淺談變頻技術(shù)在當(dāng)前起重機(jī)中的應(yīng)用

摘 要:通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)外起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，以及主要特點(diǎn)。對(duì)變頻調(diào)速控制技術(shù)中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析。包括溜鉤技術(shù)，再生制動(dòng)能量處理技術(shù)，定位與防擺控制技術(shù)等，指出變頻調(diào)速控制技術(shù)已成為高性能交流調(diào)速領(lǐng)域中備受關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞:起重機(jī)變頻調(diào)速定位防擺PLC

中圖分類號(hào):TH12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)8(b)-0078-02

目前交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，為推動(dòng)起重機(jī)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。它具有的調(diào)速性能指標(biāo)很高，在工作的過(guò)程中，可以使用工作性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修簡(jiǎn)便的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，而且使用效果高效、節(jié)能。它外面的控制線路簡(jiǎn)單，維修時(shí)候的工作量不大，保護(hù)監(jiān)測(cè)的能力很強(qiáng)，運(yùn)行的可靠性相對(duì)傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，提高很大。因此，采用交流變頻調(diào)速是起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的一個(gè)非常重要的方向。

1 變頻器的組成

電機(jī)頻率的控制電源設(shè)備—變頻器，組成如圖1所示。

主回路上有安排的人把商用電源整流，然后再轉(zhuǎn)為直流的整流部，還含有使整流后的直流電壓以及電流平滑的直流中間回路部，還同還包括有把直流變換為所需頻率的交流的逆變部所組成。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 有效抑制機(jī)械沖擊

沖擊過(guò)載荷造成的危害是由過(guò)荷載的大小所決定的。假如平均加速度原本就比較低，與重力加速度相比比較小，基本上沒(méi)什么危害。然而，如果比較大的話，危害也會(huì)成比例增加。如:當(dāng)平均加速度是0.5m/s，機(jī)械制動(dòng)所造成的瞬間加速度是他的3倍，此時(shí)過(guò)載的相對(duì)比例是(9.8+1.5)/9.8=115％，并不是很嚴(yán)重。但是當(dāng)加速度是2m/s的時(shí)候，瞬間加速度的比例相同，此時(shí)過(guò)載荷的相對(duì)比例是(9.8+6)/9.8=161％，同時(shí)該荷載還是沖擊荷載，他所造成的疲勞損害，要比靜載的時(shí)候大的多。

采用變頻調(diào)速后，因?yàn)樗乃查g加速度與平均加速度相差不多，因此在平均加速度相同的前提下，此時(shí)的過(guò)載的相對(duì)比例僅僅是125％，同時(shí)他還不是沖擊荷載，因此其危害程度也就被大大地減輕了。因此如果起重升機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以很明顯地抑制有害沖擊荷載，保護(hù)設(shè)備，而且還可以提高作業(yè)效率。

2.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修

變頻調(diào)整控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、可靠性高而且還易于維修。它具有獨(dú)立的控制柜，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的非常合理，從外觀來(lái)看，也非常簡(jiǎn)單，因此檢修起來(lái)相當(dāng)方便。尤其是它的起升系統(tǒng)，采用一套裝置實(shí)現(xiàn)了原來(lái)需要兩套起升控制裝置的功能才能實(shí)現(xiàn)的功能，大大減輕了小車的自重，同時(shí)還明顯改善了鋼結(jié)構(gòu)受力狀況，以及增加了小車的維修空間，非常有利于日常的保養(yǎng)和維護(hù)。

系統(tǒng)還可以進(jìn)行過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、接地保護(hù)，從而大大提高了控制、保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)還能夠進(jìn)行自我診斷，通過(guò)同PLC通信實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)顯示，而且還可以及時(shí)地找出處理對(duì)策，因此對(duì)于故障的查找和維修非常方便。

2.3 實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)控制

變頻器接收到起動(dòng)命令后，在收到轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證成功且沒(méi)有停止命令時(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)置的制動(dòng)松開(kāi)延時(shí)時(shí)間后，變頻器輸出制動(dòng)開(kāi)啟信號(hào)，制動(dòng)器松開(kāi)，反饋的制動(dòng)確認(rèn)信號(hào)正常開(kāi)啟后，變頻器升高輸出頻率至設(shè)定值。當(dāng)變頻器接收到停止命令后，先電氣制動(dòng)，當(dāng)速度降為零后，變頻器撤去機(jī)械制動(dòng)開(kāi)啟信號(hào)，機(jī)械制動(dòng)器抱緊電機(jī)軸。

2.4 提高安全性

采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，機(jī)構(gòu)的使用性能平穩(wěn)，高效，定位更加準(zhǔn)確，從而使安全性能大幅提高。

