變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討

變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討xxx公司變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用與探討【摘要】本文主要分析了變頻器的基本原理，港口門式起重機(jī)變頻器控制的組成，包括電路控制部分與機(jī)構(gòu)控制部分，并簡要分析了變頻器技術(shù)應(yīng)用于港口門式起重機(jī)上的優(yōu)缺點(diǎn)，為變頻器技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)?！娟P(guān)鍵詞】港口門式起重機(jī)；變頻器技術(shù)；基本原理；控制組成；優(yōu)缺點(diǎn)1前言隨著港口現(xiàn)代化的快速發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)施也必須更加科學(xué)和完善。門式起重機(jī)在港口的應(yīng)用由來已久，目前我國使用的交流傳動(dòng)控制具有損耗大、效率低的缺點(diǎn)，而直流傳動(dòng)受到機(jī)械式換向器的限制，都對門式起重機(jī)的應(yīng)用有所阻礙。變頻技術(shù)的調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點(diǎn)，對門式起重機(jī)的調(diào)速更有優(yōu)勢。本文選取某港口為例，就變頻器技術(shù)在港口門式起重機(jī)上的應(yīng)用作相關(guān)探討。2變頻器的基本原理矢量控制通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量實(shí)現(xiàn)矢量控制，根據(jù)磁場定向原理，控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的效果。實(shí)際中的操作是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量Ia、Ib、Ic，通過三相/兩相變換，將其等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流，再通過轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變化，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流和產(chǎn)生的勵(lì)磁電流。然后仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，確定電動(dòng)機(jī)的控制量，將坐標(biāo)反變換，輸出Ia、Ib、Ic，這三相變頻電流，，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制[1]。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載起重重力是主起升機(jī)構(gòu)的主要負(fù)載，當(dāng)起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向不隨之改變。因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩T的方向是由重力引起的，所以它的方向是不會改變的。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向和大小不受升降速度大小，下降或提升的改變的影響，這就是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。在選擇異步電動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，要注意恒定值的選擇，即轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之積與功率成正比，這就說明恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載消耗的能量與轉(zhuǎn)速是成正比的。主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)為變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橹髌鹕龣C(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)容量大，所以選用了整流回饋和逆變單元相結(jié)合作為變頻裝置，以保證主起升機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)行。恒轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)是下放重物時(shí)，平衡轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，存儲于負(fù)載中的位勢能被釋放出來變成動(dòng)能，負(fù)載異步電動(dòng)機(jī)和拖著機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向和轉(zhuǎn)速方向是相反的，電動(dòng)機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能，回饋單元將電能輸回電網(wǎng)中[2]。3港口門式起重機(jī)變頻器控制的組成電路控制部分變頻器的電路結(jié)構(gòu)分為主電路和控制電路，主電路和控制電路的組成比較復(fù)雜。主電路由四部分組成，分別是中間直流電路、逆變電路、整流回饋電路，不難知道電源再生單元、限流單元、控制電路直流電源檢測等又組成了中間直流電路?？