隨著施工企業(yè)對(duì)起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等傳統(tǒng)調(diào)速方法的弊端日趨顯現(xiàn)，這幾種常規(guī)調(diào)速方式要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見(jiàn)，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。

交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展及廣泛應(yīng)用，為起重機(jī)控制系統(tǒng)大范圍、高精度調(diào)速提供了可能。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。

1變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)

變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)后，與市場(chǎng)上大量使用的傳統(tǒng)的繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)相比，可帶來(lái)以下經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠性。

（1）變頻起重機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動(dòng)平緩，運(yùn)行中加、減速時(shí)整機(jī)振動(dòng)和沖擊小，安全性提高，延長(zhǎng)起重機(jī)機(jī)械部分壽命。

（2）通過(guò)電機(jī)增設(shè)編碼器，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速閉環(huán)控制，有效的避免溜鉤，確保起升作業(yè)的安全可靠運(yùn)行。

（3）能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍寬，能適應(yīng)各種調(diào)速范圍大的場(chǎng)合。

（4）通過(guò)變頻器可以檢測(cè)、監(jiān)視電機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行，結(jié)合PLC、觸摸屏，可大幅度提高起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制。

（5）機(jī)械制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)低速時(shí)動(dòng)作，主鉤以及大、小車(chē)的制動(dòng)由電氣制動(dòng)完成，所以機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)片壽命大為延長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)低。

（6）交流接觸器大量減少，電動(dòng)機(jī)主回路實(shí)

現(xiàn)了無(wú)觸點(diǎn)化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動(dòng)作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動(dòng)機(jī)損壞故障。

（7）采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)取代繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，避免了因集電環(huán)、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動(dòng)機(jī)損壞或不能起動(dòng)的故障。

2起重機(jī)各運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

（1）起重機(jī)需要很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過(guò)150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮靜載超載實(shí)驗(yàn)等因素，至少應(yīng)在起動(dòng)加速過(guò)程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。

（2）由于機(jī)械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分考慮變頻器啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)械制動(dòng)器抱閘釋放信號(hào)的控制時(shí)序。

（3）當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊鉤下降或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況考慮如何處理這部分再生能量。

（4）起升機(jī)構(gòu)在起升重物離開(kāi)或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。

3起重機(jī)變頻器的選型原則

下面以平臂塔式起重機(jī)的起升和變幅機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明變頻器選用原則做以詳細(xì)說(shuō)明。

3.1起升機(jī)構(gòu)

變頻器的容量必須大于負(fù)載所需求的輸出，即：

式中：k——變頻器功率，kW；

k——過(guò)載系數(shù)1.33；

PM——負(fù)載要求電動(dòng)機(jī)軸輸出功率，kW；

η——電動(dòng)機(jī)效率；

cosφ——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。

起升機(jī)構(gòu)要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.3～1.6倍的額定轉(zhuǎn)矩，考慮到需有1.25倍的靜載超載要求，其最大轉(zhuǎn)矩需有1.6～2倍的額定轉(zhuǎn)矩，以確保其安全使用。對(duì)于拖動(dòng)等額功率電動(dòng)機(jī)的變頻器來(lái)說(shuō)，可提供長(zhǎng)達(dá)60秒、150%額定轉(zhuǎn)矩的過(guò)載能力，因此過(guò)載系數(shù)k=2/1.5=1.33。

在變頻器容量選定后，還應(yīng)做電流驗(yàn)證，即：

                           （2）

式中：k——電流波形修正系數(shù)（一般取1.05～1.1）；

ICN——變頻器額定輸出電流，A；

IM——工頻電源時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定電流，A。

大噸位起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)大多配置兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速傳動(dòng)方案采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的“一拖一”方案，為了提高低速傳動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和高轉(zhuǎn)矩輸出能力，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用帶脈沖編碼器的速度閉環(huán)控制。兩臺(tái)變頻器之間采用變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的“主—從控制”方案，以實(shí)現(xiàn)兩套機(jī)構(gòu)的同步可靠運(yùn)行。

3.2變幅機(jī)構(gòu)

起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)分大車(chē)機(jī)構(gòu)和小車(chē)機(jī)構(gòu)，兩種機(jī)構(gòu)一般采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案。由于起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電動(dòng)機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)所需的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率PM應(yīng)由負(fù)載功率Pj和加速功率Pa組成，即：

由于平移機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的通用U/f開(kāi)環(huán)頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時(shí)，還要滿足以下公式：

式中：k——電流波形修正系數(shù)（PWM調(diào)制方式

時(shí)取1.05～1.1）；

n——1臺(tái)變頻器拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量；

ICN——變頻器額定輸出電流，A；

IM——工頻時(shí)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流，A。

由于在變頻器“一拖多”通用V/f開(kāi)環(huán)頻率控制方式中，變頻器提供的電子熱繼電器保護(hù)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，為此在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)前端應(yīng)增設(shè)熱繼電器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。

4變頻調(diào)速制動(dòng)時(shí)再生能量處理

當(dāng)采用變頻器傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放或平移機(jī)構(gòu)急減速、順風(fēng)運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過(guò)電壓跳閘。

在高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。

（1）變頻器直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過(guò)電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng)。這種方式，是較常用的能量釋放方式，從此方面講，存在能量損失。

（2）變頻器配置能量回饋單元，將連續(xù)再生能量回饋電網(wǎng)，這種方式稱為能量回饋。采用能量回饋是當(dāng)前變頻調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用方案。

5結(jié)論

起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速控制方案，可有效提高起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的控制性能，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)節(jié)能、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行。但考慮變頻器適用電壓及波動(dòng)、溫度、濕度等運(yùn)行環(huán)境，在確定起重機(jī)控制方案時(shí)，是否選用變頻調(diào)速，采用哪種變頻器，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)際及工作環(huán)境溫度等條件確定，避免因選型不當(dāng)，影響起重機(jī)正常運(yùn)行。

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