摘要：隨著電氣化設(shè)備的大量涌現(xiàn)，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，對(duì)其的要求也是逐漸提升，由于其較傳統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，深受廣大用戶喜愛。文章結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，說(shuō)明了變頻調(diào)速技術(shù)的主要特點(diǎn)，詳細(xì)分析了變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而提高了起重機(jī)的效率，優(yōu)化了起重機(jī)的工作性能。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；起重機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；電氣化設(shè)備；行走機(jī)構(gòu)；變頻器

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）05-0037-03

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也取得了很大的提升，目前變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，其調(diào)速指標(biāo)高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)便利、效率高、工作可靠性高、性能好，為以交流異步電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)提供了有利條件，利于進(jìn)行大范圍的調(diào)速，深受廣大用戶的喜愛。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速技術(shù)是一種效率很高的技術(shù)，其具有外圍控制線路簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完備、維護(hù)工作量小等特點(diǎn)，在很多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，真正將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在起重機(jī)上的時(shí)間也不是很長(zhǎng)，起步于20世紀(jì)90年代初，多用于行走機(jī)構(gòu)，變頻調(diào)速技術(shù)很不成熟。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也日益提升，連續(xù)開發(fā)出高性能的變頻器來(lái)滿足不同客戶需求，注重硬件和軟件質(zhì)量，增加了變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍。

目前變頻器在起重機(jī)中應(yīng)用的主要是直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制兩種方式，前者可以完全摒棄解耦控制思想，利用檢測(cè)到的定子電壓和電流，取消了旋轉(zhuǎn)變換和矢量計(jì)算，借助計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙位式控制，是一種動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法；后者簡(jiǎn)化了異步電機(jī)模型，并綜合考慮了瞬態(tài)狀況，確保了電機(jī)的良好動(dòng)態(tài)性能，與此同時(shí)，也準(zhǔn)確地控制了電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能。

3 變頻調(diào)速技術(shù)的主要特點(diǎn)

3.1 調(diào)速范圍大，性能好

起動(dòng)機(jī)中的變頻器內(nèi)部有專門的模塊化設(shè)計(jì)，因此其環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)、集成度高，伺服響應(yīng)優(yōu)良。起重機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，增強(qiáng)了調(diào)速的可靠性和防失速能力，提高了限速能力。起重機(jī)的實(shí)際操作人員可以依據(jù)實(shí)際的作業(yè)要求，加強(qiáng)力矩控制能力，選擇操作電位器，增強(qiáng)對(duì)急速負(fù)載波動(dòng)的適應(yīng)性，隨時(shí)修改各個(gè)擋位的速度值，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

3.2 明顯改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)

變頻器是采用軟啟動(dòng)技術(shù)和軟停止技術(shù)的裝置，把其應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，致使起動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)都比較穩(wěn)定，減少了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的沖擊。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，明顯改善了起重機(jī)的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

3.3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)

起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，具有過(guò)流保護(hù)和接地保護(hù)的功能，并采用獨(dú)立的控制柜，外觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有自診斷功能，確?？刂票Ｗo(hù)動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性，便于檢修。起重機(jī)的起升系統(tǒng)經(jīng)過(guò)升級(jí)后，增加了起重機(jī)的維修空間，減輕了起重機(jī)自身的重量，改善了鋼結(jié)構(gòu)的受力狀況，還便于日常的維修保養(yǎng)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)了超載報(bào)警功能，利用PLC通信實(shí)時(shí)顯示故障，及時(shí)給出處理方法，便于查找故障和維修。

3.4 安全性高，節(jié)能效果顯著

起重機(jī)是由閉環(huán)矢量控制工作，其具備了零速轉(zhuǎn)矩的功能。當(dāng)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器產(chǎn)生機(jī)械故障而出現(xiàn)失靈情況時(shí)，變頻器會(huì)自動(dòng)增大輸出轉(zhuǎn)矩，以足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)使負(fù)載停止下滑，進(jìn)而提高系統(tǒng)的安全性。變頻器在自動(dòng)節(jié)能操作模式下工作，不僅能較大地提高系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)的安全性，同時(shí)還能大大提高系統(tǒng)的工作效率，使節(jié)電率達(dá)到20%左右。