2.5 延長(zhǎng)使用壽命

由于采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，對(duì)電流的要求降低，電流變小，使得頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)電動(dòng)機(jī)熱耗減少，壽命延長(zhǎng)。

3 起重機(jī)變頻調(diào)速控制的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，采用變頻調(diào)速控制時(shí)，主要必須解決以下幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 防停滯

即使在低頻的情況下，轉(zhuǎn)矩的輸出也是恒定的，這樣，在滿負(fù)載的時(shí)候，就不會(huì)出現(xiàn)停滯的情況。由于變頻調(diào)整系統(tǒng)采用的是增量式脈沖編碼器的閉環(huán)控制速度反饋，因此保證了系統(tǒng)的調(diào)速的硬度，而且還具有良好的低頻轉(zhuǎn)矩特性能，即使是在0Hz的時(shí)候，電機(jī)還是可以輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩。從而可以避免在低頻滿負(fù)載狀的情況下，帶不動(dòng)負(fù)載的現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 防溜鉤

采用變頻系統(tǒng)后，可以有效防止機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載時(shí)在空中制動(dòng)停車，同時(shí)還可以防止再提升過(guò)程中出現(xiàn)溜鉤的現(xiàn)象。制動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)之間，在貨物提升或者是下降的過(guò)程中，必須要緊密配合，因?yàn)橐坏┌l(fā)生抱緊到松動(dòng)的轉(zhuǎn)換，就會(huì)消耗時(shí)間，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在通斷電的瞬間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。采用變頻器之后，系統(tǒng)具有的零速全轉(zhuǎn)矩功能，從而可以有效避免溜鉤現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 能量再生利用

如果起升機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，那么它在拖動(dòng)位能性負(fù)載下放，或者是在平移機(jī)構(gòu)急減速、順風(fēng)運(yùn)行的時(shí)候，異步電動(dòng)機(jī)就會(huì)處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的回饋二極管，會(huì)將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間的直流回路，通過(guò)變頻調(diào)整系統(tǒng)中的電容，把電能儲(chǔ)存起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)能理的再利用。假如沒(méi)有采取必要的措施，就會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)，這部分浪費(fèi)掉的電能，還可能會(huì)對(duì)該機(jī)構(gòu)造成損壞。

3.4 定位和防擺

該系統(tǒng)采用的是模糊控制系統(tǒng)，從而可以保證機(jī)構(gòu)的靈活性，結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。為了研究的方便，在本文中，我們沒(méi)有考慮負(fù)載提升，而且假設(shè)繩長(zhǎng)是固定不變的。我們通過(guò)控制電機(jī)，把小車帶到指定的位置。在小車行駛的過(guò)程中，我們要求小車是依照參考速度曲線行駛的，小車到達(dá)的同時(shí)，懸繩擺角和擺角速度也減為0。本系統(tǒng)中，利用3個(gè)模糊控制器，分別對(duì)小車的位置，起升與擺動(dòng)進(jìn)行控制。

4 變頻器調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展

4.1 低噪音

在設(shè)備運(yùn)作的過(guò)程中，所產(chǎn)生的噪音給社會(huì)，給附近居民的生活帶來(lái)極大的危害。降低噪音，是變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。我們可以通過(guò)在通用變頻器輸入側(cè)加交流電抗器，或者是有源功率因數(shù)校正電路APFC。在逆變電路中，我們一般采取Soft-PWM控制技術(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的降噪處理。

4.2 專用化

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)變頻調(diào)速的要求也越來(lái)越細(xì)化，這種要求我們根據(jù)需要，針對(duì)不同類弄的要求，設(shè)計(jì)不同類型，不同特點(diǎn)，各有側(cè)重的變頻調(diào)速系統(tǒng)，更好地為社會(huì)服務(wù)。目前常用的專用調(diào)速系統(tǒng)主要有:風(fēng)機(jī)水泵空調(diào)專用型，起重機(jī)專用型，恒壓供水專用型，交流電梯專用型等。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化

新弄的變頻器應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，通過(guò)提供多種兼容通信接口，支持各種不同的協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)的控制更加快捷方便。

4.4 傻瓜式操作

現(xiàn)在的變頻器操作較為復(fù)雜，推廣過(guò)程中，受到一定阻力，我們應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出操作更為簡(jiǎn)便的新型變頻調(diào)速系統(tǒng)，使操作變得更為簡(jiǎn)便。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，利用變頻器調(diào)速盡管是非常好的發(fā)展方向，但仍然受到成本等諸多方面的限制。因此，還需要各個(gè)方面的相互配合，從而盡快提升我國(guó)的起重機(jī)技術(shù)水平，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，可操作性，安全性等，為推動(dòng)我國(guó)起重機(jī)的發(fā)展與縮小國(guó)外同行的技術(shù)差距做出重要的貢獻(xiàn)。

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