交流变频器在起重机上的应用

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摘要：随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，常用传统的起重机调速方法如：绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能满足工业生产的特殊要求。而现代交流变频器在起重机应用解决以上缺点，同时体现出用其他电器无法实现的优点，从而使起重机得到更多场合使用。

关键词：起重机 变频器 变频调速 制动整流

交流变频调速技术已在工业界中得到广泛应用，它为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。

1.一般交流变频器的优点

变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著经济效益和安全可靠性：

（1）采用交流变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有精确定位的优点不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以提高装卸作业的生产率。

（2）变频起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命。

（3）机械制动器在电动机低速时动作，主钩以及大、小车的制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。

（4）采用结构简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。

（5）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。

（6）交流变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。

（7）交流变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，因此比老式调速系统大量节电。

（8）变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性.

2. 下面阐述变频器在起重机机构（运行，起升）的优点

a. 交流变频器在起重机运行的优点

（1）起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩。

（2）当平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量。

b. 交流变频器在起重机起升的优点

（1）抱闸逻辑控制与监控

准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序。

（2）轻负载升速（电子副钩）

起重机空钩或轻载时实现2倍速运行，提高装卸效率。轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来提高装卸效率；重载时自动降低速度以确保设备和人身的安全。变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判断负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率；当负载轻时，变频器自动提高输出频率。

起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

（3）控制回路电源和主回路电源可以分别控制提高了用户调试时的安全性，便于故障诊断与维护。

（4）主从控制功率平衡与速度同步技术

在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀；在双起升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保安全。

（5）第二电机控制及切换功能

一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制；便于电气传动系统的控制，降低用户成本。

（6）同时支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议，能实现多个变频器和PLC之间的通讯连接。

（7）危险速度监视、快速停车及超速保护变频器实时监测电机的运行速度，当电机速度大于设定的最高允许速度或速度偏差值时，变频器发出故障报警并立即停止输出，机械制动器动作，使起重机处于安全状态。

（8）预励磁及起动预转矩补偿

预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。

3. 交流变频器在起重机再生能量的处理

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高若不采取必要的措施，当直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。

在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案：

①中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；

②采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。

4.结束语

交流变频器已广泛适用于岸边集装箱起重机、轨道式集装箱龙门起重机、轮胎式集装箱龙门起重机、门座式起重机、造船用龙门起重机、装船机、卸船机、翻车机、堆取料机等各类港口机械，以及各类普通桥式、门式、塔式起重机和提梁机、架桥机等起重机械的起升、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。

因此随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。

参考文献：：

[1]韩安荣.通用变频器及应用M].北京械工业出版社，2000.

[2]马寅.起重机的变频调速J].起重运输机械，2001.