內(nèi)容摘要：本文詳細(xì)介紹了變頻調(diào)速的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展?fàn)顩r及目前變頻調(diào)速器的性能特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)起重機(jī)電氣控制存在的問(wèn)題，討論了變頻調(diào)速器在起重機(jī)電氣控制中的適用性及在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題。

     關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速  變頻器  起重機(jī)

     在調(diào)速方法中，變頻調(diào)速（通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的速度）的調(diào)速范圍大，平滑高，變頻時(shí)同時(shí)改變定子外加電壓，可實(shí)現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速以適應(yīng)不同負(fù)載的要求，低速時(shí)特性的靜差率較高，調(diào)速的效率和功率因數(shù)高，是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中比較有發(fā)展前途的一種。其缺點(diǎn)是必須有專(zhuān)用的變頻電源，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動(dòng)負(fù)載。長(zhǎng)期以來(lái)由于缺乏理想的變頻電源，影響了變頻調(diào)速的應(yīng)用。直到晶閘管以及大功率晶體管等半導(dǎo)體電子器件問(wèn)世以后，由于它們具有理想開(kāi)美元件的性能（通態(tài)壓降小、斷態(tài)阻抗大、開(kāi)關(guān)速度快等），促進(jìn)了各種靜止變頻器的飛速發(fā)展。60年代以來(lái)，各種類(lèi)型的變頻調(diào)速裝置相繼出現(xiàn)，并迅速得到推廣應(yīng)用。特別是半導(dǎo)體器件制造工藝的成就與微電子技術(shù)相結(jié)合，促使變頻裝置向大容量、高性能發(fā)展。日前，國(guó)外生產(chǎn)的變頻裝置容量巳達(dá)1萬(wàn)kw以上，交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)已具有調(diào)速范圍覺(jué)調(diào)速精度高等特點(diǎn)，而且價(jià)格和性能可與直流拖動(dòng)相比擬。

l  傳統(tǒng)的起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

     傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用：①直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；②改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速；③轉(zhuǎn)于串電阻調(diào)速；④渦流制動(dòng)器調(diào)速；⑤可控硅串級(jí)調(diào)速；⑥直流調(diào)速。

     前4種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小，無(wú)法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速；且低速就位性能差，長(zhǎng)期低速運(yùn)行會(huì)引起電阻器、渦流制動(dòng)器嚴(yán)重發(fā)熱；起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于0.2－0.4，即使?jié)M載也低于0.75，線(xiàn)路損耗大。

     可控硅串級(jí)調(diào)速雖克服了上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了額定速度以下的無(wú)級(jí)調(diào)速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動(dòng)沖擊，價(jià)格較低，但目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化，因而在保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控方面還有待于發(fā)展。

     直流調(diào)速系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，但必須采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。

     變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展到今天已完全克服了上述不足，同時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)要求不高，采用普通鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)即可（繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)也適用）。該電機(jī)制造工藝簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，無(wú)論是在起重機(jī)老產(chǎn)品改造還是新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，變頻調(diào)速都是優(yōu)選方案。

     近年來(lái)生產(chǎn)的高性能變頻調(diào)速裝置具有以下特點(diǎn)：電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和低速轉(zhuǎn)矩高，速度響應(yīng)快，速度控制范圍寬，可進(jìn)行直接轉(zhuǎn)矩控制；豐富的開(kāi)關(guān)量及模擬量輸人輸出便于用戶(hù)使用；完善的保護(hù)功能如過(guò)壓、過(guò)流、接地、輸人輸出缺相、過(guò)熱等保護(hù)；加減速曲線(xiàn)可選，加減速時(shí)間可調(diào)，提供多種制動(dòng)方式以及系統(tǒng)監(jiān)控功能；電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試，輸人功率因數(shù)高達(dá)0．95以上，效率高達(dá) 9？％以上。尤其是矢量控制技術(shù)及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應(yīng)用，使交流電動(dòng)機(jī)具有了比直流電動(dòng)機(jī)更好的動(dòng)態(tài)特性，變調(diào)速裝置的先進(jìn)性能特別適用于起重機(jī)的惡劣工況，對(duì)改善起重機(jī)的調(diào)速性能、提高工作效率和功率因數(shù)、減少起制動(dòng)沖擊以及增加起重機(jī)使用的安全可靠性是非常有益的。

2  變頻調(diào)速裝置的選用

     目前變頻調(diào)速器已發(fā)展了幾代，市場(chǎng)上變頻調(diào)速裝置也很多，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)起重機(jī)領(lǐng)域的使用情況，筆者認(rèn)為以下幾種產(chǎn)品較適于在起重機(jī)上使用。

     德國(guó)ABB公司生產(chǎn)的ACS600系列變頻器：該系列產(chǎn)品采用了比較優(yōu)的電機(jī)控制方法——直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC），它可以對(duì)所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。高速信號(hào)處理器與先進(jìn)的電機(jī)軟件模型相結(jié)合使電機(jī)狀態(tài)每秒鐘更新4萬(wàn)次，對(duì)負(fù)載的變化和瞬時(shí)掉電，能做出迅速響應(yīng)。其開(kāi)環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（0．1％－0．5％），開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間小于5毫秒，約為矢量控制的1／20，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)200％，并具有有效的磁通制動(dòng)來(lái)提供比較大可能的制動(dòng)力矩。尤其它還提供了提升機(jī)應(yīng)用宏程序，它具有提升機(jī)應(yīng)用所需的全部控制和安全功能，模塊化功能可確保提升機(jī)安全快速運(yùn)行、故障處理容易、維護(hù)簡(jiǎn)單，DTC控制技術(shù)使操作者便于精確控制速度和轉(zhuǎn)矩，該裝置與傳統(tǒng)的主令開(kāi)關(guān)配合使用，操作非常方便。

