兩種集裝箱起重機制動整流器的控制原理與應用

山傳達，許海洋

（山東港口集團日照港集裝箱發展有限公司，山東日照 276800）

1 SEW 制動器

1.1 控制原理及特點

SEW 制動器為直流勵磁盤式制動器，制動線圈由加速線圈和保持線圈兩部分組成：當電流從整流模塊輸入制動線圈時，加速線圈會在較短的時間內形成較大的電磁力，克服彈簧的自重將銜鐵盤完全回吸，制動器則處于打開狀態，后經極短的時間切換至保持線圈開始正常工作（圖1）。

圖1 SEW 整流器外觀

SEW 制動器采用雙線圈工作，制動器吸合時間較短，對制動器摩擦片的磨損小。與制動力矩相同的其他制動器相比，它具有占地空間小、結構簡單、拆裝方便、維護周期長、維護方便等特點。

1.2 BGE1.5 制動器整流器的組成

BGE1.5 制動器整流器的額定電壓為Ue（150～500 V），額定電流Ie為1.5 A。制動線圈的電壓等級是確定的，如果沒有按其要求配置制動電壓，將會造成制動器不能釋放或燒毀制動器線圈。

（1）制動線圈。制動線圈分為兩部分：加速線圈（BS）和保持線圈（BS+TS，由滑動電阻實現），內部通過可控硅來控制，分時段（120 ms）導通（圖2）。

圖2 加速線圈與保持線圈時間

（2）加速線圈BS（白紅1-3）。第1 階段可控硅導通，當有電流從整流塊中輸出后進入加速線圈，電流大，加速線圈在極短的時間內形成很大的電磁力克服彈簧勢能，將制動器打開。

（3）保持線圈BS+TS（白紅1-3+白藍1-5=紅藍3-5）。第2 階段可控硅閉合，電流從整流塊輸出進入保持線圈，電流小，制動器打開后（極短時間）切換至保持線圈維持正常工作。

（4）整流塊。通過給定電源（220 V 或380 V），在制動線圈正常的情況下，通過整流塊將交流電轉換成直流電流給制動器供電。判定合格標準：整流塊輸入電壓為AC 380 V，在不接制動器線圈時多用表測直流1#、3#端為DC 166 V；整流塊輸入電壓為AC 220 V，不接制動器線圈時直流1#、3#端為DC 96 V。

（5）接線。BGE1.5 整流模塊中，1#、3#、5#分別接制動器線圈的白（WH）、紅（RD）、藍（BU）3 根線，2#、3#接輸入電源。

（6）制動線圈與整流塊的檢測。測量制動線圈阻值：方法，（加速線圈）白紅+白藍≈（保持線圈）紅藍；例如，白紅38 Ω+白藍205 Ω≈紅藍245 Ω。通常狀況下，如果制動器的線圈的白紅藍三線，任意兩根之間的電阻為0、∞或與標準偏差很大，就可以確定線圈燒毀。整流塊的測量與判斷方法：先確認2#、3#端輸入電壓正常（220 V 或380 V），再測量紅藍（3#、5#）兩線的直流電壓，一般輸入AC 230 V、紅藍（3#、5#）輸出是DC 80～100 V；如果輸入AC 280 V，紅藍（3#、5#）輸出DC 150～170 V，如果輸出電壓過低或過高，或數值變化特別大，就說明整流塊損壞。

2 INTORQ 制動器

2.1 控制原理及特點

INTORQ BFK458 電磁彈簧加壓式制動器是采用雙摩擦面的單盤制動器。在失電情況下通過摩擦鎖緊產生制動力矩，制動器通過電磁效應釋放。制動過程中，壓力彈簧通過銜鐵將轉子（轉子在軸套上可以產生軸向位移）壓在配合摩擦面上，制動狀態下銜鐵與定子之間存在氣隙（最大氣隙通常小于1 mm，額定氣隙為mm），定子線圈被直流電勵磁后產生電磁力，從而釋放制動器。

由于整個制動器作用于電機上，與電機減速箱三合一融為一體，適用于垂直安裝的電機，不過受重力影響、局限性較大。制動器手動釋放桿便于調節，整體維護相對方便。

2.2 INTORQ 的BEG.261 制動器整流器

INTORQ BEG.261-460-01 整流器為水平安裝的六極（6 個觸點）半波整流器，安裝于電機接線盒內部（圖3）。其最大電壓等級AC 460 V，最大直流電流等級0.75 A，工作溫度-25～80 ℃。

圖3 整流器外觀

（1）電源電壓選擇。半波整流供電電壓為42～555 V，對應線圈額定電壓最大250 V，標準額定電壓有7 個擋位，分別是24 V、96 V、103 V、170 V、180 V、190 V、205 V。

