變頻器在門座式起重機控制系統中的應用

摘 要：門座式起重機是一種重要的起重設備，主要用來搬運、吊放重物，被廣泛的應用在多個領域。門座式起重機在搬運和吊放重物時，經常需要控制運行速度，變頻器在門座式起重機控制系統中的應用，極大地提高了起重機控制效率，并且提供了更加完善的保護監測功能，有效提高了門座式起重機控制系統的可靠性和穩定性。文章分析了門座式起重機運行負載特性和傳統調速控制的不足，闡述了變頻器在門座式起重機控制系統中的應用，以供參考。

關鍵詞：變頻器；門座式起重機；控制系統；應用

門座式起重機在水電站、船臺、露天堆料場、港口等場所發揮著不可替代的作用，起升結構是門座式起重機的關鍵部件，其頻繁的進行正反轉和起制動，實現慢就位、輕載高速、重載低速。門座式起重機控制系統通過應用變頻器，充分發揮變頻器的作用和優勢，保障門座式起重機的安全、穩定運行。

1 門座式起重機運行負載特性

起升機構是門座式起重機的關鍵部件，由于在空間環境中重物具有位能，當重物上升過程中，電動機需要克服重物的摩擦阻力和重力來做功，重物下降過程中受到重力加速度影響，當傳動機構摩擦阻力小于重物重力時，重物自身會產生下降的動力，門座式起重機電動機會接受能量；當傳動機構摩擦阻力大于重物重力時，由電動機拖動重物下降，產生阻力負載，并且門座式起重機的行走、旋轉和變幅也是阻力負載[1]。結合門座式起重機的運行負載特性和應用要求，在控制系統中合理應用變頻器，實現門座式起重機的變頻調速。

2 門座式起重機傳統調速控制的不足

門座式起重機的各個部件在應用中都需要調速，和普通電動機相比，異步電動機便于運行維護，結構比較堅固簡單，傳統的門座式起重機控制系統主要是通過異步電動機來調節速度，在起重機轉子回路中電刷和集電環串入多個電阻，利用接觸器控制相關接入電阻從而控制門座式起重機的轉速，而這種調速控制方式存在很多不足；其一，行走、旋轉、變幅、起升機構的停止和起動速度較快，產生較大的機械沖擊，會縮短起重機的使用壽命，影響起重機運行的穩定性和可靠性；其二，拖動電動機的運行容量比較大，起動瞬間產生大幅度電流，對電網產生很大沖擊，浪費很多電能資源；其三，門座式起重機在應用中需要頻繁進行裝卸操作，繞線式電機調速是門座式起重機控制系統中的關鍵部件，交流接觸器斷開或者接入電動機，再串聯電阻，這種的切換操作非常頻繁，在電網不穩定的狀態下，很容易將觸頭燒壞，影響起重機控制系統的使用性能，并且由于門座式起重機振動、灰塵積聚等因素，轉子回路經常斷裂、燒壞；其四，起重機運行過程中，起升瞬間升降電動機很容易過載運行、受力不均勻，導致鋼絲繩斷裂[2]。

3 變頻器在門座式起重機控制系統中的應用

3.1 選用合適的變頻器

結合門座式起重機電機的額定功率，按照功率匹配原則，選擇合適型號的變頻器，根據門座式起重機控制系統應用要求，選用閉環矢量控制方式，利用增量式脈沖編碼器來反饋閉環控制速度，變頻器的低頻轉矩特性比較好，調速硬度也比較高，這使得門座式起重機實現良好的調速動態控制性能。同時，變頻器輸出指令信號應用于控制起重機制動器的抱閘和松閘，若變頻器的輸出頻率比較低，那么起重機電機轉速也比較低，這樣會使起重機產生制動過程，在減速停車或者下降過程中，變頻器側會返回制動功率，當起重機電機轉速不斷下降接近于零時，門座式起重機制動器抱閘，有效減少了制動轂和制動片之間的摩擦，有效解決了傳統起重機控制系統由于長時間摩擦運動產生的高溫問題，極大地提高了門座式起重機的技術性能。