3.5 工作效率高，機(jī)械磨損小

起重機(jī)的起升系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)主鉤、副鉤以及空鉤等不同擋的工作速度之間的切換。這樣不僅減少了速度切換交替所用的輔助時(shí)間，而且大大降低了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，最終達(dá)到大大提高起重機(jī)的作業(yè)效率的目的。此外，變頻器可以采用軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)來(lái)啟制動(dòng)，可以較大地減小對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的沖擊，還可以減輕制動(dòng)輪與剎車片之間的磨損，減小機(jī)械磨損。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，針對(duì)起重機(jī)的特點(diǎn)，為滿足升降作業(yè)的常規(guī)要求，已設(shè)計(jì)出了應(yīng)用于起重機(jī)起升過(guò)程中的矢量控制變頻器，其可以提升起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的安全性，進(jìn)行開機(jī)前的力矩校驗(yàn)和制動(dòng)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)載荷倒拉。除此之外，該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩記憶功能，自動(dòng)記錄變頻器的轉(zhuǎn)矩，自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)參數(shù)，進(jìn)行電機(jī)自檢測(cè)。同時(shí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供脈沖編碼器接口，避免遛鉤現(xiàn)象，進(jìn)而提升變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，提高變頻驅(qū)動(dòng)的整體性能。

起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由電控設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、異步電動(dòng)機(jī)組成，以變頻器為核心，電動(dòng)機(jī)的類型決定轉(zhuǎn)矩，生產(chǎn)機(jī)械的特性決定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，這兩者相互獨(dú)立。由異步電動(dòng)機(jī)的電壓頻率進(jìn)行變頻器的起動(dòng)，通常采用限流加速、限時(shí)加速、S形加速三種方式。對(duì)于有電流限制功能的變頻器，宜采用限流加速方式；階躍式轉(zhuǎn)速變頻器宜選用限時(shí)加速啟動(dòng)方式；若想使加速過(guò)程緩和些，可以選擇S形加速啟動(dòng)。對(duì)于塔式建筑類起動(dòng)機(jī)，其升高度很高，宜采用恒定轉(zhuǎn)矩控制方式，電動(dòng)機(jī)的功率一定要和最高轉(zhuǎn)速的負(fù)載功率相匹配，加大低速轉(zhuǎn)矩，增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。若低速運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，必須增加電動(dòng)機(jī)的散熱能力，采用強(qiáng)迫通風(fēng)式電動(dòng)機(jī)，提升變頻器容量，避免電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高。

起重機(jī)的制動(dòng)也應(yīng)該采用變頻調(diào)速技術(shù)，性價(jià)比高，從而大大降低系統(tǒng)成本，充分利用了再生能量。通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)，可以改變載荷的離地速度，降低起地動(dòng)應(yīng)力系數(shù)和機(jī)械制動(dòng)沖擊力，達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速，增加電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)形式，減輕起重機(jī)自身重量，節(jié)省控制柜空間，充分利用PLC優(yōu)勢(shì)，減少投資成本，功率高，啟動(dòng)電流低，降低了配置要求，提高了定位精度，延長(zhǎng)了起重機(jī)的使用年限，與此同時(shí)，也改善了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)件、電機(jī)啟動(dòng)力矩、回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)都有一定程度的影響，降低啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而降低對(duì)傳動(dòng)部件的要求，消除速度轉(zhuǎn)化過(guò)程中的力矩沖擊，利用力矩可變，降低機(jī)械制動(dòng)運(yùn)行速度，減少制動(dòng)沖擊，增加使用

年限。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)可以進(jìn)行穩(wěn)定的低速運(yùn)行，啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，其調(diào)速范圍大、定位準(zhǔn)確，具有良好的運(yùn)行性能，精度高。在負(fù)載波動(dòng)很大時(shí)，也可以平穩(wěn)運(yùn)行。因此，人們?cè)谧冾l調(diào)速技術(shù)上已做了大量研究，不斷嘗試了不同形式的調(diào)速方法，變頻調(diào)速技術(shù)也經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的演變過(guò)程，目前變頻調(diào)速技術(shù)已非常成熟，成功研制了大功率的半導(dǎo)體器件，將基于PLC的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，在一定程度上，提高了起重機(jī)的功能，延長(zhǎng)了其使用壽命，有利于工業(yè)安全生產(chǎn)。相關(guān)技術(shù)人員一定要加強(qiáng)變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高自動(dòng)化水平，不斷提高電子元件的制作工藝，不斷優(yōu)化參數(shù)，提高平滑調(diào)速性能。相信在我們的不懈努力下，變頻調(diào)速技術(shù)一定會(huì)向著智能化方向發(fā)展，起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將更加完善。

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作者簡(jiǎn)介：徐永輝（1985-），男，供職于深圳市華升安全檢驗(yàn)有限公司，研究方向：特種設(shè)備安全檢驗(yàn)檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）