浅析港口机械中变频器的应用

李立鲍

摘 要：近年来，变频器在工业生产中获得了许多的应用，特别是在港口机械中的应用，有效地提高了设备的运行效率及安全性。文章首先分析了变频器的常见故障，进而对其在港口机械中的应用做了重点研究。

关键词：变频器；港口机械；应用

中图分类号：TN773 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0141-02

变频器在港口机械中的应用有效提升了设备的工作效率，但伴生而来的是不断改变的交变频率会形成电磁扰动，这会对港口通讯造成一定的电磁干扰，因此在使用变频调速来改进港口机械的工作效能的同时，也需要尽可能避免电磁辐射对通讯功能的影响，使得创新科技为我们提供便捷服务的同时，不会破坏原有的生活、工作质量。实践表明，变频调速有着显著的应用优势，而且其功能性与安全性还在随着科技的发展不断加以改善，尤其是节能效果显著，且便于实现自动化管理。

1 变频器的常见故障

（1）充电起动电路故障。一般情况下，应用的是电压型变频器，通过交-直-交的方式来运行，也就是开始输入的是交流，经过整流过程后变成直流，接着再通过逆变转换为交流，并输送到负载一侧。当开始工作时，因为直流一端的平波电容发起瞬时变大 （也就是瞬时电流变大），一般会在其中应用到起动电阻来限定开启电流，当瞬时充电完毕后，相应电路经过处理将其实现短路，该种故障大多表现为起动电阻损坏，变频器告警呈现出直流母线的电压故障。实际上，当变频器的交流输入次数过多时，或者当接触器的触点连接存在问题时，或者当晶闸管的连通阻值增大时，都有可能造成起动电阻的损坏。一旦遭遇这类问题，应用相同类型的电阻进行调换，并迅速找到造成电阻损伤的具体原因。假如问题出在输入侧电源频率的开合，就需要快速排除这一问题才能继续应用变频器；假如问题出在继电器触点或晶闸管，就需要及时替换这些元件。

（2）无故障告警， 但又无法高速运转。有些情况下，变频器工作一切正常，无告警产生，但实际运行下，又不可以实现高速运转，对变频器进行仔细的检查，所有参数显示正常、各个设置无异常、输入信号准确，运转时检测出变频器的直流母线电压较低，输入侧存在缺相，产生这一故障的原因多是，输入端空气开关存在连接问题或瞬时过热而发生保护，实际情况下，变频器缺一相来运行是能够正常工作的，大部分的母线电压以400V为下限，也就是说当其电压下降到了低于400V时，才会出现直流母线低电压故障。

（3）显示过流。该种情况的发生属于较常见的，发生这一故障时，首先要确认加速周期是不是过小，力矩提升参数是不是过高，再就是确认负载是不是过大。假如以上问题都不存在，再切断输出端的电流互感器、直流端的霍尔电流检测点，复位后开启，观察是不是发生过流，假如确实发生的话，就有可能是1PM模块存在问题，因其中包含了以下各种功能：过压、过载、短路等等，而以上故障显示都是通过输出Fn引脚发送到微控器的，获取到故障信号后，一是关闭脉冲输出，二是将故障呈现在面板上，这种情况下，多数要替换1PM模块。

（4）显示过压。这种故障的出现，大多是在雷雨天气时，因为雷电窜入变频器的电源之中，造成了变频器直流端的检测装置发生反应而跳闸，碰到这一故障，常常只需要切断电源大约一分钟之后，再打开，就能够复位；还有一种可能是变频器驱使大惯性载荷，就发生过压，由于产生这种情况时，减速停止是再生制动，变频器的输出频率依照线性下落，而负载电机的频率超过变频器的频率，其处在发电阶段，机械能变为电能，并被相应的平波电容获得，当电能过高时，直流端的电压会大于最高值而发生跳闸，如果遭遇这一情况，一是将减速周期设定的更长或提升相应的制动电阻；二是将变频器的停止模式设定成自由停止。

（5）电机工作状态时过热， 表现出过载。对于在运转中的变频器来说，假如发生这一故障，就需要立刻检验负载的情况；对于刚刚装设的变频器，假如发生这一故障，可能的原因是V/F曲线设计不合理或电机参数设计不合理，因此在投入使用之前，需要首先设计好各种参数，此外，应用到矢量控制形式时，缺乏准确的设计负载电机的额定电压、电流等数值，也会造成电机过热，再就是设计的载波率太高时，也会造成这一故障的产生，还有一种情况，其最初的设计是更多的被应用在低频段，而未能想到电机散热情况的处理，这就会造成电机工作时间一长的过热过载。

