定子調壓調速：電機轉矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓可以改變電動機的轉矩，從而實現速度控制。其優點是方法簡單，調速平滑，當采用閉環控制時還能達到理想的精度;缺點是調速范圍窄，電動機轉子損耗比較大。（3）串級調速：串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差，以達到調速的目的。該方法簡單方便，但調速是有級的，不平滑，調速效率較高，功率因數較低，電氣制動不夠理想。綜上所述，傳統起重機調速方式存在如下問題：①調速系統的綜合性能指標較差，效率較低;②繞線轉子異步電動機有集電環和電刷，它們要求定期維護，由集電環和電刷引起的故障較為常見;③大量繼電器、接觸器的使用，致使現場維護量較大，調速系統的故障率較高。針對現有技術存在的不足，現代起重機采用變頻調速技術，以程序控制取代繼電器—接觸器控制，進而實現了起重機的半自動化控制。

2.變頻調速技術。變頻調速是通過改變電動機定子電源的頻率從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可以分為交流—直流—交流變頻器和交流—交流變頻器兩大類。變頻調速有很好的運行特性，調速范圍寬、精度高，節能效果顯著，能實現穩定的低速運行，啟、制動過程平穩，定位準確，且在負載波動較大時速度無明顯變化，是目前應用的主流。起重機的變頻調速系統極大地提高了起重機的功能、安全性和使用壽命，它將朝著智能化、高可靠性的方向發展。

三、起重機械電氣調速控制技術的發展趨勢

1.起重機械電氣調速系統之交流調速控制系統。目前，針對實際運行機制和管理控制措施，相關企業在積極推進交流調控控制系統，其中，對原有10噸門機進行系統化改造。起升操作主要是利用定子進行綜合性調壓，并且借助變頻調速驅動設備的旋轉，實現渦流制動控制變幅，能在全面技術升級后取得有效的處理效果，正是基于此，積極應用處理機制是順應時代運行結構的起重機械發展趨勢。另外，在技術引進后，相關技術人員也要對結構進行全面升級，技術研發團隊對系統設計、PLC編程以及系統的綜合性進行調試，確保處理效果和管控模型的有效性升級。除此之外，在對TE公司定子調壓裝置以及PLC進行系統化處理的過程中，也要對相關閘管模塊和運行參數進行細化分析和綜合性整合，升級相關信息參數。第一，要保證轉子電阻接觸器的運行效率能按速度原則得到有效控制，維護整體時序性的完整性，保證其運行效率的準確性和科學性。第二，要利用專用垂直運動板進行統籌分析，確保處理效果符合實際標準，也為管理系統的優化升級奠定堅實基礎，在電動機減速到2%nH時，能保證其內部制動裝置實現有效的斷電抱閘操作。第三，要保證正逆切換效果符合預期，時間控制在50ms左右，順利升級管理機制的管控措施。第四，要保證TSX系列中，相關結構能實現自動化控制，保證處理結構和運行維度的實效性，也能進一步對平衡位置進行

集中處理，確保管理結構的實效性，提高整體管理模型的有效性。第五，在故障診斷機制建立的過程中，能保證保護點得以有效顯示，提高處理效果和控制效率。另外，在系統常規化運行過程中，若是給定信號采用檔位信號，則需要對其進行集中處理和綜合性分析，并且積極落實更加有效的處理機制，確保直接220V模擬信號能得以有效落實，并對輸入PLC項目的運行效率進行全面預估和綜合性評定，升級處理效果的同時，保證其內部運行效率符合實際預期，從而具有較理想的抗干擾性能。

2.起重機械電氣調速系統之直流驅動調速控制系統。該系統主要是針對DC-300等設備，能對其功率進行有效控制，并且整個系列都集中選用6PLC對整個機械進行驅動系統故障診斷，以保證檢測機制和報警系統的完整性，因為驅動管理系統的主回路項目整流效果的綜合性升級，將控制柜結構維系在給定模擬量的過程中，并在數模轉化成數字流的過程中，對速度環和電流環進行統籌分析，真正實現邏輯處理機制。

3.起重機械電氣調速系統之變頻調速。在我國起重機械電氣調速項目中，變頻調速是主要研究方面和發展趨勢，也是相關技術單位著力進行系統化嘗試和技術研究的項目，其應用范圍還不是非常廣泛，有些技術模型還在平移機械上試行。究其原因，對于升位負載效果以及能量反饋項目都需要進行集中處理和綜合性分析，其使用頻率會控制在 1～3Hz之間。值得一提的是，變頻技術更加適用于通用的鼠籠式電動機以及PWM技術中。除此之外，將技術模型應用在光導系統中，也能提高整體管理系統的運行實效性，升級管理效果和管理效率。