變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：門座式起重機(jī)是一種重要的起重設(shè)備，主要用來搬運(yùn)、吊放重物，被廣泛的應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。門座式起重機(jī)在搬運(yùn)和吊放重物時(shí)，經(jīng)常需要控制運(yùn)行速度，變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大地提高了起重機(jī)控制效率，并且提供了更加完善的保護(hù)監(jiān)測(cè)功能，有效提高了門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。文章分析了門座式起重機(jī)運(yùn)行負(fù)載特性和傳統(tǒng)調(diào)速控制的不足，闡述了變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器；門座式起重機(jī)；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

門座式起重機(jī)在水電站、船臺(tái)、露天堆料場(chǎng)、港口等場(chǎng)所發(fā)揮著不可替代的作用，起升結(jié)構(gòu)是門座式起重機(jī)的關(guān)鍵部件，其頻繁的進(jìn)行正反轉(zhuǎn)和起制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)慢就位、輕載高速、重載低速。門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)通過應(yīng)用變頻器，充分發(fā)揮變頻器的作用和優(yōu)勢(shì)，保障門座式起重機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 門座式起重機(jī)運(yùn)行負(fù)載特性

起升機(jī)構(gòu)是門座式起重機(jī)的關(guān)鍵部件，由于在空間環(huán)境中重物具有位能，當(dāng)重物上升過程中，電動(dòng)機(jī)需要克服重物的摩擦阻力和重力來做功，重物下降過程中受到重力加速度影響，當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力小于重物重力時(shí)，重物自身會(huì)產(chǎn)生下降的動(dòng)力，門座式起重機(jī)電動(dòng)機(jī)會(huì)接受能量；當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力大于重物重力時(shí)，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物下降，產(chǎn)生阻力負(fù)載，并且門座式起重機(jī)的行走、旋轉(zhuǎn)和變幅也是阻力負(fù)載[1]。結(jié)合門座式起重機(jī)的運(yùn)行負(fù)載特性和應(yīng)用要求，在控制系統(tǒng)中合理應(yīng)用變頻器，實(shí)現(xiàn)門座式起重機(jī)的變頻調(diào)速。

2 門座式起重機(jī)傳統(tǒng)調(diào)速控制的不足

門座式起重機(jī)的各個(gè)部件在應(yīng)用中都需要調(diào)速，和普通電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)便于運(yùn)行維護(hù)，結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)的門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)主要是通過異步電動(dòng)機(jī)來調(diào)節(jié)速度，在起重機(jī)轉(zhuǎn)子回路中電刷和集電環(huán)串入多個(gè)電阻，利用接觸器控制相關(guān)接入電阻從而控制門座式起重機(jī)的轉(zhuǎn)速，而這種調(diào)速控制方式存在很多不足；其一，行走、旋轉(zhuǎn)、變幅、起升機(jī)構(gòu)的停止和起動(dòng)速度較快，產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，會(huì)縮短起重機(jī)的使用壽命，影響起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；其二，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行容量比較大，起動(dòng)瞬間產(chǎn)生大幅度電流，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊，浪費(fèi)很多電能資源；其三，門座式起重機(jī)在應(yīng)用中需要頻繁進(jìn)行裝卸操作，繞線式電機(jī)調(diào)速是門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，交流接觸器斷開或者接入電動(dòng)機(jī)，再串聯(lián)電阻，這種的切換操作非常頻繁，在電網(wǎng)不穩(wěn)定的狀態(tài)下，很容易將觸頭燒壞，影響起重機(jī)控制系統(tǒng)的使用性能，并且由于門座式起重機(jī)振動(dòng)、灰塵積聚等因素，轉(zhuǎn)子回路經(jīng)常斷裂、燒壞；其四，起重機(jī)運(yùn)行過程中，起升瞬間升降電動(dòng)機(jī)很容易過載運(yùn)行、受力不均勻，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂[2]。

3 變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 選用合適的變頻器

結(jié)合門座式起重機(jī)電機(jī)的額定功率，按照功率匹配原則，選擇合適型號(hào)的變頻器，根據(jù)門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用要求，選用閉環(huán)矢量控制方式，利用增量式脈沖編碼器來反饋閉環(huán)控制速度，變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩特性比較好，調(diào)速硬度也比較高，這使得門座式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)速動(dòng)態(tài)控制性能。同時(shí)，變頻器輸出指令信號(hào)應(yīng)用于控制起重機(jī)制動(dòng)器的抱閘和松閘，若變頻器的輸出頻率比較低，那么起重機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速也比較低，這樣會(huì)使起重機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)過程，在減速停車或者下降過程中，變頻器側(cè)會(huì)返回制動(dòng)功率，當(dāng)起重機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下降接近于零時(shí)，門座式起重機(jī)制動(dòng)器抱閘，有效減少了制動(dòng)轂和制動(dòng)片之間的摩擦，有效解決了傳統(tǒng)起重機(jī)控制系統(tǒng)由于長(zhǎng)時(shí)間摩擦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高溫問題，極大地提高了門座式起重機(jī)的技術(shù)性能。

