摘 要：變頻調(diào)速作為一種性能優(yōu)異的交流調(diào)速裝置，在各種起重機(jī)上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速具有較完美的機(jī)械特性，其良好的起、制動(dòng)性能實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)吊鉤的快速、準(zhǔn)確定位，從而大大提高了作業(yè)效率。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；起重機(jī)；操作方式 一、變頻調(diào)速的基本原理 一般三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有:（1）改變磁極對(duì)數(shù)P來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，所得到的轉(zhuǎn)速只能是3000、1500、10000，為有級(jí)調(diào)速；（2）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，常用的方法是改變定子電壓調(diào)速和滑差電機(jī)調(diào)速，該方法轉(zhuǎn)子損耗較大效率低；（3）改變定子電源頻率f,其調(diào)速屬于改變同步轉(zhuǎn)速n調(diào)速，由于沒有人為的改變s,轉(zhuǎn)子中不產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)差功率損耗，所以效率高,是一種較為理想的調(diào)速方法，但改變定子電源頻率f調(diào)速即變頻調(diào)速需要較復(fù)雜的控制電路組成。 三相異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為:n=60f/p（1-s） 式中:P—磁極對(duì)數(shù)；f—定子電流頻率，即電源的頻率，f=50Hz；s—轉(zhuǎn)差率。 采用變頻調(diào)速一方面可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，另一方面可以較好的保持機(jī)械特性負(fù)載能力。 起重機(jī)各部分的拖動(dòng)系統(tǒng)都需要調(diào)速，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性是： （一）重物起吊上升時(shí)，其旋轉(zhuǎn)方向與電樞電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相同，即電動(dòng)機(jī)受正向轉(zhuǎn)矩作用其機(jī)械特性在第一象限，如圖一中之曲線①所示，工作點(diǎn)為A，轉(zhuǎn)速為n [sub]1[/sub] 。 [align=center] 圖一 起吊重物時(shí)的工作狀態(tài)[/align] 當(dāng)通過降低頻率而減速時(shí)。在頻率剛下降的瞬間，機(jī)械特性已經(jīng)切換到曲線②了,工作點(diǎn)由A 跳變至A’,進(jìn)入第二象限,其轉(zhuǎn)矩變?yōu)榉聪虻闹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)速短時(shí)下降,并重新進(jìn)入第一象限,至B點(diǎn)時(shí),又處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),B點(diǎn)便是頻率降低后的新的工作點(diǎn),這時(shí),轉(zhuǎn)速已降為n[sub]2[/sub]。 （二）空鉤（包括輕載）下降時(shí)，吊鉤自身是不能下降的，必須由電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是負(fù)的，故機(jī)械特性曲線在第三象限，如圖二中之曲線③，工作點(diǎn)為C點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為n[sub]3[/sub] 。 [align=center] 圖二 空鉤或輕載時(shí)工作狀態(tài)[/align] 當(dāng)通過降低頻率而減速時(shí)，在頻率剛下降的瞬間，機(jī)械特性已經(jīng)切換至曲線④、工作點(diǎn)由C點(diǎn)跳變至C’點(diǎn)，進(jìn)入第四象限，其轉(zhuǎn)矩變?yōu)檎较颍宰柚沟蹉^下降，所以也是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使下降的速度減慢，并重新進(jìn)入第三象限，至D點(diǎn)時(shí)，又處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，D 點(diǎn)便是頻率降低后的新的工作點(diǎn)，這時(shí)，轉(zhuǎn)速為n[sub]4[/sub]。 （三）重載下降時(shí)，重物將因自身的重力而下降，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn)（下降）的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反是正方向的，其機(jī)械特性如圖三的曲線⑤所示,工作點(diǎn)為E 點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為n[sub]5[/sub]。這時(shí)電動(dòng)機(jī)的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速，達(dá)到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉(zhuǎn)矩將阻礙重物下降，故重物在下降時(shí)構(gòu)成的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比上升時(shí)小。 [align=center] 圖三 重載下降時(shí)工作狀態(tài)[/align] 二、變頻器及其操作方式 起重機(jī)的運(yùn)行具有大慣性、四象限的特點(diǎn)，與其它傳動(dòng)機(jī)械相比對(duì)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(dòng)機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩值的1.3-1.6倍，考慮到電源電壓波動(dòng)及需要通過110% 額載的動(dòng)載試驗(yàn)要求等因素，其最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.8-2.0倍，以確保安全使用。通常對(duì)于普通鼠籠電動(dòng)機(jī)來講，等額變頻器僅能提供小于150% 超載負(fù)載力矩值，為此可通過提高變頻器容量或同時(shí)提高變頻器和電動(dòng)機(jī)容量來獲得200% 的負(fù)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(yīng)有所增加。 