变频器在门座式起重机中的应用

绳建国

【摘 要】随着变频器的日益普及，其在港口设备上得到了广泛的应用，门座式起重机也普遍采用了变频控制技术。了解门座式起重机工况，合理的计算，选择变频控制系统关系到门座式起重机运行的安全性和可靠性。

【关键词】变频器；门座式起重机；变频调速

门座式起重机是一种用来起吊、放下和搬运重物，并使重物在一定范围内移动的起重、搬运设备，在生产过程中起着重要作用。门座式起重机系统分为起升、变幅、旋转、行走四部分。

一、门座式起重机的负载特点

门座式起重机的各类机构都属于恒转矩负载，此外，不同的机构还具有各自的特点。

（一）起升机构由于重物在空间具有位能，是位能性负载。其特点是：重物上升时，电动机克服各种阻力而作功，属于阻力负载；重物下降时由于重物本身具有按重力加速度下降的能力，因此当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力是下降的动力，电动机成了能量的接受者，属于动力负载；但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍需由电动机拖动下降，属于阻力负载。

（二）变幅、旋转、行走机构都是阻力负载。但室外起重机的这些机构有时在较大风下成为动力负载。

二、常规调速方式的不足

QM1630门座式起重机起升结构由2台160KW的绕线式异步电动机驱动，变幅由1台37KW的绕线式异步电动机来驱动，旋转由2台22KW的绕线式异步电动机来驱动，行走由4台11KW的绕线式异步电动机来驱动。在常规传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式。但由于工作环境差，粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重，实际过载率高，冲击电流偏大，容易造成电动机触头烧损等，影响现场生产和安全。综上所述，常规调速方式存在的主要缺点有：

（一）拖动电动机容量大，起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重；

（二）起升、变幅、旋转、行走各机构起动、停止速度过快，而且都是惯性负载，机械冲击较大，机械设备使用寿命缩短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性较低；

（三）电动机一直在额定转矩下工作，而每次升降的负载是变化的，因此容易造成比较大的电能浪费；

（四）起重机每天需进行大量的卸装操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件——交流接触器来接入和断开电动机转子上串接电阻的，切换十分频繁，电流较大时易烧坏触头；

（五）在起重机起升的瞬间，升降电动机有时会受力不均匀，易过载，造成钢丝绳断裂；

（六）为适应起重机的工况，起重机的操作人员经常性的反复操作，起重机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。

三、变频器调速方式的优点

采用变频调速和可编程控制技术控制门座式起重机各系统，不仅可以明显提高门座式起重机的安全性、可靠性，而且可以提高装卸效率，减少能源的损耗，降低维修费用和劳动强度。满足其工况及作业需要。其优点主要表现在以下7点。

（一）明显改善钢结构性能。变频调速使起升、变幅、旋转、行走运行平稳，制动冲击小。

（二）变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式。

（三）工作可靠性显著提高。主要有：①制动电磁铁的寿命大大延长。②系统的故障率大为下降。

（四）节能效果十分可观。绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内消耗大量的电能；采用变频调速系统后，不仅外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，而且在起重机放下重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源。

（五）调速质量明显提高。调速范围宽、性能好，调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率。起升、变幅、旋转工作速度可实现无级变速，操作者可根据负载的变化，实现平稳调速。

（六）可简化传动链。由于可以进行无级调速，从而在机械上省去了非标准设计的减速箱。

（七）结构简单、可靠性高、易维护。各系统采用独立的控制柜，外观结构十分简单，便于日常保养和维修。使用变频器控制电机的运行，可以进行电机的软起动，而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速；对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时、很准确地检测，并自动采取应变措施保护电机，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。

四、变频调速系统的控制要点

门座式起重机拖动系统的控制动作包括：起升、下降、开闭斗、单机、双机、变幅、旋转、行走等。所有这些，都可以通过可编程逻辑控制器（PLC）和变频器进行无触点控制。门座式起重机控制系统中需注意防止溜鉤的控制。

防止溜钩的控制需要注意的关键问题有：

（一）电磁制动器在通电到断电（或从断电到通电）之间是需要时间的，约0.6S（视型号和大小而定），因此变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。

（二）变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率达到一定的起动力矩，防止溜钩的发生。

具体控制方法如下：

（一）重物高空停止的控制过程为：①设定一个停止起始频率fBS，当变频器的工作频率下降到fBS时，变频器将输出一个“频率到达”信号，发生制动电磁铁断电指令；②设定一个fBS的维持时间tBS，tBS长短因略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要的时间；③变频器将工作频率下降至0。

（二）重物升降的控制过程为：①设定一个升降起始频率fRD，当变频器的工作频率上升到fRD时，将暂停上升；为确保当制动电磁铁松开后，变频器已能控制住重物的升降而不会溜钩，在工作频率达到fRD的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需时间tRC；②当变频器确认已有足够大的输出电流时，将发出一个“松开”指令，使制动电磁铁开始通电；③设定一个fRD的维持时间tRD，tRD的长短应略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需时间；④变频器将工作频率上升至所需频率。

五、结语

门座式起重机变频调速控制系统采用PG矢量控制，稳定性好，响应快、可靠性高，是一种理想的起重机专用交流无级调速电气传动系统。起重机采用变频器驱动后，整机性能有较大提高；可无级调速、行走平滑稳定；电动机构造简单、可靠性高，能在恶劣环境下使用，极大地改善了维护性能；完善的保护功能减少了起重机故障，提高了安全性能；变频器可以减少起动时对电网的冲击，提高了电网的用电质量。endprint