起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的變頻調(diào)速技術(shù)與研究

曹夏

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院常州分院，江蘇 常州 213000）

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速控制技術(shù)在起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中可以保障整個(gè)系統(tǒng)制動(dòng)平穩(wěn),在自動(dòng)運(yùn)行中具有變頻調(diào)速制動(dòng)范圍大、定位準(zhǔn)確且自動(dòng)運(yùn)行控制性能良好的特點(diǎn)，對(duì)于重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用變頻自動(dòng)調(diào)速技術(shù)，可以有效的延長(zhǎng)起重機(jī)系統(tǒng)使用時(shí)間，突顯主要性能指標(biāo)，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)有著重要作用。

（1）技術(shù)運(yùn)行原理。變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)公式是一種結(jié)合電機(jī)工作轉(zhuǎn)速以及電機(jī)工作電源功率輸入輸出頻率間的一種正比例函數(shù)關(guān)系，公式中的表示意義為：n=60f(1-s)/p，其中，n表示動(dòng)力電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速、f表示動(dòng)力電機(jī)輸入頻率、s表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電磁轉(zhuǎn)差率、p表示電機(jī)磁極和頻率的差值對(duì)數(shù)。通過(guò)觀察轉(zhuǎn)速原理，利用公式函數(shù)中的內(nèi)容可知,通過(guò)改變動(dòng)力能源電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理即可有效地提高動(dòng)力電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)速率，現(xiàn)在電力電源變頻器的基本設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要融合了各種新型綜合性電源變化技術(shù)，主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一是運(yùn)用了交流-直流-交流的公式函數(shù)結(jié)構(gòu)，并同時(shí)充分融入了各種新型電力設(shè)備專用數(shù)控電子、微電腦和可編程自動(dòng)控制等先進(jìn)電子技術(shù)。

（2）變頻器內(nèi)部構(gòu)成。變頻器的調(diào)試交換器主要用于交換變頻環(huán)節(jié)，一般可以分別劃分2種，即“交-交”高壓變頻器和“交-直-交”變頻器,如框圖1所示。

圖1 “交流-直流-交流”變頻器

2 變頻調(diào)速技術(shù)特點(diǎn)

（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力狀況。在起重機(jī)變頻調(diào)速設(shè)備在充分應(yīng)用時(shí)，啟動(dòng)起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制后，就已經(jīng)可以對(duì)起重機(jī)各項(xiàng)機(jī)械結(jié)構(gòu)啟動(dòng)受力以及運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行完善以及不斷優(yōu)化，通過(guò)利用啟動(dòng)變頻器的基礎(chǔ)性調(diào)速控制系統(tǒng)作用與調(diào)速啟動(dòng)控制功能，可以自動(dòng)完成啟動(dòng)起重機(jī)的軟啟動(dòng)以及起重機(jī)軟關(guān)閉功能兩種啟動(dòng)功能，從而有效避免起重機(jī)在啟動(dòng)以及停機(jī)操作中因?yàn)闆_擊力影響起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，影響其各項(xiàng)整體結(jié)構(gòu)啟動(dòng)性能指標(biāo)，同時(shí)因?yàn)閱?dòng)起重變頻器自動(dòng)調(diào)速控制范圍相對(duì)較為廣泛，且調(diào)速變頻器在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，主要設(shè)計(jì)是應(yīng)用于模塊化的調(diào)速控制方式，可以采用PLC調(diào)速技術(shù)對(duì)不同調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，可以輕松完成不同速度的自動(dòng)控制和調(diào)速選擇，在實(shí)際操作中可以真正實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)自動(dòng)變速，并且各項(xiàng)系統(tǒng)性能指標(biāo)正常。

