两种集装箱起重机制动整流器的控制原理与应用

山传达，许海洋

（山东港口集团日照港集装箱发展有限公司，山东日照 276800）

1 SEW 制动器

1.1 控制原理及特点

SEW 制动器为直流励磁盘式制动器，制动线圈由加速线圈和保持线圈两部分组成：当电流从整流模块输入制动线圈时，加速线圈会在较短的时间内形成较大的电磁力，克服弹簧的自重将衔铁盘完全回吸，制动器则处于打开状态，后经极短的时间切换至保持线圈开始正常工作（图1）。

图1 SEW 整流器外观

SEW 制动器采用双线圈工作，制动器吸合时间较短，对制动器摩擦片的磨损小。与制动力矩相同的其他制动器相比，它具有占地空间小、结构简单、拆装方便、维护周期长、维护方便等特点。

1.2 BGE1.5 制动器整流器的组成

BGE1.5 制动器整流器的额定电压为Ue（150～500 V），额定电流Ie为1.5 A。制动线圈的电压等级是确定的，如果没有按其要求配置制动电压，将会造成制动器不能释放或烧毁制动器线圈。

（1）制动线圈。制动线圈分为两部分：加速线圈（BS）和保持线圈（BS+TS，由滑动电阻实现），内部通过可控硅来控制，分时段（120 ms）导通（图2）。

图2 加速线圈与保持线圈时间

（2）加速线圈BS（白红1-3）。第1 阶段可控硅导通，当有电流从整流块中输出后进入加速线圈，电流大，加速线圈在极短的时间内形成很大的电磁力克服弹簧势能，将制动器打开。

（3）保持线圈BS+TS（白红1-3+白蓝1-5=红蓝3-5）。第2 阶段可控硅闭合，电流从整流块输出进入保持线圈，电流小，制动器打开后（极短时间）切换至保持线圈维持正常工作。

（4）整流块。通过给定电源（220 V 或380 V），在制动线圈正常的情况下，通过整流块将交流电转换成直流电流给制动器供电。判定合格标准：整流块输入电压为AC 380 V，在不接制动器线圈时多用表测直流1#、3#端为DC 166 V；整流块输入电压为AC 220 V，不接制动器线圈时直流1#、3#端为DC 96 V。

（5）接线。BGE1.5 整流模块中，1#、3#、5#分别接制动器线圈的白（WH）、红（RD）、蓝（BU）3 根线，2#、3#接输入电源。

（6）制动线圈与整流块的检测。测量制动线圈阻值：方法，（加速线圈）白红+白蓝≈（保持线圈）红蓝；例如，白红38 Ω+白蓝205 Ω≈红蓝245 Ω。通常状况下，如果制动器的线圈的白红蓝三线，任意两根之间的电阻为0、∞或与标准偏差很大，就可以确定线圈烧毁。整流块的测量与判断方法：先确认2#、3#端输入电压正常（220 V 或380 V），再测量红蓝（3#、5#）两线的直流电压，一般输入AC 230 V、红蓝（3#、5#）输出是DC 80～100 V；如果输入AC 280 V，红蓝（3#、5#）输出DC 150～170 V，如果输出电压过低或过高，或数值变化特别大，就说明整流块损坏。

2 INTORQ 制动器

2.1 控制原理及特点

INTORQ BFK458 电磁弹簧加压式制动器是采用双摩擦面的单盘制动器。在失电情况下通过摩擦锁紧产生制动力矩，制动器通过电磁效应释放。制动过程中，压力弹簧通过衔铁将转子（转子在轴套上可以产生轴向位移）压在配合摩擦面上，制动状态下衔铁与定子之间存在气隙（最大气隙通常小于1 mm，额定气隙为mm），定子线圈被直流电励磁后产生电磁力，从而释放制动器。

由于整个制动器作用于电机上，与电机减速箱三合一融为一体，适用于垂直安装的电机，不过受重力影响、局限性较大。制动器手动释放杆便于调节，整体维护相对方便。

2.2 INTORQ 的BEG.261 制动器整流器

INTORQ BEG.261-460-01 整流器为水平安装的六极（6 个触点）半波整流器，安装于电机接线盒内部（图3）。其最大电压等级AC 460 V，最大直流电流等级0.75 A，工作温度-25～80 ℃。

图3 整流器外观

（1）电源电压选择。半波整流供电电压为42～555 V，对应线圈额定电压最大250 V，标准额定电压有7 个挡位，分别是24 V、96 V、103 V、170 V、180 V、190 V、205 V。

