變頻技術在起重設備上的應用探討

吳銘勛（中國能源建設集團廣西水電工程局有限公司，廣西 南寧 530001）

變頻技術在起重設備上的應用探討

吳銘勛
（中國能源建設集團廣西水電工程局有限公司，廣西 南寧 530001）

摘 要：本文說明了變頻技術原理，介紹了在起重設備中應用變頻技術的優點以及變頻技術在起重設備上的主要應用。

關鍵詞：變頻技術；起重設備；優點；應用

在水利水電建筑工程的施工中，都不可避免的會使用到大型的起重設備。現今我國起重設備的工作方式通常都是應用交流繞線轉子異步電動機轉子串電阻的方式來完成各種啟動和調速工作，并借助繼電器和接觸器完成控制工作。但是這種轉子串電阻有著下列顯著特征，即：啟動電流過大、機械設備的特性軟、電阻經常被燒毀并且容易產生各種故障，這使得它并不能取得預期的調速效果。不過，起重設備中變頻技術的加入，使起重設備的自動化程度有了顯著的提高。

1 變頻技術原理

1.1 變頻器原理。變頻調速工作的重點是對電子的供電頻率開展一系列的調整，輸入電源的頻率將會影響異步電動機的同步轉速，所以，我們只需要對輸入電源的頻率進行一定的調整便可達到調整同步轉速的目的，還可以更好的保證交流電機的調速。但是在許多實際工作中，為了使電機的最大轉矩能夠在調速期間保持穩定，就需要保持電機的磁通量恒定，并且要對定子的供電電壓進行適應性的調整。一般的變頻電路的工作原理如下：變頻器的主要電路體現了交——直——交的變壓變頻方式，而FRH對控制電路的頻率也有著明確的規定，在ACC/DEC的作用下轉換成偉頻率以及電壓基準信號，它們各自從A/D模數轉換以及U/f壓頻變換達到了CPU，變為了PWM脈沖由基極驅動電路BD驅動GTR大功率晶體管為電動機送入變頻電源。

1.2 變頻器特征。首先，轉矩的特征。在變頻器的內部含有許多類別的U-F特性模式，這一模式能夠確保各個規定的轉矩特征都能獲得提升曲線的支撐。其次，頻率的特征。變頻器可以給很多種類的頻率變化和它們所相對的輸出電壓來進行調整使其可以滿足調速的要求。再次，加減速的特征，它能夠以各種有差異的負載性質作為出發點，來確定加減速所需要的具體時間，電機也可以因此而實現自啟動。

2 在起重設備中應用變頻技術的優點

2.1 能夠實現無觸點控制。將變頻器和可編程序控制器等各種先進系統聯系起來，這樣可以完成無觸點的控制。此外，將各種先進的控制系統結合起來，也可以使起重設備的無人控制及遠程操作工作質量更高，特別是在工作現場，若能夠將現場的總線技術加入到變頻器中，便可以直接利用控制器或計算機來完成變頻器的控制工作，這樣能使起重設備依照計算機所設定的步驟來開展工作。

2.2 能夠提高工作可靠性。第一，起重設備中控制系統出現故障的概率也大大降低。因為起重設備中的傳動控制系統需要接觸器、繼電器進行控制，發生故障的可能性是很大的，不過若應用了變頻調速控制系統，便能大大簡化起重設備的控制系統，進而增強它的可靠性。第二，提高了起重設備中控制系統的保護功能。傳統的其中設備經常會出現缺相、欠壓、過壓或者過流等情況，不過，在使用了變頻技術后，就可以第一時間準確的檢查出設備中的問題，進而保護起重設備的電機。第三，可以增強起重設備的節能性。當繞線轉子異步電動裝置處于低速運轉狀態時，轉子的回路聯系的外接電阻就會耗費大量的電能。不過在使用了變頻調速系統后，除了會使變頻調速系統外接電阻的耗電量減少，還可以在起重設備完成重物后，加大電源的位能。第四，使起重設備的調速質量有了很大的提高。起重設備在使用了變頻調速系統后，它調速范圍內的傳感器矢量就會有所減小，還可以更好的保證調速的穩定性，使起重設備處于長時間的低速工作狀態，從而增強設備的定位準確度和工作的效率。

3 變頻技術在起重設備上的主要應用

3.1 起重設備的系統構成與性能。起重設備的閉環控制系統中，它是借助增量式脈沖編碼器來完成速度反饋工作的，這樣可以高效的控制變頻器的輸出頻率，并且將電動機的轉速控制在合理范圍內。不過，起重設備的起升機結構是有著位能負載的特征的，此時若電動機的轉速大于變頻器所對應的轉速，就會使動能釋放出來，如此才可以保證充足的制動轉矩。例如：在某起重設備變頻技術的應用，變頻器主要參數的設置，首先將所用電動機的銘牌數據輸入P80、P85，對于大車變頻器應輸入幾個電動機的總電流及總功率，并且大車變頻器帶有幾個電動機時應運行于線性頻率/電壓特性曲線上。1~4擋速度變化采用固定頻率設定，1擋為5Hz，2擋為10Hz，3擋為25Hz，4擋為50Hz。根據擋位的不同輸出頻率是各個固定頻率的疊加，同時利用變頻器的制動器接通、斷開功能。

3.2 變頻技術與PLC的有效配合。起重設備的控制裝置通常使用PLC，它可以接受多種信號和狀態，進而完成對整個車的時序邏輯控制工作。起重設備之中一般要將PLC和變頻器結合起來，這種方式能夠更高效的處理好設備起升期間的啟動與配合問題，進而減少抱閘閉合后的振動和毀壞，這樣可以使起重設備更穩定的停止工作。例如：將起重機電控設備輸入、輸出信號接入PLC 的I/O 模塊，同時根據實際工況對PLC 進行合理編程。

4 在起重設備上應用變頻技術需要注意的問題

第一，為了保證起重設備在低速工作狀態下也有較好的電壓補償，開展變頻器配置工作時，必須要選擇超出一個檔次的變頻容量。

第二，起重設備工作期間電動機可能會發生低速轉矩減小或溫升等現象，所以我們在工作中要盡可能的應用專業的變頻電動機。

第三，有些起重設備可能經常要在加大制動轉矩的狀態下工作，這就需要對起升系統的變頻器添加新的制動單元。

第四，起重設備在工作時，必須采取高效的措施來盡可能降低諧波的不利影響。

結語

綜合本文論述，在變頻設備上必須要使用變頻技術，這樣才能解決傳統的驅動系統中的諸多缺陷和不足，使起重設備的整體工作性能有較大的提升。此外，變頻技術還有很強的可靠性及節能性，所以一旦發展起來將會使起重工作的成本也有所降低。現今的變頻技術已經有了很大的發展進步，這勢必會使起重設備的應用范圍越來越廣，所以我們必須全力促進這項技術的發展。

參考文獻

[1]周芝峰，周理.直接轉矩變頻技術在起重機控制系統中的應用[J].電機與控制應用，2011，38（08）：45-47.

[2]栗建彬，盧崇波，李巖.變頻技術在某起重設備的應用[J].金屬世界，2012 （06）：67-69.

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