3.2 系統(tǒng)起動(dòng)和調(diào)速

變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，變頻起動(dòng)過程中對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率和定子電壓進(jìn)行控制，從而獲得所需要的起動(dòng)性能。結(jié)合門座式起重機(jī)應(yīng)用需求，盡量降低起重機(jī)的起動(dòng)電流，使變頻器運(yùn)行容量減小，并且起重機(jī)設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間不能過短，使主磁通達(dá)到變頻器額定值，設(shè)定合適的起動(dòng)時(shí)間，轉(zhuǎn)換起重機(jī)起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，這樣可極大地減少起重機(jī)的起動(dòng)損耗和起動(dòng)電流。有些變頻器具有矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制功能，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的電流限制，如果門座式起重機(jī)轉(zhuǎn)速指令設(shè)置為階躍指令[3]，門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)通過變頻器可以有效限制電流，將起動(dòng)電流限制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，并且門座式起重機(jī)起動(dòng)時(shí)經(jīng)常攜帶重物，通過利用變頻器最大轉(zhuǎn)矩，快速起動(dòng)起重機(jī)。

3.3 拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

門座式起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)、變幅和起升電動(dòng)機(jī)對(duì)于運(yùn)行參數(shù)要求較高，為了實(shí)現(xiàn)變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中更好的應(yīng)用，可以選用籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)是變頻專用的，在設(shè)計(jì)門座式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)過程中應(yīng)注意以下兩方面內(nèi)容：一方面，重物上升過程中，起重機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較大，一般情況下可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的150%以上，考慮到起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)短時(shí)過載或者電源電壓下降等問題，按照150%～180%的額定轉(zhuǎn)矩來選擇起重機(jī)合適的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由于門座式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中包含制動(dòng)器，應(yīng)考慮到機(jī)械式制動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)過程中的動(dòng)作配合；另一方面，起重機(jī)起升過程中，重物下降落在地面瞬間或者重物上升剛離開地面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的轉(zhuǎn)矩變化，在設(shè)計(jì)拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)高度重視這個(gè)問題。

（1）變頻器容量。變頻器額定電流>起重機(jī)電動(dòng)機(jī)額定電流×■，公式中：K1是電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩之比；K2是變頻器過載性能，一般為1.5；K3是變頻器運(yùn)行余量，一般為1.1。

（2）電動(dòng)機(jī)選型。門座式起重機(jī)的降速和升速過程中電流很大，這時(shí)計(jì)算起重機(jī)升、降速轉(zhuǎn)矩以及最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)電流，重物上升過程中電動(dòng)機(jī)運(yùn)行容量：PMN？叟■，公式中GN是額定重量（kg），實(shí)際計(jì)算過程中應(yīng)考慮到起重機(jī)具有125%的過載性能；？自是額定線速度（m/min）；？濁是機(jī)械效率[4]。

3.4 制動(dòng)方式

門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)利用變頻器調(diào)速的直流制動(dòng)和再生制動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)、變幅、起升的運(yùn)動(dòng)速度準(zhǔn)確地下降為零，使其停止。變頻調(diào)速系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元，快速釋放由勢(shì)能轉(zhuǎn)換的電能，變頻器接收的電動(dòng)機(jī)直流母排能量：PDC=0.105×TM×NM×？濁M×？濁NV，制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻必須確保將變頻器的逆變能量全部消耗掉，根據(jù)平均放電容量來設(shè)置制動(dòng)電阻。另外，對(duì)于門座式起重機(jī)，有時(shí)需要將重物停留在空中一段時(shí)間，通過變頻器可以使重物保持相對(duì)靜止，但是起重機(jī)很容易受到大風(fēng)、大雨等外界因素的影響，所以門座式起重機(jī)應(yīng)設(shè)置電磁制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)機(jī)機(jī)械制動(dòng)。

4 結(jié)束語

在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器，可以極大地提高整機(jī)性能和調(diào)速可靠性、穩(wěn)定性，即使在惡劣環(huán)境中，也可以有效改善起重機(jī)的維護(hù)性能，因此應(yīng)加大變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，推動(dòng)起重機(jī)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]欒新剛.安川G7系列變頻器在門座起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，15：57-58.

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[4]鮑永國(guó)，李敏.變頻器調(diào)速系統(tǒng)在門式起重機(jī)上的應(yīng)用[J].物流工程與管理，2011，1：116-117+131.

作者簡(jiǎn)介：魏軍威（1984-），男，河北石家莊人，學(xué)歷：本科，工作單位：曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司，研究方向：設(shè)備管理。