（2）工作原理。与SEW 制动器整流器相似，INTORQ 采用型号为BFK458-20E 的弹簧加压式制动器，利用二极管的单向导通特性来进行半波整流，整个周期内只有1/2 时间由交流电输出能量。

（3）火花抑制器。整流器通过输入和输出中的变阻器防止过压，整流器中所需的火花抑制器（型号14.198.00.03），通用其可限制感应式直流用电器在直流侧关闭时产生感应电压。为达到理想的抑制效果，建议不带电容器的火花抑制器采用火花抑制器（型号14.198.00.04）。

（4）半波整流。半波或全波是用来满足不同的工况和电压等级市电输入400 V 交流电压，整流器如果带桥式整流则输出电压为0.9U（即0.9×400 V=360 V），带半波整流则为0.45U（即180 V）。通过半波整流后输出的DC 180 V 控制制动器线圈，使电磁铁产生电磁力，克服弹簧压力使机械刹车松开，电机恢复运转、制动解除。

（5）接线。共六极6 个端子，1#、2#端子接市电交流400 V 电压，3#、4#端子与市电引线短接，内部形成半波整流，5#、6#端子输出半波整流后的DC 180 V 电压，5#为正极、6#为负极，黑蓝两根线接制动器线圈实现控制功能。

3 应用

在电机的运行过程中，速度是通过变频器改变输出频率来调节的，所以电压是变化的、交变磁场也是变化的。而制动器要保持始终打开、需要一个稳定的直流电压，其中整流器将交流变直流，并通过稳定的直流电使制动器线圈吸合保持来满足行走制动。

（1）场桥吊具左右两侧旋锁电机，通过控制连杆轴销来实现同一侧两个锁头的转换，需频繁制动满足作业动作要求。制动器控制需要用整流块供电，SEW 制动器整流器输出的直流电流在定子绕组中产生的是静止磁场，转子由于机械惯性仍在转动，转子绕组就会产生感应电动势、产生感应电流，电机处于发电状态，电磁转矩和转子旋转方向相反，所以起到制动作用。如果是交流电则产生交变磁场，转子在外力的条件下旋转，电机不仅不能制动、反而会以一定的速度旋转下去。

（2）有两台铁路轨道吊大车机构也采用了INTORQ 弹簧加压式制动器，配套BEG.261 整流器。由于桥吊作业线跨度长，每一次只作业一个集装箱，经常往返走动及对箱，制动器动作频繁。制动器设计寿命为100 万次，装卸一个集装箱动作包括收发箱、翻倒箱、过程对箱，如果按每个箱子动作6 次计算，根据箱量统计每年动作约70 万次，对制动的要求也随之提升。其中，两台铁路轨道吊整流模块为半波整流，由AC 380 V 电压供电。通过内部二极管来消除输入负电压成分后整流为直流电压来控制制动器打开，保持行走稳定。根据不同的供电电压等级与作业要求，半波整流与全波整流进行转换，整流器不但为大车运行提供制动条件，也为应对恶劣天气提供锚定保护，进一步保证设备的本质安全。

针对码头装卸作业设备不同的工况需求，制动器的类型也多种多样。绝大多数设备各主运行机构制动器均采用盘式电力推动器，类似于用一个电机驱动来控制制动机构，没有制动器模块和摩擦片作用于联轴节法兰连接的制动盘上，根据PLC 指令驱动推动器控制制动臂动作锁住制动盘。该方式精度高，趋于稳定，调节制动间隙简单方便，但是所需固定位置普遍较大，价格昂贵，拆卸较为困难。与盘式电力推动器相比，带整流器的制动器能较好地适用于特定范围的工作环境（如吊具旋锁电机、吊具伸缩电机等狭小位置），拆卸维护也相对方便，可整体拆卸，但对整体结构的固定要求较高，固定不严密易发生电机与减速箱倾覆或制动器脱离电机的危险，造成相应设备设施损失。所以三合一电机（电机、制动器、减速箱连为一体的电机）普遍采用带整流器模块的制动器，对制动器整流器的要求也随之提升。

4 总结

目前，整流器已广泛应用于港口各类大型起重设备，是一种常用的制动控制手段。通过近些年的使用观察与总结比较，能较好地适用于集装箱起重机轮胎吊具旋锁电机和铁路轨道吊大车机构电机的频繁制动，其优点得到充分展现，制动效果也比以往大大提升。该制动方式不会被电力推动所取代，是一种不可或缺的制动形式。未来不同型号、电压规格的整流器将会继续创新，制动方式趋于集成化，更好地服务于港口生产。