（2）調(diào)速范圍較為廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。變頻輔助調(diào)速器的結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@種變頻調(diào)速器系統(tǒng)整體外觀結(jié)構(gòu)與內(nèi)部整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，維修和保養(yǎng)也比較方便，可以大大降低系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)成本，延長(zhǎng)起重機(jī)系統(tǒng)變頻器的實(shí)際應(yīng)用工作壽命和年限。在起重機(jī)中系統(tǒng)應(yīng)用這種自動(dòng)變頻器的輔助調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)作業(yè)，可以大幅度提高起重機(jī)作業(yè)的實(shí)際工作效率，在實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用中也可以大大減少變頻器輔助調(diào)速工作使用時(shí)間，進(jìn)而提升它的工作效率與質(zhì)量管理，而且在整個(gè)起重作業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行以及管理操作過(guò)程中，還可以達(dá)到穩(wěn)定的安全性。在實(shí)踐中整個(gè)起重機(jī)作業(yè)系統(tǒng)實(shí)際作業(yè)時(shí)，利用這種自動(dòng)變頻器的調(diào)速結(jié)構(gòu)技術(shù)時(shí)，就可以達(dá)到零方向加速度轉(zhuǎn)矩的變頻調(diào)速效果，如果在起重機(jī)作業(yè)以及運(yùn)行管理過(guò)程中，起重機(jī)起重提升架和電力制動(dòng)器導(dǎo)致整個(gè)起重機(jī)械制動(dòng)故障或者制動(dòng)失靈等安全隱患問(wèn)題時(shí)，變頻器就能夠自動(dòng)調(diào)速，自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的扭率加大。在調(diào)速轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)，扭矩加大可以直接對(duì)負(fù)載持續(xù)下滑行為產(chǎn)生振動(dòng)阻力，具有一定的控制作用，從而，可以避免出現(xiàn)安全隱患問(wèn)題，能夠有效提升整個(gè)系統(tǒng)的使用安全性。與此同時(shí)，調(diào)速變頻器在調(diào)速控制系統(tǒng)中還具有自動(dòng)診斷報(bào)警功能，能夠及時(shí)自動(dòng)報(bào)警超載情況，進(jìn)而，可以避免出現(xiàn)各種嚴(yán)重的安全隱患問(wèn)題。

（3）節(jié)能效果較好。在起重機(jī)作業(yè)過(guò)程中，可以區(qū)別不同的負(fù)重級(jí)別，然后采用變頻來(lái)調(diào)整起重機(jī)的速度，自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的電功率比傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)能夠節(jié)約20%的耗電，這樣就更加利于實(shí)現(xiàn)減少能源消耗和落實(shí)綠色施工理念。由此起重機(jī)具體的調(diào)速過(guò)程，要意識(shí)到變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，確保調(diào)速過(guò)程更為安全與科學(xué)。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的作用

（1）合理控制接地線。變頻器的調(diào)速起重系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)同時(shí)產(chǎn)生很多諧波，其中調(diào)速變頻器自身過(guò)大頻率波動(dòng)是直接影響系統(tǒng)諧波產(chǎn)生頻率的主要因素，因此我們?cè)趯?shí)踐中，就要不斷加強(qiáng)對(duì)調(diào)速變頻器自身諧波的合理控制，進(jìn)而有效避免因?yàn)樽冾l調(diào)速器自身頻率過(guò)大，諧波給變頻起重機(jī)的正常工作運(yùn)行性能產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，在實(shí)踐中還需要通過(guò)綜合實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)主機(jī)接地線的設(shè)置，強(qiáng)化主機(jī)外殼板的布置，恰當(dāng)?shù)目刂浦C波源的過(guò)濾，從而，有效的保障能夠穩(wěn)定正常運(yùn)行。

（2）強(qiáng)化接線控制處理。變頻器的移動(dòng)電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系著它到整個(gè)移動(dòng)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的變化，如果在日常運(yùn)行管理過(guò)程中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這些問(wèn)題就會(huì)直接導(dǎo)致起重機(jī)正常運(yùn)行發(fā)生問(wèn)題，從而，影響變頻器運(yùn)行功能的充分發(fā)揮。因此，為了有效保障電動(dòng)起重機(jī)中電網(wǎng)變頻線路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)踐中就需要對(duì)各種電網(wǎng)變頻線路結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，綜合實(shí)際應(yīng)用情況，可以進(jìn)行電動(dòng)機(jī)以及電流控制數(shù)值的正確選擇，強(qiáng)化接線以及控制器的處理，保證變頻調(diào)速器技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果。

（3）強(qiáng)化靜電干擾控制。在整臺(tái)起重機(jī)器的運(yùn)行管理過(guò)程中，會(huì)直接產(chǎn)生環(huán)境靜電控制問(wèn)題，在機(jī)器運(yùn)行管理過(guò)程中，如果產(chǎn)生靜電量問(wèn)題嚴(yán)重，就會(huì)直接降低整臺(tái)變頻器的主要性能指標(biāo)，所以一定要加強(qiáng)機(jī)器周邊起重作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境靜電的控制和維護(hù)，合理安排好周邊接地供電線路的布置，強(qiáng)化對(duì)自動(dòng)控制器靜電屏蔽的維護(hù)處理，從而能夠充分突顯出整臺(tái)變頻器的各項(xiàng)主要功能質(zhì)量指標(biāo)，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。由變頻技術(shù)的作用可以明確，其可以更多的提升起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)作效率，值得相關(guān)人員研究。

