劉東風

摘要：早期傳統(tǒng)的門座式起重機（簡稱門機）起升機構(gòu)采用繼電器、接觸器進行控制，交流繞線式異步電動機，轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法進行調(diào)速，這種控制可靠性差，故障率高，維修困難，將變頻器改造，應用于早期老式門機起升控制系統(tǒng)，通過變頻改造取得了良好效果。

關鍵詞：門機;變頻器;改造

一、概述

門機在港口碼頭有著廣泛的應用，它能否正常工作直接影響到碼頭裝卸效率，早期門機電氣動力控制系統(tǒng)，采用交流繞線式異步電動機，轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法進行啟動和調(diào)速，這種調(diào)速方法，電動機的機械特性很軟，故障率較高，直接影響到港口的裝卸效率，而且設備維修、保養(yǎng)的費用昂貴，調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術指標較差，已不能滿足港口生產(chǎn)的特殊要求，對此，我們對早期營口港16T/28T-33m/20m門機起升系統(tǒng)進行變頻改造，并引入改造變頻調(diào)速裝置。

二、營口港門座式起重機原來電氣控制系統(tǒng)的主要缺點

改造前營口港16T/28T-33m/20m門機，起升電氣控制系統(tǒng)的主要缺點有：

1、門機工作任務重，頻繁高速的大負荷制動沖擊造成門機金屬結(jié)構(gòu)變形、開焊問題多次出現(xiàn)。

2、起升電機過載嚴重，頻繁的重載啟動，多次造成電動機滑環(huán)出現(xiàn)麻點、定子繞組燒毀。

3、接觸器銜鐵和線圈損壞嚴重，接觸器觸頭燒毀頻繁出現(xiàn)，主接觸器及加速接觸器太多，故障修理及維護費用昂貴。

4、高負荷的機械抱閘制動，造成起升機構(gòu)減速箱、變速箱及起升制動裝置磨損嚴重。

5、電機轉(zhuǎn)子所串電阻器燒毀和斷裂時有發(fā)生，特別是夏季氣溫高，電阻散熱不好，存在火災安全隱患。

6、現(xiàn)場多臺門機同時裝卸時，同時的電機啟動造成電網(wǎng)電壓波動大，電壓供電不足。

7、電氣線路復雜，保護性差，頻繁的出現(xiàn)電氣線路故障，直接影響到碼頭的裝卸生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

為了解決這些問題，我們將變頻器調(diào)速控制，改造應用于早期門機的起升機構(gòu)，代替了原來調(diào)速方式。

三、交流調(diào)速常用的調(diào)速方案及其性能比較

由電機學知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式如下：

式中 n——電動機的轉(zhuǎn)速

Pn——電動機定子繞阻的磁極對數(shù);

f1——電動機定子電壓供電頻率;

s ——電動機的轉(zhuǎn)差率。

從式（1-1）中可以看出，改變交流異步電動機的轉(zhuǎn)速有三種方案。

（1） 改變電動機的磁極對數(shù)（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（3）變頻調(diào)速

這三種調(diào)速方案，變頻調(diào)速是最理想的交流調(diào)速方案，門機起升系統(tǒng)須具備，零速時額定負載，能電制動保持數(shù)秒的功能，這非一般變頻器所能承擔，必須使用起重機專用變頻器。起重機專用變頻器必須具備以下最基本的功能：電源電壓波動可為+10%～-15%，電源三相平衡度小于5%，具有大于150%過載60s及瞬間過電流200%的能力，能承受電網(wǎng)小于5%的三相不平衡度要求。

四、變頻器的選擇

在門機起升機構(gòu)變頻改造過程中利用原電動機，將繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子滑環(huán)短接，在選取變頻器時驗證其驅(qū)動電流是否大于電動機額定電流即可，結(jié)合港口實際情況，經(jīng)對變頻器產(chǎn)品質(zhì)量、價格等因素綜合考慮，在我公司16T/28T-33m/20m門機的改造中，最終確定了YASKAWA（安川）高性能變頻器的驅(qū)動方案，以營口港改造門機型號為16T/28T-33m/20m為例，此門機最大起重量為28T，起升速度為30m/min，起升電動機功率為160KW，定子電流338 A，根據(jù)變頻器說明書，結(jié)合實際電機的最大負荷電流，我們選用日本YASKAWA（安川）CIMA-G74220變頻器，此變頻器保護功能完善，保養(yǎng)維護簡單，變頻器效率可達98%以上，功率因數(shù)可達0.95以上，頻率控制精度為+0.01Hz，該變頻器標稱輸出功率為220KW，額定輸出電流為450A則Icn =450A> Ie =338A，經(jīng)查詢驗算通過。

變頻器應用在門機起升機構(gòu)的關鍵點是，起升機構(gòu)拖動位能性負載下放或急減速制動時，電動機將處于再生發(fā)電狀態(tài)，若不采取相應的措施，當直流回路電容電壓升到保護極限值后，變頻器將過電壓報警，解決變頻器過電壓有兩種方案，一種為加裝制動單元檢測直流母線電壓，由制動電阻消耗多余電能降低直流母線電壓，另一種為直流母線回饋電網(wǎng)，降低直流母線電壓。目前第二種方案一次性投資成本太高，后期維護投入成本較高，所以我們采用第一種方案，來降低直流母線電壓，我們結(jié)合《安川變頻器手冊》，推薦單臺160千瓦電機，選用YASKAWA（安川）CBDR 4220制動單元，匹配制動電阻器，將再生制動能量迅速釋放，在調(diào)速過程中出現(xiàn)的過電壓、溜鉤、零速制動這些關鍵技術，我們在改造調(diào)試過程中通過修改變頻器參數(shù)都迎刃而解。

五、變頻調(diào)速技術在門座式起重機上應用的優(yōu)點：

經(jīng)改造后的門機，減少了電氣維護的人力、物力消耗，改造后的門機5至10年內(nèi)基本上不用投入更換配件，門機的設備完好率據(jù)統(tǒng)計能達到99.6%，徹底解決了以前故障率高的問題，多年來 ，采用變頻調(diào)速的起升電機幾乎沒有損壞 ，另外門機起升機構(gòu)制動性能非常好 ，采用變頻調(diào)速，可以實現(xiàn)零速抱閘 ，減少抱閘閉合時的振動及磨損 ，從而使制動平穩(wěn) ，大大降低了對門機整體金屬結(jié)構(gòu)的振動沖擊，徹底解決了門機因制動沖擊，使金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開焊、開裂的現(xiàn)象，在制動器維護、保養(yǎng)、檢查方面也大大降低了維護成本。

六、總結(jié)

近年來，我們陸續(xù)對營口港20多臺16T/28T-33m/20m門機起升機構(gòu)進行了變頻改造，變頻器在營口港老舊門座式起重機上改造應用，經(jīng)過近幾年的作業(yè)實踐，也進一步證明改造費用物有所值，大大提高了生產(chǎn)收益率，老舊設備的連續(xù)無故障運行記錄也再創(chuàng)新高，通過設備改造，提高了營口港機械公司技術人員的技能，也深刻認識到新技術對現(xiàn)代工業(yè)的重要性，同時對港口老舊起重設備的新技術改造積累了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]《變頻器使用說明書》，株式會社安川電機，2007年4月.

[2]黃柏辰《電機與拖動》，上海科學普及出版社， 1996年.

（作者單位：營口港務集團股份有限公司）