     法國(guó)施耐得公司生產(chǎn)的ATV66系列變頻器：ATV66是法國(guó) TE品牌和美國(guó)SquareD品牌的結(jié)合，兩大品牌的綜合優(yōu)勢(shì)使ATV66在歐美市場(chǎng)風(fēng)靡一時(shí)。它除具有其他變頻器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有一個(gè)特殊功能——制動(dòng)順序功能。該功能包括起動(dòng)控制和制動(dòng)控制兩部分，起動(dòng)控制主要用于位能性負(fù)載，提供松閘控制確保松問(wèn)時(shí)變頻器已建立力矩，可設(shè)置松閘電流、松閘頻率、松閘動(dòng)作延時(shí)。制動(dòng)控制適用于帶停車(chē)制動(dòng)的場(chǎng)合，提供抱閘控制和直流注人制動(dòng)。用于調(diào)節(jié)制動(dòng)的平滑度，可設(shè)置抱閘頻率、抱閘動(dòng)作延時(shí)以及制動(dòng)直流的注人電流和時(shí)間，這對(duì)改善起重機(jī)起制動(dòng)性能非常有益。

     此外，日本安川公司生產(chǎn)的VS－616G5系列變頻器，德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的6SE70系列產(chǎn)品等都是高性能產(chǎn)品，在起重機(jī)上都有成功的應(yīng)用，都是可選產(chǎn)品。

     通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。以驅(qū)動(dòng)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算，變頻器銘牌的輸出電流 IINV應(yīng)滿(mǎn)足下列兩式：

IINV＞Ied
IINV＞K0I0/Kg

     式中：Ied——電動(dòng)機(jī)額定電流；I0——電動(dòng)機(jī)比較大工作電流，為靜載電流和動(dòng)載電流之和。當(dāng)負(fù)載要求全壓起動(dòng)時(shí)，為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流；K0——安全系數(shù)，重復(fù)短時(shí)工作制一般為1.0—1.1;Kg——變頻器允許過(guò)載倍數(shù)，見(jiàn)使用手冊(cè)。

     當(dāng)認(rèn)為所需變頻器容量過(guò)大時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間，減少動(dòng)態(tài)電流值。在選擇變頻器時(shí)，還應(yīng)考慮它所提供的制動(dòng)能力，通常變頻器本身具有制動(dòng)能力，一般在短時(shí)間內(nèi)提供20％額定值的制動(dòng)力矩，在起升機(jī)構(gòu)中需較大制動(dòng)力矩，則應(yīng)考慮增加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

3  電動(dòng)機(jī)的選用

    用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)其輸出能力受以下幾方面的影響：

   （1）在低速運(yùn)行時(shí)由于風(fēng)扇冷卻效果減弱，使電動(dòng)機(jī)允許輸出功率下降；

   （2）變頻器輸出電源中含有一定量的高次諧波，它會(huì)使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生諧波損耗，出力下降，并會(huì)增加運(yùn)行中的噪音。

    為此，在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮上述因素的影響。發(fā)熱校驗(yàn)按下式：

P’＝KP

     式中：P——發(fā)熱校驗(yàn)時(shí)要求的電動(dòng)機(jī)功率；P’一一考慮變頻器影響后要求的電動(dòng)機(jī)功率；K——增容系數(shù)，重復(fù)短時(shí)工作制一般場(chǎng)合K＝ 1.05— 1.1。

     在用于驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的場(chǎng)合，應(yīng)重新對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力進(jìn)行校核，保證在工作范圍內(nèi)任何點(diǎn)；時(shí)電動(dòng)機(jī)都可順利起動(dòng)。

     在無(wú)超同步調(diào)速要求的場(chǎng)合，一般以選用YZ（起重冶金型）系列或YZF（強(qiáng)迫風(fēng)冷起重冶金型）。為佳。在有超同步調(diào)速要求的場(chǎng)合，需采用變頻專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)。

5  起重機(jī)的變頻調(diào)速電路及注意事項(xiàng)

     起重機(jī)的負(fù)載性質(zhì)有兩種，一種是干移負(fù)載（行走負(fù)載），一種是位能負(fù)載（升降負(fù)載），因而其制電路也因負(fù)載性質(zhì)而不同，設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)注意負(fù)載性質(zhì)。主電路應(yīng)加人快速熔斷器用于保護(hù)變頻器的輸人整流橋不被內(nèi)部短路故障而損壞。在位能負(fù)載控制電路中還應(yīng)加人制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻，這樣可通過(guò)電阻制動(dòng)，有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)和減小減速時(shí)間，保證重物就位的可靠性。當(dāng)變頻器的中間直流電路的電壓超過(guò)特定的極限值，制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻就開(kāi)始工作。升降電路的變頻器應(yīng)盡量選用具有起重機(jī)應(yīng)用宏程序的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的零位保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、行程極限保護(hù)并實(shí)現(xiàn)各種故障監(jiān)控及報(bào)警。干移電路的變頻器選用通用型即可。另外，在電網(wǎng)條件不太好時(shí)，例如，變頻器的投切或電力電容的投切可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)峰值電流時(shí)，還應(yīng)在輸人端加人輸人電抗器，以抑制峰值電流，同時(shí)降低電動(dòng)機(jī)噪音。