4 提高變頻器調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)效率的幾種方法

通常這種情況下，整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)備構(gòu)造結(jié)構(gòu)主要包括起重機(jī)械、電控、異步變頻電動(dòng)機(jī)等多個(gè)設(shè)備部分構(gòu)成。起重機(jī)械在制動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，采用電控變頻制動(dòng)調(diào)速器，即可以有效保障異步制動(dòng)機(jī)的性能，同時(shí)性價(jià)比也非常高。為了能夠有效的提高采用變頻制動(dòng)調(diào)速器的系統(tǒng)運(yùn)行管理效率，需要從以下幾點(diǎn)出發(fā)：

（1）選用科學(xué)的變頻器。對(duì)于起重機(jī)來(lái)說(shuō)，在其中運(yùn)用變頻器中的調(diào)速功能時(shí)，其至關(guān)重要的一項(xiàng)就是對(duì)于變頻器的選擇。其實(shí)是變頻器的調(diào)速功能技術(shù)屬于當(dāng)中一種表現(xiàn)形式，而在技術(shù)選用時(shí)，需要對(duì)起重機(jī)基本設(shè)備類型和實(shí)際功能使用要求等實(shí)際情況來(lái)綜合分析，同時(shí)要通過(guò)綜合實(shí)際技術(shù)指標(biāo)情況來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)選擇管理工作。然而實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要以起重機(jī)的實(shí)際工作運(yùn)行性能指標(biāo)分析為主，運(yùn)用此指標(biāo)來(lái)確保起重機(jī)基本設(shè)備輸出輸入功率的技術(shù)基礎(chǔ)，并且在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，不是基本輸出輸入功率大就是性能好，所以就需要對(duì)基本輸出輸入功率轉(zhuǎn)速進(jìn)行很好的控制。采用變頻調(diào)速器中的調(diào)速工作功能技術(shù)，來(lái)滿足電機(jī)無(wú)限的調(diào)速，只有更好的保障電機(jī)在低速度運(yùn)作時(shí)調(diào)速能夠穩(wěn)定開(kāi)展，才能夠保證電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)速和工作性能指標(biāo)保持一致。

（2）制定完善的起升系統(tǒng)控制形式。專業(yè)起重機(jī)的基本工作原理特征和實(shí)際應(yīng)用需求，要十分重視自動(dòng)變頻器的正確選用，目前，已有一套專業(yè)化的起重機(jī)自動(dòng)變頻器，該檢測(cè)系統(tǒng)的投入運(yùn)用，能夠?qū)ζ鹬貦C(jī)力矩系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，而且還提升了制動(dòng)器的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析的水平，而且有效的的對(duì)起重電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向輸出軸的力矩和變頻器轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)性能關(guān)系進(jìn)行合理分析和統(tǒng)計(jì)研究，開(kāi)展合理的數(shù)據(jù)記錄分析工作，并且，結(jié)合變頻檢測(cè)儀對(duì)電機(jī)不同的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，來(lái)增強(qiáng)電機(jī)檢驗(yàn)性能水平，運(yùn)用此應(yīng)用來(lái)保證檢測(cè)系統(tǒng)安全可靠，和不斷增強(qiáng)變頻器的電機(jī)動(dòng)態(tài)性能水平。

（3）科學(xué)選用制動(dòng)系統(tǒng)控制形式。起重機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)性能直接影響起重機(jī)機(jī)械運(yùn)行質(zhì)量和工作效果性能，要充分運(yùn)用該制動(dòng)技術(shù)對(duì)不同的負(fù)載以及物體的最高離地制動(dòng)速度分別開(kāi)展控制。特別是在工程施工當(dāng)中，要運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)功能，來(lái)降低在機(jī)械起重運(yùn)行中可能出現(xiàn)的離地沖擊力和起重離地動(dòng)作的應(yīng)力等，利用電動(dòng)機(jī)制動(dòng)性能水平的各種方法來(lái)不斷降低起重機(jī)自重，對(duì)機(jī)械空間制動(dòng)進(jìn)行有效控制，也可以借助PLC技術(shù)應(yīng)用，來(lái)不斷提升控制器的水平，進(jìn)而有效的提升機(jī)械工作的運(yùn)行質(zhì)量和工作效率。

