起重機調速系統中的變頻調速技術與研究

曹夏

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇 常州 213000）

1 變頻調速技術概述

變頻調速控制技術在起重機變頻調速控制系統中可以保障整個系統制動平穩,在自動運行中具有變頻調速制動范圍大、定位準確且自動運行控制性能良好的特點，對于重機變頻調速系統應用變頻自動調速技術，可以有效的延長起重機系統使用時間，突顯主要性能指標，對于工業生產有著重要作用。

（1）技術運行原理。變頻電機調速系統技術公式是一種結合電機工作轉速以及電機工作電源功率輸入輸出頻率間的一種正比例函數關系，公式中的表示意義為：n=60f(1-s)/p，其中，n表示動力電機運動轉速、f表示動力電機輸入頻率、s表示電機轉動電磁轉差率、p表示電機磁極和頻率的差值對數。通過觀察轉速原理，利用公式函數中的內容可知,通過改變動力能源電動機的轉動原理即可有效地提高動力電機轉矩和轉動速率，現在電力電源變頻器的基本設計當中，主要融合了各種新型綜合性電源變化技術，主要設計特點之一是運用了交流-直流-交流的公式函數結構，并同時充分融入了各種新型電力設備專用數控電子、微電腦和可編程自動控制等先進電子技術。

（2）變頻器內部構成。變頻器的調試交換器主要用于交換變頻環節，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 變頻調速技術特點

（1）優化結構受力狀況。在起重機變頻調速設備在充分應用時，啟動起重機調速系統控制后，就已經可以對起重機各項機械結構啟動受力以及運動性能進行完善以及不斷優化，通過利用啟動變頻器的基礎性調速控制系統作用與調速啟動控制功能，可以自動完成啟動起重機的軟啟動以及起重機軟關閉功能兩種啟動功能，從而有效避免起重機在啟動以及停機操作中因為沖擊力影響起重機的結構，影響其各項整體結構啟動性能指標，同時因為啟動起重變頻器自動調速控制范圍相對較為廣泛，且調速變頻器在實際設計應用過程中，主要設計是應用于模塊化的調速控制方式，可以采用PLC調速技術對不同調速系統進行自動控制，可以輕松完成不同速度的自動控制和調速選擇，在實際操作中可以真正實現無級自動變速，并且各項系統性能指標正常。

（2）調速范圍較為廣泛，結構簡單，便于維護。變頻輔助調速器的結構操作系統也比較簡單，因為這種變頻調速器系統整體外觀結構與內部整體系統設計結構較為簡單，維修和保養也比較方便，可以大大降低系統維護保養成本，延長起重機系統變頻器的實際應用工作壽命和年限。在起重機中系統應用這種自動變頻器的輔助調速系統結構技術作業，可以大幅度提高起重機作業的實際工作效率，在實際運行應用中也可以大大減少變頻器輔助調速工作使用時間，進而提升它的工作效率與質量管理，而且在整個起重作業系統運行以及管理操作過程中，還可以達到穩定的安全性。在實踐中整個起重機作業系統實際作業時，利用這種自動變頻器的調速結構技術時，就可以達到零方向加速度轉矩的變頻調速效果，如果在起重機作業以及運行管理過程中，起重機起重提升架和電力制動器導致整個起重機械制動故障或者制動失靈等安全隱患問題時，變頻器就能夠自動調速，自動進行轉矩的扭率加大。在調速轉矩輸出時，扭矩加大可以直接對負載持續下滑行為產生振動阻力，具有一定的控制作用，從而，可以避免出現安全隱患問題，能夠有效提升整個系統的使用安全性。與此同時，調速變頻器在調速控制系統中還具有自動診斷報警功能，能夠及時自動報警超載情況，進而，可以避免出現各種嚴重的安全隱患問題。

（3）節能效果較好。在起重機作業過程中，可以區別不同的負重級別，然后采用變頻來調整起重機的速度，自動調節功能的電功率比傳統的調速系統能夠節約20%的耗電，這樣就更加利于實現減少能源消耗和落實綠色施工理念。由此起重機具體的調速過程，要意識到變頻調速技術應用價值，確保調速過程更為安全與科學。

3 變頻調速技術在起重機調速系統應用的作用

（1）合理控制接地線。變頻器的調速起重系統在實際應用中會同時產生很多諧波，其中調速變頻器自身過大頻率波動是直接影響系統諧波產生頻率的主要因素，因此我們在實踐中，就要不斷加強對調速變頻器自身諧波的合理控制，進而有效避免因為變頻調速器自身頻率過大，諧波給變頻起重機的正常工作運行性能產生不良影響。同時，在實踐中還需要通過綜合實際情況合理的設計主機接地線的設置，強化主機外殼板的布置，恰當的控制諧波源的過濾，從而，有效的保障能夠穩定正常運行。

（2）強化接線控制處理。變頻器的移動電路網絡結構直接關系著它到整個移動電網網絡結構中的變化，如果在日常運行管理過程中電網結構出現電路結構發生變化，這些問題就會直接導致起重機正常運行發生問題，從而，影響變頻器運行功能的充分發揮。因此，為了有效保障電動起重機中電網變頻線路系統的穩定運行，在實踐中就需要對各種電網變頻線路結構合理設計，綜合實際應用情況，可以進行電動機以及電流控制數值的正確選擇，強化接線以及控制器的處理，保證變頻調速器技術在實際應用中的效果。

