议变频器在门座式起重机控制系统中的应用
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摘要：随着我国国民经济的突飞猛进的发展，科学技术的日新月异，许多实用性器械已经运用在了人们生活的方方面面，变频器就是其中之一，它的的日益普及，以及港口设备上广泛的应用，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
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：
1 门座式起重机的功能分析
随着人们生活条件的日益提高，门座式起重机的运用也越来越普遍，门座式起重机它是一种用来起吊、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。
1. 1 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。
(l)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(包括重物的重力、摩擦阻力等)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(位能),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(位能)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。
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。
1. 2 门座式起重机的调速方法
门座式起重机各部分的拖动系统一般都需要调速。由于异步电动机与其他电动机相比,其结构简单坚固,易于维护。因此,在变频调速问世前,己发明了多种用于异步电动机的调速方法,并获得广泛应用。较常见的是采用绕线转子异步电动机调速:通过集电环和电刷在转子回路内串入若干段电阻,由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。
2变频器调速方式的优点
(1)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。
(2)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。
(3)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。常规拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的(热刹车);采用变频调速后,可以在基本停住的状态下进行抱闸(冷刹车),闸皮的磨损情况大为改善。②系统的故障率大为下降。常规拖动系统是由十分复杂的接触器-继电器系统进行控制的,故障率较高;采用了变频调速控制系统后,控制系统可大大简化,可靠性大为提高。
(4)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(可反馈电网或消耗掉)。
(5)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情况,实现平稳调速。
(6)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。
(7)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。
3变频调速系统设计
3.1起升、变幅、旋转电动机由于要求比较高,应选用变频专用的笼型转子异步电动机。行走电动机可选用普通的笼型转子异步电动机。在拖动系统设计中应注意以下几点。
(l)重物上升时起动转矩Ts较大,通常在额定转矩TN的150%以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等情况。一般起动转矩Ts应按照额定转矩的150%~180%来进行选择。由于各部分的拖动系统都有机械式制动器,必须充分考虑电动机在起动和制动时与机械式制动器动作之间的配合。这一点,在起升机构中尤为重要。
起升机构中,上升时在重物刚离开地面的瞬间以及下降时在重物刚到达地面的瞬间,负载转矩的变化十分激烈,应引起注意。
3.2调速方法
采用具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制,一般采用6段速度运行,从低到高自由切换。
3.3制动方式
采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。
(1)通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的起升、变幅、旋转的速度迅速而准确地降到0(使它们停止)。变频调速系统中有一个重要的部分需要考虑,那就是制动单元和制动电阻。制动单元和制动电阻用来释放掉负荷由势能转换来的电能。制动电阻和制动单元要保证逆变回变频器的能量完全消耗掉,制动电阻的阻值应根据平均放电容量决定。
(2)对于起重机,经常会有重物在半空中停留一段时间,而变频调速系统虽然能使重物静止,
但因设备容易受到外界因素的干扰。因此,利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。
4变频器的日常维护保养及其检修工作
认真做好变频器的日常维护保养及其检修工作，内容主要包括:
定期(如三个月)对变频器进行除尘，重点是整流柜、逆变柜和控制柜，必要时可将整流模块、逆变模块和控制柜内的线路板拆出后进行除尘。
(2) 将变频器前门打开, 后门拆开, 仔细检查交、直流母排有无变形、腐蚀、氧化，母排连接处螺丝有无松脱，各安装固定点处坚固螺丝有无松脱，固定用绝缘片或绝缘柱有无老化开裂或变形，如有应及时更换，重新紧固，对已发生变形的母排须校正后重新安装。(3) 对线路板、母排等除尘后，进行必要的防腐处理，涂刷绝缘漆，对已出现局部放电、拉弧的母排须去除其毛刺后，再进行处理。
(4) 整流柜、逆变柜内风扇运行及转动是否正常，停机时，用手转动，观察轴承有无卡死或杂音，必要时更换轴承或维修。(5) 对输入、整流及逆变、直流输入快熔进行全面检查，发现烧毁及时更换。(6) 中间直流回路中的电容器有无漏液，外壳有无膨胀、鼓泡或变形，安全阀是否破裂，有条件的可对电容容量、漏电流、耐压等进行测试，对不符合要求的电容进行更换，对新电容或长期闲置未使用的电容，更换前须对其进行钝化处理。
(7) 对整流、逆变部分的二极管、gto用万用表进行电气检测，测定其正向、反向电阻值，并在事先制定好的表格内认真做好记录，看各极间阻值是否正常，同一型号的器件一致性是否良好，必要时进行更换。(8) 对a1、a2进线柜内的主接触器及其它辅助接触器进行检查，仔细观察各接触器动静触头有无拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，发现此类问题应对其相应的动静触头进行更换，确保其接触安全可靠。(9) 仔细检查端子排有无老化、松脱，是否存在短路隐性故障，各连接线连接是否牢固，线皮有无破损，各电路板接插头接插是否牢固。进出主电源线连接是否可靠，连接处有无发热氧化等现象，接地是否良好。(10) 电抗器有无异常鸣叫、振动或糊味。
结语
由于人们生活条件的日益提高，门座式起重机的运用也越来越普遍，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,如效率高、操作灵活、节能效果显著;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。
参考文献
[1] 岳庆来,彭旭昀.变频器可编程控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[2] 张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社, 2001.