3.2 系統起動和調速

變頻器在門座式起重機控制系統中的應用，變頻起動過程中對異步電動機的定子頻率和定子電壓進行控制，從而獲得所需要的起動性能。結合門座式起重機應用需求，盡量降低起重機的起動電流，使變頻器運行容量減小，并且起重機設定的起動時間不能過短，使主磁通達到變頻器額定值，設定合適的起動時間，轉換起重機起動時的動態轉矩，這樣可極大地減少起重機的起動損耗和起動電流。有些變頻器具有矢量控制和轉矩控制功能，實現快速、準確的電流限制，如果門座式起重機轉速指令設置為階躍指令[3]，門座式起重機控制系統通過變頻器可以有效限制電流，將起動電流限制在標準范圍以內，并且門座式起重機起動時經常攜帶重物，通過利用變頻器最大轉矩，快速起動起重機。

3.3 拖動系統設計

門座式起重機的旋轉、變幅和起升電動機對于運行參數要求較高，為了實現變頻器在門座式起重機控制系統中更好的應用，可以選用籠型轉子異步電動機，這種電動機是變頻專用的，在設計門座式起重機拖動系統過程中應注意以下兩方面內容：一方面，重物上升過程中，起重機的起動轉矩比較大，一般情況下可以達到額定轉矩的150%以上，考慮到起重機實際運行過程中可能出現短時過載或者電源電壓下降等問題，按照150%～180%的額定轉矩來選擇起重機合適的起動轉矩，由于門座式起重機拖動系統中包含制動器，應考慮到機械式制動器與電動機起動、制動過程中的動作配合；另一方面，起重機起升過程中，重物下降落在地面瞬間或者重物上升剛離開地面時，會產生復雜的轉矩變化，在設計拖動系統時應高度重視這個問題。

（1）變頻器容量。變頻器額定電流>起重機電動機額定電流×■，公式中：K1是電機額定轉矩和最大轉矩之比；K2是變頻器過載性能，一般為1.5；K3是變頻器運行余量，一般為1.1。

（2）電動機選型。門座式起重機的降速和升速過程中電流很大，這時計算起重機升、降速轉矩以及最大起動轉矩的電動機電流，重物上升過程中電動機運行容量：PMN？叟■，公式中GN是額定重量（kg），實際計算過程中應考慮到起重機具有125%的過載性能；？自是額定線速度（m/min）；？濁是機械效率[4]。

3.4 制動方式

門座式起重機控制系統利用變頻器調速的直流制動和再生制動，將旋轉、變幅、起升的運動速度準確地下降為零，使其停止。變頻調速系統在實際應用中，應注意制動電阻和制動單元，快速釋放由勢能轉換的電能，變頻器接收的電動機直流母排能量：PDC=0.105×TM×NM×？濁M×？濁NV，制動單元和制動電阻必須確保將變頻器的逆變能量全部消耗掉，根據平均放電容量來設置制動電阻。另外，對于門座式起重機，有時需要將重物停留在空中一段時間，通過變頻器可以使重物保持相對靜止，但是起重機很容易受到大風、大雨等外界因素的影響，所以門座式起重機應設置電磁制動器，實現起動機機械制動。

4 結束語

在門座式起重機控制系統中應用變頻器，可以極大地提高整機性能和調速可靠性、穩定性，即使在惡劣環境中，也可以有效改善起重機的維護性能，因此應加大變頻器在門座式起重機控制系統中的應用，推動起重機的快速發展。

參考文獻

[1]趙曉明，鮑春宇.變頻器在門座式起重機控制系統中的應用[J].電機與控制應用，2012，5：43-45+61.

[2]欒新剛.安川G7系列變頻器在門座起重機控制系統中的應用[J].科技創新與應用，2013，15：57-58.

[3]林威.變頻控制技術在門座式起重機上的應用[J].海峽科學，

2014，4：46-47.

[4]鮑永國，李敏.變頻器調速系統在門式起重機上的應用[J].物流工程與管理，2011，1：116-117+131.

作者簡介：魏軍威（1984-），男，河北石家莊人，學歷：本科，工作單位：曹妃甸港集團股份有限公司，研究方向：設備管理。