起重機變頻調速控制系統的設計與研究

摘 要：隨著電子技術、計算機技術及自動控制技術的不斷發展，電氣設備自動化控制要求逐漸提高，變頻調速控制系統的應用越來越廣泛。20世紀90年代初期，國內起重機變頻器調速控制系統開始試行。由于變頻調速控制系統具有優異的調速和啟制動性能，而且高效率、高功率因數和有效節電，逐漸被國內外公起重機主機廠及廣大客戶所接受。隨著變頻調速技術的不斷發展，各生產廠家對高性能變頻器的研究也不斷進行。目前，在起重機運行期間變頻調速系統仍會出現一些故障。為了更好的解決這些故障，進一步完善起重機變頻調速控制系統的設計，本文將分析變頻調速控制系統出現的故障的一些原因，并進一步探討科學、合理化的解決措施。

關鍵詞：變頻調速控制系統 控制系統的 設計 研究

中圖分類號：TH21；TM921.5文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0068-01

1 變頻調速控制系統的發展趨勢

在很長的一段時間內，直流調速系統由于便于控制，具有良好的靜動態性能，應用較廣。然而，直流調速系統在某些方面也存在很大的局限性。例如直流調速系統結構復雜，制造流程消耗時間很多，而且需要在一定的環境中才能夠發揮其最大的功能，其中電刷極易受到磨損，使其在維護方面需要花費很多的人力物力財力。以上這些問題都很大的限制了直流調速系統的使用和推廣，而這些問題恰恰是交流電機可以避免的。交流電機結構簡單，制造消耗時間相對較短，而且對運行環境要求不高，成本低廉，堅固耐用，在維護方面也相對容易得多，一經推出，在工業領域起重機領域都受到了眾多廠家的歡迎，得到了廣泛的應用。而隨著經濟的發展，變頻器發展也不斷進步，也意味著變頻調速系統正逐步取代直流調速成為調速領域的先行者。

2 目前起重機變頻調速控制系統存在的問題

2.1 變頻調速控制系統干擾其他設備正常運行

變頻器的整流電路和逆變電路在一定的情況下均會產生諧波。對于逆變電路來說，其輸出的電壓波形是矩形波。由于變頻器調制頻率與諧波頻率的高低有關，即變頻器調制頻率越低，高次諧波產生的頻率越大，人們所能聽到的電磁噪聲越大，相反，變頻器調制頻率越高，高次諧波產生的頻率越低，此時人們已經聽不到電磁噪聲，但是高頻信號仍然是客觀存在的，對于電子設備還是會造成一定程度的干擾。在諧波產生時，由于功率較其他設備大，所以干擾的程度也相對比較大。其干擾途徑與其他電磁干擾途徑類似，都是傳導、輻射、耦合等。其中變頻器產生的諧波干擾主要屬于傳導干擾，產生的電磁噪聲直接對驅動的電動機進行干擾，對于銅鐵等金屬損害嚴重。

2.2 變頻器使電網發生畸變

由于變頻器的整流電路以及逆變電路的組成部件皆是非線性器件，且形成的電路結構對于電網來說有很大的限制，即可能會導致電網的電壓電流波形產生畸變。其中三相交流電交流電轉換為直流電需要三相橋式整流電路的參與，然后通過電解電容濾波，從而使直流電壓維持穩定的狀態。但是由于電路結構產生的畸變卻不能消除，對于起重機的運行以及變頻器的正常運行都有很大的影響。

2.3 容易產生靜電

起重機的變頻調速系統可以提高驅動負載類的電動機運行速率，在節能方面起著很大的作用。隨著電子技術的不斷進步，變頻調速系統也逐漸完善。在起重機運行的過程中，靜電的干擾仍是一項有待解決的重要問題。在以往的研究中可以看出，靜電放電是造成變頻調速系統核心控制器工作失常或功能失效的一項主要的原因。在技術不斷進步的時代，變頻器控制系統內部電路也越來越復雜，靜電帶來的危害也越來越明顯。它降低了用電設備的運行效率，使得起重機在運行過程中頻繁出現故障且維護時需要時間很長，對于項目的完成有著極大的影響。

3 起重機運行問題的解決方案

3.1 接地線防止變頻器干擾其他設備

由于變頻器在運行時容易產生諧波影響其他設備的正常運行，所以在使用大容量的變頻器時，需要將專用的變壓器連接到高壓系統上面。在通常情況下，最普遍的抗干擾方式是將公用的線路接地。從根本解決諧波問題需要將動力線接地與控制線接地分離開來，即將動力線接地，將控制線接到動力裝置的金屬外殼上。在干擾電流靠近信號線時，干擾會被連接到信號線上，導致信號線上的信號受到干擾，但是對于其他設備的干擾將降低。在起重機運行時，往往把高壓線纜、動力線纜等與計算機電纜分開布線。一般情況下，變頻器通過有源補償器自動產生反方向的濾波電流來使電源和負載中的正向諧波電流得到消除。除此之外，變頻器本身制造也比較堅固牢靠，通常用鐵殼作為屏蔽，在與其他弱電信號連線時分開鋪設，對于周圍的電子設備進行屏蔽，以免受到諧波的影響。還可以通過配置濾波器減少電磁噪聲的產生。

3.2 準確接線防止電網畸變的發生

變頻器電路結構導致的電網畸變在實際運行中時有發生。由于整流電路所用的二極管是由非線性器件構成，在整流后輸出電壓同時向濾波電容充電，其中整流電壓和電容之差決定了充電電流的波形，充電完畢后由變頻器輸入電壓和電流對波形進行檢測。在變頻器各相線的輸入電壓均為正弦波時，其輸入電流并不是正弦波。而當變頻器的工作狀態處于不同頻率、不同電流時，其輸入的電流波形也會有所改變，在電動機的頻率和電流增加的情況下，輸入電流也會由斷續狀態轉變為連續狀態，使得電網的波形畸變也越來越小。

3.3 增強變頻器抗靜電干擾能力

靜電干擾是影響起重機正常運行的一項重要因素。其中增強變頻器抗靜電干擾能力主要方法有：其一，將線路接地的方法，使控制器內產生的靜電電荷傳入大地從而變頻器不受靜電干擾。其二，使環境保持在一定的濕度下，使得靜電電荷自動消失于絕緣體上。其三，對控制器進行屏蔽，組織電弧的擴散，使設備免受靜電的影響。

總之，隨著經濟的發展，起重機的變頻調速控制系統發展也比較迅速。雖然發展方向比較高，且受到各方面的諸多限制，但是在各方面的積極配合下，我國起重機技術水平仍然穩步提高。總的來說，變頻控制系統結構簡單且可靠性極高，其維護方面也比較容易，在市場上將逐漸占據主導地位。

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