2 变频调速在港口中的应用

在港口的起重机械中，变频调速的应用效果非常好，其调速范围宽， 更为平滑，变频时能够转变定子外加电压，能够得到恒功率从而符合各类负载的需要，低速期间特性的静差率相对要高，工作效率以及功率数值较高，是调速方式中未来发展可能最为明显的。但也有一定的缺点与不足，需要有专门的变频电源，在调速阶段，电机的过载数值明显下降，更甚者难以承受负载。当前的变频调速技术有着以下特点：涉及范圍较宽，准确度高等，而且不会对起重机械的正常运行造成任何的影响。

变频调速应用的是磁通矢量控制方法或大转矩提高方法，能够有效地应对港口机械开始转矩过大、以及负载改变频繁等问题；其加减速周期的设计，能够有效地应对港口机械制动的不断冲击，使得机械设备的速率改变更具连续性，且运转稳定；其应用的是到达或检测信号来实现制动器的闭合，只有在电机的输出转矩相比负载转矩更大的情况下，才会开启，有效解决了溜钩情况，还应用电源回馈方法将电机运转获得的能量转换为50赫兹的交流电，以回馈电网，确保变频器不会击穿；主控制回路是呈分开状态，并进行接地处理，有效防止强电对其的不利影响。变频调速在港口中的应用，能够实现港口机械在大负载情况下的持续作业，且具有可观的节能效果。

3 变频器同步控制在港口中的应用

港口翻车机的使用中，每次要进行两节车皮的翻卸工作，其组成有以下几个部分：平台、底梁、以及端环等。主体构成是设计于翻车机的支撑轮上，通过驱动电机的作用来进行旋转，在这里可以运用变频器来实现驱动。不过，也要注意到翻车机在运行阶段可能存在的问题：一是，主驱动与从驱动的出力并不完全一致，会产生一定的差值，主变频器相对的电流与从变频器相比显然要高一些；二是，依然是受到受力不均衡问题的影响，会造成变频器的各个元器件工作寿命的减少，增加主驱动的相应受力，加大磨损的发生，最后造成翻车机常常发生的振动问题；三是，因为变频器应用的是转速控制，因此不能够迅速地应对驱动力矩的改变以给出快速反应，这也会造成翻车机在力矩配置上的不均衡，电机运转阶段还会出现异常抖动等情况。

考虑到以上问题的存在，可以做出以下改进：对变频控制做出相应的调整、优化。改进的最终目的是：增强控制的准确度以及操作的反应时间。并保证主、次变频器相对的电机转速相一致，转矩相一致。因此，经研究可以采用以下设计方案：一是，基于主驱动变频器的设计，运行功率设置为200.0kW，控制是以转矩形式来实现，速度给定形式是PLC模拟量输出，转矩给定形式是负载以及驱动转矩；二是，基于从驱动变频器的设计，运行功率设置为200.0kW，控制是以频率形式来实现，速度给定形式是力矩运算、机械构成，转矩给定形式是主驱动转矩取值。

在变频驱动的改进过程中，在电机上装设了自主运行的检测器，而且运用可靠软件来设置变频器数值，并及时加以调整。此外，从对称的方面上来讲，将所相对的检测器接线侧进行对换，以保证所得到的电机转动方向是与实际转动相一致的，从而有效减少了运转阶段出现误差的可能性。经过以上改进，港口翻车机的工作更加平稳，没有出现电机抖动等问题。变频器的输送电流趋于一致，可以伴随负载的改变相对发生变化，这就表明改进的效果是明显的。

4 结束语

随着电力电子科技的飞速发展，变频器在工业生产中获得了许多的应用，特别是在港口机械中的应用，有效提高了设备的运行效率及安全性，其在调速方面具有以下优势：涉及范围较宽，准确度高等，不断被应用到工业生产当中。变频调速技术因其高效的调速功能，高功率及节能效果，较多的适用领域等优点而被认定为最具发展可能的调速形式。而变频器同步控制在港口中的应用效果也非常不错，通过进一步的改进，港口翻车机的工作更加平稳，没有出现电机抖动等问题。可以说，将变频器应用到港口机械中，并严格把控其同步运行，能够进一步提高各类机械驱动运转的安全性、稳定性，为我国港口产业的发展提供保障。

参考文献：

[1]周法金.关于港口设备中变频器应用问题探析[J].中国科技博览，2015（9）：125.

[2]郑超.港口装卸设备中变频器的应用分析[J].工业b，2015（5）：00138-00139.

[3]张云鹏.PLC及变频器在港口起重设备上的应用[J].工程技术研究，2016（8）.