變頻器的種類有許多，配置在起重機(jī)上要注意它的特性和起重機(jī)的類型，做到合理搭配。目前市場(chǎng)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(shù)字式變頻器，具有如下特點(diǎn)：1）全程磁通矢量控制，在1Hz的低頻下，即使無速度反饋環(huán)節(jié)也能提供150% 額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩；2）可配備制動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；3）在全速范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)配置，變頻器配有專用手操器，可用于就地讀寫變頻器參數(shù)和就地讀取變頻器運(yùn)行狀態(tài)及簡單的本地單機(jī)操作，但是無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作和多機(jī)聯(lián)動(dòng)，也無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離讀寫變頻器參數(shù)和讀取變頻器運(yùn)行狀態(tài)。 （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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)單個(gè)變頻器或多個(gè)變頻器進(jìn)行運(yùn)行控制，同時(shí)能夠讀取有限的變頻器運(yùn)行狀態(tài)，但是不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離變頻器參數(shù)讀寫和讀取全部的變頻器運(yùn)行狀態(tài)。該控制方式在大多數(shù)情況下可以滿足起重機(jī)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(wǎng)絡(luò)連接,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)單個(gè)變頻器或多個(gè)變頻器進(jìn)行運(yùn)行控制和變頻器參數(shù)讀寫,同時(shí)能夠遠(yuǎn)距離讀取單個(gè)變頻器或多個(gè)變頻器全部的運(yùn)行狀態(tài),是一種較為理想的操作方式。 三、采用變頻調(diào)速需要注意的問題 （一）因重物起吊時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，通常在額定轉(zhuǎn)矩下的150% 以上。考慮到在實(shí)際工作中可能發(fā)生的電源電壓下降以及短時(shí)過載等因素，一般情況下，應(yīng)按照額定轉(zhuǎn)矩的150% -180% 來進(jìn)行選擇 （二）起重機(jī)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(dá)新位下降的瞬間,負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化是十分激烈的，應(yīng)引起注意。 （三）在調(diào)整起重機(jī)裝置的纜繩松弛度時(shí)以及在進(jìn)行定位控制時(shí)都需要點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，應(yīng)充分注意點(diǎn)動(dòng)時(shí)的工作特性。 （四）在重物開始升降或停止時(shí)要求制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作之間，必須緊密配合。由于制動(dòng)器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動(dòng)作過程需要一定的時(shí)間（約6s） 而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)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(dòng)作的配合上極易出現(xiàn)問題。如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)通電而制動(dòng)器尚未松開，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重過載;反之，如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)器尚未抱緊則重物必將下滑即出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。VS -6165G5 變頻器具有零速全轉(zhuǎn)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(tài)下，保持電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩且不需要速度反饋，這保證當(dāng)?shù)蹉^由升降狀態(tài)降速為0 時(shí)電機(jī)能使重物在空中停止，直到電磁制動(dòng)器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。 變頻調(diào)速徹底避免了繞線式異步電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)速度無法準(zhǔn)確控制的缺點(diǎn)，可靠性大為提高。隨著電子元器件性能不斷飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)必將更廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械上。同時(shí)變頻調(diào)速也必將獲得更大的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 1、王進(jìn).施工機(jī)械概論.北京:人民交通出版社.2002 2、李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第二版）.北京:清華大學(xué)出版社.2001 3、陳洪禮交流電動(dòng)機(jī)的近代調(diào)速系統(tǒng).內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古大學(xué)出版社.1992 4、鄭堤，唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2002 5、大連起重機(jī)廠.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[S]. 遼寧：遼寧人民出版社.1979 6、滿永奎. 通用變頻器及其應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1995