（2）工作原理。與SEW 制動器整流器相似，INTORQ 采用型號為BFK458-20E 的彈簧加壓式制動器，利用二極管的單向導通特性來進行半波整流，整個周期內只有1/2 時間由交流電輸出能量。

（3）火花抑制器。整流器通過輸入和輸出中的變阻器防止過壓，整流器中所需的火花抑制器（型號14.198.00.03），通用其可限制感應式直流用電器在直流側關閉時產生感應電壓。為達到理想的抑制效果，建議不帶電容器的火花抑制器采用火花抑制器（型號14.198.00.04）。

（4）半波整流。半波或全波是用來滿足不同的工況和電壓等級市電輸入400 V 交流電壓，整流器如果帶橋式整流則輸出電壓為0.9U（即0.9×400 V=360 V），帶半波整流則為0.45U（即180 V）。通過半波整流后輸出的DC 180 V 控制制動器線圈，使電磁鐵產生電磁力，克服彈簧壓力使機械剎車松開，電機恢復運轉、制動解除。

（5）接線。共六極6 個端子，1#、2#端子接市電交流400 V 電壓，3#、4#端子與市電引線短接，內部形成半波整流，5#、6#端子輸出半波整流后的DC 180 V 電壓，5#為正極、6#為負極，黑藍兩根線接制動器線圈實現控制功能。

3 應用

在電機的運行過程中，速度是通過變頻器改變輸出頻率來調節的，所以電壓是變化的、交變磁場也是變化的。而制動器要保持始終打開、需要一個穩定的直流電壓，其中整流器將交流變直流，并通過穩定的直流電使制動器線圈吸合保持來滿足行走制動。

（1）場橋吊具左右兩側旋鎖電機，通過控制連桿軸銷來實現同一側兩個鎖頭的轉換，需頻繁制動滿足作業動作要求。制動器控制需要用整流塊供電，SEW 制動器整流器輸出的直流電流在定子繞組中產生的是靜止磁場，轉子由于機械慣性仍在轉動，轉子繞組就會產生感應電動勢、產生感應電流，電機處于發電狀態，電磁轉矩和轉子旋轉方向相反，所以起到制動作用。如果是交流電則產生交變磁場，轉子在外力的條件下旋轉，電機不僅不能制動、反而會以一定的速度旋轉下去。

（2）有兩臺鐵路軌道吊大車機構也采用了INTORQ 彈簧加壓式制動器，配套BEG.261 整流器。由于橋吊作業線跨度長，每一次只作業一個集裝箱，經常往返走動及對箱，制動器動作頻繁。制動器設計壽命為100 萬次，裝卸一個集裝箱動作包括收發箱、翻倒箱、過程對箱，如果按每個箱子動作6 次計算，根據箱量統計每年動作約70 萬次，對制動的要求也隨之提升。其中，兩臺鐵路軌道吊整流模塊為半波整流，由AC 380 V 電壓供電。通過內部二極管來消除輸入負電壓成分后整流為直流電壓來控制制動器打開，保持行走穩定。根據不同的供電電壓等級與作業要求，半波整流與全波整流進行轉換，整流器不但為大車運行提供制動條件，也為應對惡劣天氣提供錨定保護，進一步保證設備的本質安全。

針對碼頭裝卸作業設備不同的工況需求，制動器的類型也多種多樣。絕大多數設備各主運行機構制動器均采用盤式電力推動器，類似于用一個電機驅動來控制制動機構，沒有制動器模塊和摩擦片作用于聯軸節法蘭連接的制動盤上，根據PLC 指令驅動推動器控制制動臂動作鎖住制動盤。該方式精度高，趨于穩定，調節制動間隙簡單方便，但是所需固定位置普遍較大，價格昂貴，拆卸較為困難。與盤式電力推動器相比，帶整流器的制動器能較好地適用于特定范圍的工作環境（如吊具旋鎖電機、吊具伸縮電機等狹小位置），拆卸維護也相對方便，可整體拆卸，但對整體結構的固定要求較高，固定不嚴密易發生電機與減速箱傾覆或制動器脫離電機的危險，造成相應設備設施損失。所以三合一電機（電機、制動器、減速箱連為一體的電機）普遍采用帶整流器模塊的制動器，對制動器整流器的要求也隨之提升。

4 總結

目前，整流器已廣泛應用于港口各類大型起重設備，是一種常用的制動控制手段。通過近些年的使用觀察與總結比較，能較好地適用于集裝箱起重機輪胎吊具旋鎖電機和鐵路軌道吊大車機構電機的頻繁制動，其優點得到充分展現，制動效果也比以往大大提升。該制動方式不會被電力推動所取代，是一種不可或缺的制動形式。未來不同型號、電壓規格的整流器將會繼續創新，制動方式趨于集成化，更好地服務于港口生產。