（4）PLC變頻控制裝置的應(yīng)用。PLC是一種基于可編程式的邏輯運(yùn)算控制器，具有可直接實(shí)施編程的各種數(shù)據(jù)流和存儲(chǔ)器，主要通過(guò)運(yùn)行邏輯算法、順序把控、定時(shí)、計(jì)數(shù)等各種用戶控制指令，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)流的輸入或信號(hào)輸出來(lái)控制各種機(jī)械或工業(yè)生產(chǎn)。它主要設(shè)計(jì)具有操作方便、功能完善、可靠性高的幾大特點(diǎn)。運(yùn)用PLC到起重機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中，能夠依據(jù)電機(jī)輸入的電源頻率，對(duì)起重機(jī)速度進(jìn)行定檔、切換等工作。完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能操控。

5 對(duì)于變頻技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中的變頻器的日常檢查

（1）檢查變頻器的安裝位置及安裝的環(huán)境是否正常。

（2）檢查冷卻風(fēng)扇部位是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，是否存在異常聲響。

（3）檢查變頻器的風(fēng)機(jī)吹風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。

（4）檢查變頻器是否有過(guò)熱或存在異味情況。

（5）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（6）檢查變頻器主回路和控制回路電壓是否正常。

（7）檢查濾波電容是否有漏液開(kāi)裂和安全閥脫落的情況。

（8）檢查操作面板的儀表指示是否正確。

（9）檢查控制調(diào)節(jié)按鈕是否可以正常使用。

（10）檢查變頻器的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)的溫度和濕度。

6 變頻技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中變頻器的定期維護(hù)

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況，需要定期3～6個(gè)月對(duì)變頻器進(jìn)行一次檢查。在定期檢查時(shí)需要停止運(yùn)行并且切斷電源才可以打開(kāi)機(jī)殼進(jìn)行檢查。其中需要注意的是，即使切斷了電源主電路直流部分，但是濾波電容器放電也需要時(shí)間，所以必須待充電指示燈熄滅后，可以運(yùn)用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量,直至直流電壓降到安全電壓后方可進(jìn)行檢查。

（2）定期清掃進(jìn)風(fēng)口、散熱片和空氣過(guò)濾器上的灰塵使風(fēng)路保持暢通。有污垢的地方可用抹布沾上中性化學(xué)劑擦拭，運(yùn)用吸塵器吸去電路板及散熱器風(fēng)道上的粉塵，讓變頻器散熱性能保持良好，檢查各螺釘是否松動(dòng)，特別是通電銅條的大電流連接螺釘必須擰緊不得松動(dòng)，察看絕緣物是否有腐蝕、是否有熱變色變形的痕跡。

（3）變頻器如果長(zhǎng)期不正常運(yùn)行使用時(shí)，需要定期對(duì)其進(jìn)行日常保養(yǎng)維護(hù)。變頻高壓直流變頻電容器每間隔通電超過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間，就需要定期重復(fù)接通1次。如果購(gòu)買回來(lái)的變頻高壓電解變頻器已經(jīng)正常安裝在進(jìn)出廠05～10a時(shí)，則需要進(jìn)行1次直流充電試驗(yàn)，通電需要在2h以上的時(shí)間，充電的試驗(yàn)要求每年至少1次。

（4）變頻器器件的更換，變頻器由多種部件組成，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期工作后些許部件的性能會(huì)逐漸降低和老化，這是促使變頻器發(fā)生故障的主要原因。為了能夠保障設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，就需要對(duì)易損部件進(jìn)行定期更換。如果在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)器件出現(xiàn)異常應(yīng)立即更換，在更換易損器件時(shí)，應(yīng)確保是按照原件的型號(hào)和電氣參數(shù)完全一致。在查出變頻器故障點(diǎn)時(shí)，如果要對(duì)變頻器拆解，對(duì)原件需要更換時(shí)。在拆解時(shí)要記錄好順序，對(duì)于拆除的原件、接連線做好標(biāo)記，在保證組裝的準(zhǔn)確率的同時(shí)提高整體的工作效率。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及生活的各個(gè)方面，而起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中也充分運(yùn)用這種變頻調(diào)速技術(shù)，有效改善起重機(jī)的運(yùn)行效率，延長(zhǎng)起重機(jī)調(diào)速裝置的實(shí)際使用壽命，同時(shí)也有效的降低對(duì)使用能源的直接消耗，能高效開(kāi)展工作，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。