談變頻調速在起重機上的應用

　　摘 要：變頻調速作為一種性能優異的交流調速裝置，在各種起重機上已經得到廣泛的應用。變頻調速具有較完美的機械特性，其良好的起、制動性能實現了起重機吊鉤的快速、準確定位，從而大大提高了作業效率。
　　關鍵詞：變頻調速；起重機；操作方式
　　一、變頻調速的基本原理
　　一般三相異步電動機調速方法有:（1）改變磁極對數P來改變電機轉速，所得到的轉速只能是3000、1500、10000，為有級調速；（2）改變轉差率s調速，常用的方法是改變定子電壓調速和滑差電機調速，該方法轉子損耗較大效率低；（3）改變定子電源頻率f,其調速屬于改變同步轉速n調速，由于沒有人為的改變s,轉子中不產生附加的轉差功率損耗，所以效率高,是一種較為理想的調速方法，但改變定子電源頻率f調速即變頻調速需要較復雜的控制電路組成。
　　三相異步電動機同步轉速為:n=60f/p（1-s） 式中:P—磁極對數；f—定子電流頻率，即電源的頻率，f=50Hz；s—轉差率。
　　采用變頻調速一方面可以實現節能，另一方面可以較好的保持機械特性負載能力。
　　起重機各部分的拖動系統都需要調速，電動機變頻調速的機械特性是：
　　（一）重物起吊上升時，其旋轉方向與電樞電流產生的轉矩方向相同，即電動機受正向轉矩作用其機械特性在第一象限，如圖一中之曲線①所示，工作點為A，轉速為n 1 。

圖一 起吊重物時的工作狀態

　　當通過降低頻率而減速時。在頻率剛下降的瞬間，機械特性已經切換到曲線②了,工作點由A 跳變至A’,進入第二象限,其轉矩變為反向的制動轉矩,使轉速短時下降,并重新進入第一象限,至B點時,又處于穩定運行狀態,B點便是頻率降低后的新的工作點,這時,轉速已降為n2。
　　（二）空鉤（包括輕載）下降時，吊鉤自身是不能下降的，必須由電動機反向運行來實現。此時電動機的轉矩和轉速都是負的，故機械特性曲線在第三象限，如圖二中之曲線③，工作點為C點，轉速為n3 。

圖三 重載下降時工作狀態

　　二、變頻器及其操作方式
　　起重機的運行具有大慣性、四象限的特點，與其它傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全和性能上的要求。一般來說電動機平均起動轉矩為額定轉矩值的1.3-1.6倍，考慮到電源電壓波動及需要通過110% 額載的動載試驗要求等因素，其最大轉矩應是負載轉矩的1.8-2.0倍，以確保安全使用。通常對于普通鼠籠電動機來講，等額變頻器僅能提供小于150% 超載負載力矩值，為此可通過提高變頻器容量或同時提高變頻器和電動機容量來獲得200% 的負載力矩值。由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應有所增加。
　　變頻器的種類有許多，配置在起重機上要注意它的特性和起重機的類型，做到合理搭配。目前市場上專用變頻器的品種很多，如安川V S-616G5 系列、日本富士G9S 系列、三菱FRA0241S / A044 等。其中安川VS-616G5 變頻器是多功能全數字式變頻器，具有如下特點：1）全程磁通矢量控制，在1Hz的低頻下，即使無速度反饋環節也能提供150% 額定轉矩的起動力矩；2）可配備制動單元，實現四象限運行，而且動態響應好；3）在全速范圍內具有恒轉矩特性。
　　主流變頻器的操作方式可分成手操器操作、外部端子操作和通訊控制操作三種。
　　（一）手操器操作。作為標準配置，變頻器配有專用手操器，可用于就地讀寫變頻器參數和就地讀取變頻器運行狀態及簡單的本地單機操作，但是無法實現遠距離操作和多機聯動，也無法實現遠距離讀寫變頻器參數和讀取變頻器運行狀態。
　　（二）外部端子操作。變頻器外部端子與外部硬線邏輯電路連接，可實現遠距離對單個變頻器或多個變頻器進行運行控制，同時能夠讀取有限的變頻器運行狀態，但是不能實現遠距離變頻器參數讀寫和讀取全部的變頻器運行狀態。該控制方式在大多數情況下可以滿足起重機操作工況要求。
　　（三） 通訊控制操作。通過建立PLC與變頻器通訊接口之間的網絡連接,可以實現遠距離對單個變頻器或多個變頻器進行運行控制和變頻器參數讀寫,同時能夠遠距離讀取單個變頻器或多個變頻器全部的運行狀態,是一種較為理想的操作方式。
　　三、采用變頻調速需要注意的問題
　　（一）因重物起吊時起動轉矩較大，通常在額定轉矩下的150% 以上。考慮到在實際工作中可能發生的電源電壓下降以及短時過載等因素，一般情況下，應按照額定轉矩的150% -180% 來進行選擇
　　（二）起重機工作過程中,在重物剛離開原位上升的瞬間以及在重物剛到達新位下降的瞬間,負載轉矩的變化是十分激烈的，應引起注意。
　　（三）在調整起重機裝置的纜繩松弛度時以及在進行定位控制時都需要點動運行，應充分注意點動時的工作特性。
　　（四）在重物開始升降或停止時要求制動器和電動機的動作之間，必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要一定的時間（約6s） 而電動機轉矩的產生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻反映的。因此，兩者在動作的配合上極易出現問題。如電動機已經通電而制動器尚未松開，將導致電動機的嚴重過載;反之，如電動機已經斷電，而制動器尚未抱緊則重物必將下滑即出現溜鉤現象。VS -6165G5 變頻器具有零速全轉矩功能，可有效地防止溜鉤。其原理是變頻器在速度為0的狀態下，保持電動機有足夠大的轉矩且不需要速度反饋，這保證當吊鉤由升降狀態降速為0 時電機能使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。
　　變頻調速徹底避免了繞線式異步電動機起制動速度無法準確控制的缺點，可靠性大為提高。隨著電子元器件性能不斷飛速發展，變頻調速技術必將更廣泛應用于起重機械上。同時變頻調速也必將獲得更大的發展。