（3）強化靜電干擾控制。在整臺起重機器的運行管理過程中，會直接產生環境靜電控制問題，在機器運行管理過程中，如果產生靜電量問題嚴重，就會直接降低整臺變頻器的主要性能指標，所以一定要加強機器周邊起重作業現場環境靜電的控制和維護，合理安排好周邊接地供電線路的布置，強化對自動控制器靜電屏蔽的維護處理，從而能夠充分突顯出整臺變頻器的各項主要功能質量指標，保證運行的穩定性。由變頻技術的作用可以明確，其可以更多的提升起重機調速系統運作效率，值得相關人員研究。

4 提高變頻器調速系統技術實際應用生產效率的幾種方法

通常這種情況下，整個變頻調速系統的內部設備構造結構主要包括起重機械、電控、異步變頻電動機等多個設備部分構成。起重機械在制動調速系統中，采用電控變頻制動調速器，即可以有效保障異步制動機的性能，同時性價比也非常高。為了能夠有效的提高采用變頻制動調速器的系統運行管理效率，需要從以下幾點出發：

（1）選用科學的變頻器。對于起重機來說，在其中運用變頻器中的調速功能時，其至關重要的一項就是對于變頻器的選擇。其實是變頻器的調速功能技術屬于當中一種表現形式，而在技術選用時，需要對起重機基本設備類型和實際功能使用要求等實際情況來綜合分析，同時要通過綜合實際技術指標情況來進行系統的技術選擇管理工作。然而實際應用過程中，需要以起重機的實際工作運行性能指標分析為主，運用此指標來確保起重機基本設備輸出輸入功率的技術基礎，并且在實際運行過程中，不是基本輸出輸入功率大就是性能好，所以就需要對基本輸出輸入功率轉速進行很好的控制。采用變頻調速器中的調速工作功能技術，來滿足電機無限的調速，只有更好的保障電機在低速度運作時調速能夠穩定開展，才能夠保證電機輸出功率轉速和工作性能指標保持一致。

（2）制定完善的起升系統控制形式。專業起重機的基本工作原理特征和實際應用需求，要十分重視自動變頻器的正確選用，目前，已有一套專業化的起重機自動變頻器，該檢測系統的投入運用，能夠對起重機力矩系統進行校驗，而且還提升了制動器的監測和統計分析的水平，而且有效的的對起重電動機轉向輸出軸的力矩和變頻器轉矩的傳動性能關系進行合理分析和統計研究，開展合理的數據記錄分析工作，并且，結合變頻檢測儀對電機不同的檢測數據分析，來增強電機檢驗性能水平，運用此應用來保證檢測系統安全可靠，和不斷增強變頻器的電機動態性能水平。

（3）科學選用制動系統控制形式。起重機的制動系統性能直接影響起重機機械運行質量和工作效果性能，要充分運用該制動技術對不同的負載以及物體的最高離地制動速度分別開展控制。特別是在工程施工當中，要運用變頻調速技術功能，來降低在機械起重運行中可能出現的離地沖擊力和起重離地動作的應力等，利用電動機制動性能水平的各種方法來不斷降低起重機自重，對機械空間制動進行有效控制，也可以借助PLC技術應用，來不斷提升控制器的水平，進而有效的提升機械工作的運行質量和工作效率。

（4）PLC變頻控制裝置的應用。PLC是一種基于可編程式的邏輯運算控制器，具有可直接實施編程的各種數據流和存儲器，主要通過運行邏輯算法、順序把控、定時、計數等各種用戶控制指令，來實現各種數據流的輸入或信號輸出來控制各種機械或工業生產。它主要設計具有操作方便、功能完善、可靠性高的幾大特點。運用PLC到起重機的調速控制系統中，能夠依據電機輸入的電源頻率，對起重機速度進行定檔、切換等工作。完全可以實現對起重機進行遠程智能操控。

5 對于變頻技術運用過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境是否正常。

（2）檢查冷卻風扇部位是否運轉正常，是否存在異常聲響。

（3）檢查變頻器的風機吹風運轉是否正常。

（4）檢查變頻器是否有過熱或存在異味情況。

（5）檢查發動機是否運轉正常。

（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）檢查控制調節按鈕是否可以正常使用。

（10）檢查變頻器的現場環境是否符合標準的溫度和濕度。

6 變頻技術運用過程中變頻器的定期維護

（1）根據現場環境情況，需要定期3～6個月對變頻器進行一次檢查。在定期檢查時需要停止運行并且切斷電源才可以打開機殼進行檢查。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間，所以必須待充電指示燈熄滅后，可以運用萬用表進行測量,直至直流電壓降到安全電壓后方可進行檢查。

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

（3）變頻器如果長期不正常運行使用時，需要定期對其進行日常保養維護。變頻高壓直流變頻電容器每間隔通電超過很長一段時間，就需要定期重復接通1次。如果購買回來的變頻高壓電解變頻器已經正常安裝在進出廠05～10a時，則需要進行1次直流充電試驗，通電需要在2h以上的時間，充電的試驗要求每年至少1次。

（4）變頻器器件的更換，變頻器由多種部件組成，經過長期工作后些許部件的性能會逐漸降低和老化，這是促使變頻器發生故障的主要原因。為了能夠保障設備長期運行，就需要對易損部件進行定期更換。如果在檢查時發現器件出現異常應立即更換，在更換易損器件時，應確保是按照原件的型號和電氣參數完全一致。在查出變頻器故障點時，如果要對變頻器拆解，對原件需要更換時。在拆解時要記錄好順序，對于拆除的原件、接連線做好標記，在保證組裝的準確率的同時提高整體的工作效率。

7 結語

隨著我國現代科學技術的不斷進步，變頻調速技術已經廣泛應用到現代工業生產以及生活的各個方面，而起重機調速系統中也充分運用這種變頻調速技術，有效改善起重機的運行效率，延長起重機調速裝置的實際使用壽命，同時也有效的降低對使用能源的直接消耗，能高效開展工作，實現安全生產。