刂齐娐分饕芍醒胩幚砥?CPU)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號處理器(DSP)、I/O接口電路、輸出信號檢測電路、通信接口電路、數(shù)字鍵盤以及控制電源等組成。1）整流回饋：2個(gè)反并聯(lián)晶閘管橋組成整流回饋單元的功率，產(chǎn)生的電流供應(yīng)逆變器直流母線，電能通過直流母線輸回到電網(wǎng)中。在回饋工作時(shí)容易導(dǎo)致電壓降低，這對電流帶來干擾，此時(shí)要將回饋橋的輸入電壓提高20%來避免這種干擾。通過連接工作橋到本身的電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)提高電壓的目的，也可以借助自藕變壓器來實(shí)現(xiàn)。2）濾波器：防止電壓受到整流回饋單元無線電的干擾。3）進(jìn)線電抗器Li：限制電網(wǎng)諧波，進(jìn)線電抗器的主要作用是減弱電網(wǎng)諧波的干擾，使整流單元不受影響。與此同時(shí)，電網(wǎng)電壓的跳躍或因電網(wǎng)系統(tǒng)操作帶來的干擾也不容易影響到整流單元。4）逆變器單元：逆變器的主要作用是為變頻調(diào)速，全數(shù)字電壓型PWM調(diào)制DC到AC變頻裝置是逆變橋使用的主要裝置，它屬于雙極型晶體管功率器件。5）自藕變壓器TC1：在電網(wǎng)電壓有擾動(dòng)時(shí)，自藕變壓器使逆變橋與電網(wǎng)之間有一個(gè)較好的適應(yīng)性；電機(jī)在發(fā)電情況下達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩。機(jī)構(gòu)控制部分港口門座起重機(jī)主要由起升、變幅、旋轉(zhuǎn)以及行走四大機(jī)構(gòu)組成，前三個(gè)機(jī)構(gòu)既可各自獨(dú)立運(yùn)行，也可根據(jù)要求協(xié)同工作，僅行走機(jī)構(gòu)與其他三個(gè)機(jī)構(gòu)連鎖獨(dú)立運(yùn)行。具體工作特性如下：1）起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來自于一臺起升電機(jī)，起升電機(jī)的閉環(huán)控制是由變頻器接收安裝在電機(jī)上的增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，并進(jìn)行信息處理，然后將處理過的信息傳遞給起升電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。起升電機(jī)內(nèi)安裝有超速與溫控開關(guān)，以控制起升電機(jī)的速度與溫度，同時(shí)超速開關(guān)還可以對發(fā)生嚴(yán)重超速的起升電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制，因此還需在起升機(jī)構(gòu)的高速與低速軸上各安裝一臺制動(dòng)器，超速開關(guān)與制動(dòng)器共同確保電機(jī)不會因?yàn)閲?yán)重超速發(fā)生重大故障。起升機(jī)構(gòu)還需要安裝多個(gè)限位開關(guān)，包括上升下降停止限位開關(guān)和上升下降極限限位開關(guān)。停止限位開關(guān)是當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)上升下降到指定位置，觸碰到停止限位開關(guān)后，運(yùn)行機(jī)構(gòu)能夠立即停止；極限限位開關(guān)是運(yùn)行機(jī)構(gòu)上升下降到極限位置，觸碰到極限限位開關(guān)后，運(yùn)行機(jī)構(gòu)能夠立即停止，極限限位開關(guān)主要起到的是保護(hù)作用，一般限位采用的是凸輪限位。2）變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來自于一臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)。與起升機(jī)構(gòu)相同，變幅電機(jī)的閉環(huán)控制也是來自于增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，并且超速與溫控開關(guān)以及風(fēng)機(jī)都是變幅電機(jī)必不可少的保護(hù)裝置，以控制變幅電機(jī)的溫度與速度。同樣變幅機(jī)構(gòu)也需要安裝幅度的限位開關(guān)，一般安裝在鋼絲繩卷筒或臂架的根部，用以保證變幅過程的安全。唯一不同的是變幅機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器是一臺常閉式制動(dòng)器，該制動(dòng)器能夠?qū)C(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中的抱閘緊與抱閘松限位信號反饋給變幅控制器，從而判斷制動(dòng)器的松緊狀態(tài)。3）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來自于二臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)需要保證機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)部分回到順風(fēng)位置時(shí)方可進(jìn)行制動(dòng)，以減少機(jī)構(gòu)的迎風(fēng)面積，保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中需要做到準(zhǔn)確停車、平穩(wěn)制動(dòng)，程序自動(dòng)控制有可能達(dá)不到運(yùn)行要求，因此將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器設(shè)計(jì)成常幵式腳踏液壓式，并由專職司機(jī)控制，以保證制動(dòng)力矩的精確控制。