谈变频调速在起重机上的应用

摘 要：变频调速作为一种性能优异的交流调速装置，在各种起重机上已经得到广泛的应用。变频调速具有较完美的机械特性，其良好的起、制动性能实现了起重机吊钩的快速、准确定位，从而大大提高了作业效率。 关键词：变频调速；起重机；操作方式 一、变频调速的基本原理 一般三相异步电动机调速方法有:（1）改变磁极对数P来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、10000，为有级调速；（2）改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大效率低；（3）改变定子电源频率f,其调速属于改变同步转速n调速，由于没有人为的改变s,转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高,是一种较为理想的调速方法，但改变定子电源频率f调速即变频调速需要较复杂的控制电路组成。 三相异步电动机同步转速为:n=60f/p（1-s） 式中:P—磁极对数；f—定子电流频率，即电源的频率，f=50Hz；s—转差率。 采用变频调速一方面可以实现节能，另一方面可以较好的保持机械特性负载能力。 起重机各部分的拖动系统都需要调速，电动机变频调速的机械特性是： （一）重物起吊上升时，其旋转方向与电枢电流产生的转矩方向相同，即电动机受正向转矩作用其机械特性在第一象限，如图一中之曲线①所示，工作点为A，转速为n 1 。 图一 起吊重物时的工作状态 当通过降低频率而减速时。在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换到曲线②了,工作点由A 跳变至A’,进入第二象限,其转矩变为反向的制动转矩,使转速短时下降,并重新进入第一象限,至B点时,又处于稳定运行状态,B点便是频率降低后的新的工作点,这时,转速已降为n2。 （二）空钩（包括轻载）下降时，吊钩自身是不能下降的，必须由电动机反向运行来实现。此时电动机的转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第三象限，如图二中之曲线③，工作点为C点，转速为n3 。 图二 空钩或轻载时工作状态 当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线④、工作点由C点跳变至C’点，进入第四象限，其转矩变为正方向，以阻止吊钩下降，所以也是制动转矩，使下降的速度减慢，并重新进入第三象限，至D点时，又处于稳定运行状态，D 点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速为n4。 （三）重载下降时，重物将因自身的重力而下降，电动机的旋转方向是反转（下降）的，但其转矩的方向却与旋转方向相反是正方向的，其机械特性如图三的曲线⑤所示,工作点为E 点，转速为n5。这时电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。 图三 重载下降时工作状态 二、变频器及其操作方式 起重机的运行具有大惯性、四象限的特点，与其它传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。一般来说电动机平均起动转矩为额定转矩值的1.3-1.6倍，考虑到电源电压波动及需要通过110% 额载的动载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.8-2.0倍，以确保安全使用。通常对于普通鼠笼电动机来讲，等额变频器仅能提供小于150% 超载负载力矩值，为此可通过提高变频器容量或同时提高变频器和电动机容量来获得200% 的负载力矩值。由于变频器的输出波形不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。 变频器的种类有许多，配置在起重机上要注意它的特性和起重机的类型，做到合理搭配。目前市场上专用变频器的品种很多，如安川V S-616G5 系列、日本富士G9S 系列、三菱FRA0241S / A044 等。其中安川VS-616G5 变频器是多功能全数字式变频器，具有如下特点：1）全程磁通矢量控制，在1Hz的低频下，即使无速度反馈环节也能提供150% 额定转矩的起动力矩；2）可配备制动单元，实现四象限运行，而且动态响应好；3）在全速范围内具有恒转矩特性。 主流变频器的操作方式可分成手操器操作、外部端子操作和通讯控制操作三种。 （一）手操器操作。作为标准配置，变频器配有专用手操器，可用于就地读写变频器参数和就地读取变频器运行状态及简单的本地单机操作，但是无法实现远距离操作和多机联动，也无法实现远距离读写变频器参数和读取变频器运行状态。 （二）外部端子操作。变频器外部端子与外部硬线逻辑电路连接，可实现远距离对单个变频器或多个变频器进行运行控制，同时能够读取有限的变频器运行状态，但是不能实现远距离变频器参数读写和读取全部的变频器运行状态。该控制方式在大多数情况下可以满足起重机操作工况要求。 （三） 通讯控制操作。通过建立PLC与变频器通讯接口之间的网络连接,可以实现远距离对单个变频器或多个变频器进行运行控制和变频器参数读写,同时能够远距离读取单个变频器或多个变频器全部的运行状态,是一种较为理想的操作方式。 三、采用变频调速需要注意的问题 （一）因重物起吊时起动转矩较大，通常在额定转矩下的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因素，一般情况下，应按照额定转矩的150% -180% 来进行选择 （二）起重机工作过程中,在重物刚离开原位上升的瞬间以及在重物刚到达新位下降的瞬间,负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。 （三）在调整起重机装置的缆绳松弛度时以及在进行定位控制时都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。 （四）在重物开始升降或停止时要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要一定的时间（约6s） 而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载;反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧则重物必将下滑即出现溜钩现象。VS -6165G5 变频器具有零速全转矩功能，可有效地防止溜钩。其原理是变频器在速度为0的状态下，保持电动机有足够大的转矩且不需要速度反馈，这保证当吊钩由升降状态降速为0 时电机能使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。 变频调速彻底避免了绕线式异步电动机起制动速度无法准确控制的缺点，可靠性大为提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术必将更广泛应用于起重机械上。同时变频调速也必将获得更大的发展。 参考文献： 1、王进.施工机械概论.北京:人民交通出版社.2002 2、李发海，王岩.电机与拖动基础（第二版）.北京:清华大学出版社.2001 3、陈洪礼交流电动机的近代调速系统.内蒙古:内蒙古大学出版社.1992 4、郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础.北京:机械工业出版社.2002 5、大连起重机厂.起重机设计手册[S]. 辽宁：辽宁人民出版社.1979 6、满永奎. 通用变频器及其应用[M]. 北京：机械工业出版社.1995