除上述制動(dòng)器外，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還設(shè)有手輪鎖緊裝置，可以保證旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在停止工作后可以手動(dòng)鎖緊制動(dòng)器，防止旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的隨風(fēng)運(yùn)行而造成危險(xiǎn)。4）行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來自于八臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每臺行走電機(jī)都設(shè)置有制動(dòng)器，并且都具有幵閉狀態(tài)的反饋信號，變頻器可選擇與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共用，接觸器需要與旋轉(zhuǎn)電機(jī)聯(lián)鎖。同時(shí)，為防止門座起重機(jī)受到大風(fēng)影響，而產(chǎn)生沿軌道的滑移或失穩(wěn)，可在每臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)上安裝一臺液壓夾軌器。同前兩個(gè)機(jī)構(gòu)類似，行走機(jī)構(gòu)也需要安裝停止限位、極限限位、行走減速限位以及防撞限位，用以保證行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)行安全。另外，行走機(jī)構(gòu)還需要安裝手動(dòng)錨定裝置，用以判斷行走機(jī)構(gòu)的錨定狀態(tài)，判斷行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)行安全而選擇運(yùn)行與否。4變頻器技術(shù)應(yīng)用于港口門式起重機(jī)上的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1）采用變頻器技術(shù)后，可以保證主起升機(jī)在載重物時(shí)平穩(wěn)操作，達(dá)到快速制動(dòng)的效果，避免了溜鉤的現(xiàn)象。2）即使門機(jī)的啟動(dòng)電流較小，采用變頻技術(shù)后能夠?qū)崿F(xiàn)較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，若門機(jī)頻繁啟動(dòng)或制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)也不會受到較大的損耗，延長了電動(dòng)機(jī)的壽命。3）變頻器應(yīng)用于大車運(yùn)行或和小車運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的平穩(wěn)調(diào)速，而且提高了響應(yīng)速度，效率也隨之提高，這樣可以降低對機(jī)械的損耗。4）整流回饋和逆變單元的結(jié)合大大節(jié)約了門機(jī)電氣室的制造空間，操作過程中的位勢能轉(zhuǎn)化成電能，對這些電能的再利用不僅節(jié)省了能源，而且提高了能源的利用效率，從而減少了施工成本。由于電路結(jié)構(gòu)緊湊，不會占用太多的用地面積。5）調(diào)節(jié)和控制性能大大提高。在系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)過程中，變頻器可以準(zhǔn)確確定設(shè)定點(diǎn)，最大限度滿足運(yùn)行要求，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，在加速時(shí)，系統(tǒng)控制功能能自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，順利啟動(dòng)。借助觸摸屏可以控制和監(jiān)視變頻器的運(yùn)行情況，若監(jiān)測出問題可以方便修改運(yùn)行參數(shù)，使對變頻器的控制更加準(zhǔn)確。6）觸摸屏可以準(zhǔn)確反映變頻器運(yùn)行狀態(tài)，檢測設(shè)備故障，實(shí)時(shí)檢測個(gè)機(jī)構(gòu)的情況。減少了檢測或處理故障的時(shí)間，方便了操作人員的工作，提高了工作效率。在工程運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)1）供電電源不能出現(xiàn)故障?；仞佒苿?dòng)方式要求電網(wǎng)穩(wěn)定，不容易發(fā)生故障，整流回饋和逆變單元結(jié)合時(shí)容易燒斷熔斷器，在港口門式起重機(jī)上運(yùn)用變頻器要求供電電源可靠，質(zhì)量好。2）觸摸屏等電子設(shè)備的運(yùn)行對溫度有一定的要求，最低溫度為25攝氏度，而北方地區(qū)的溫度常低于25攝氏度，所以冬季使用港口門式起重機(jī)的要求較高，使用前要開啟加溫設(shè)備，達(dá)到要求溫度再進(jìn)行操作，使用后要對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，延長港口門式起重機(jī)的使用壽命[3]。5結(jié)束語如今很多工業(yè)領(lǐng)域都引進(jìn)了變頻器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更好的發(fā)展，但是變頻器技術(shù)極少應(yīng)用于港口門式起重機(jī)中，應(yīng)用后效果也并不理想。變頻器技術(shù)應(yīng)用在港口門式起重機(jī)中有效提高了工作效率，減少損耗，相對于單一的港口門式起重機(jī)具有優(yōu)勢，要想將變頻器技術(shù)與港口門式起重機(jī)很好地結(jié)合在一起還需要克服各種技術(shù)難題，真正