变频调速技术在起重机调速系统中的应用

摘要：随着电气化设备的大量涌现，变频调速技术应用越来越广泛，同时，对其的要求也是逐渐提升，由于其较传统的交流调速技术具有无法比拟的优势，深受广大用户喜爱。文章结合实际工作经验，阐述了变频调速系统的研究现状，说明了变频调速技术的主要特点，详细分析了变频调速技术在起重机调速系统中的应用，从而提高了起重机的效率，优化了起重机的工作性能。

关键词：变频调速技术；起重机；调速系统；电气化设备；行走机构；变频器

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0037-03

1 概述

随着计算机技术的迅猛发展，变频调速技术也取得了很大的提升，目前变频调速技术已广泛应用于工业生产中，与直流调速系统相比，其调速指标高、结构简单、维护便利、效率高、工作可靠性高、性能好，为以交流异步电动机为驱动的起重机提供了有利条件，利于进行大范围的调速，深受广大用户的喜爱。在交流调速技术中，变频调速技术是一种效率很高的技术，其具有外围控制线路简单、运行可靠性高、保护监测功能完备、维护工作量小等特点，在很多方面都优于传统的交流调速系统。

2 变频调速系统的研究现状

我国变频调速技术发展较慢，真正将变频调速技术应用在起重机上的时间也不是很长，起步于20世纪90年代初，多用于行走机构，变频调速技术很不成熟。随着科学技术的迅猛发展，变频调速技术也日益提升，连续开发出高性能的变频器来满足不同客户需求，注重硬件和软件质量，增加了变频调速技术在起重机调速系统中的应用范围。

目前变频器在起重机中应用的主要是直接转矩控制和矢量控制两种方式，前者可以完全摒弃解耦控制思想，利用检测到的定子电压和电流，取消了旋转变换和矢量计算，借助计算电机的磁链和转矩，实现对磁链和转矩的双位式控制，是一种动态性能的交流调速方法；后者简化了异步电机模型，并综合考虑了瞬态状况，确保了电机的良好动态性能，与此同时，也准确地控制了电机的稳态性能。

3 变频调速技术的主要特点

3.1 调速范围大，性能好

起动机中的变频器内部有专门的模块化设计，因此其环境适应性较强、集成度高，伺服响应优良。起重机的调速系统实现了闭环控制，增强了调速的可靠性和防失速能力，提高了限速能力。起重机的实际操作人员可以依据实际的作业要求，加强力矩控制能力，选择操作电位器，增强对急速负载波动的适应性，随时修改各个挡位的速度值，实现无级调速。

3.2 明显改善结构受力状态

变频器是采用软启动技术和软停止技术的装置，把其应用于起重机调速系统时，致使起动机的启动和制动都比较稳定，减少了对钢结构和传动结构的冲击。有关数据表明，将变频调速技术应用于起重机调速系统中，明显改善了起重机的结构受力状态。

3.3 结构简单，易维护

起重机的变频调速控制系统设计合理，具有过流保护和接地保护的功能，并采用独立的控制柜，外观结构简单，具有自诊断功能，确保控制保护动作的可靠性和准确性，便于检修。起重机的起升系统经过升级后，增加了起重机的维修空间，减轻了起重机自身的重量，改善了钢结构的受力状况，还便于日常的维修保养。变频调速控制系统还实现了过压保护、短路保护、欠压保护等功能，实现了超载报警功能，利用PLC通信实时显示故障，及时给出处理方法，便于查找故障和维修。

3.4 安全性高，节能效果显著

起重机是由闭环矢量控制工作，其具备了零速转矩的功能。当起重机起升机构制动器产生机械故障而出现失灵情况时，变频器会自动增大输出转矩，以足够大的输出转矩来使负载停止下滑，进而提高系统的安全性。变频器在自动节能操作模式下工作，不仅能较大地提高系统功率因数和系统的安全性，同时还能大大提高系统的工作效率，使节电率达到20%左右。

3.5 工作效率高，机械磨损小

起重机的起升系统可以根据负荷大小自动切换，从而实现主钩、副钩以及空钩等不同挡的工作速度之间的切换。这样不仅减少了速度切换交替所用的辅助时间，而且大大降低了司机的劳动强度，最终达到大大提高起重机的作业效率的目的。此外，变频器可以采用软启动和软制动来启制动，可以较大地减小对钢结构的冲击，还可以减轻制动轮与刹车片之间的磨损，减小机械磨损。

4 变频调速技术在起重机调速系统中的应用

目前，针对起重机的特点，为满足升降作业的常规要求，已设计出了应用于起重机起升过程中的矢量控制变频器，其可以提升起重机调速系统的安全性，进行开机前的力矩校验和制动器的状态监测，防止出现载荷倒拉。除此之外，该系统还可以实现电动机输出力矩记忆功能，自动记录变频器的转矩，自动检测电机参数，进行电机自检测。同时，为调速系统提供脉冲编码器接口，避免遛钩现象，进而提升变频器的动态响应能力，实现转速闭环控制，提高变频驱动的整体性能。

起重机调速系统由电控设备、机械设备、异步电动机组成，以变频器为核心，电动机的类型决定转矩，生产机械的特性决定负载转矩，这两者相互独立。由异步电动机的电压频率进行变频器的起动，通常采用限流加速、限时加速、S形加速三种方式。对于有电流限制功能的变频器，宜采用限流加速方式；阶跃式转速变频器宜选用限时加速启动方式；若想使加速过程缓和些，可以选择S形加速启动。对于塔式建筑类起动机，其升高度很高，宜采用恒定转矩控制方式，电动机的功率一定要和最高转速的负载功率相匹配，加大低速转矩，增强转矩过载能力。若低速运行时间较长，必须增加电动机的散热能力，采用强迫通风式电动机，提升变频器容量，避免电动机温度过高。

起重机的制动也应该采用变频调速技术，性价比高，从而大大降低系统成本，充分利用了再生能量。通过变频调速技术，可以改变载荷的离地速度，降低起地动应力系数和机械制动冲击力，达到无级调速，增加电动机的制动形式，减轻起重机自身重量，节省控制柜空间，充分利用PLC优势，减少投资成本，功率高，启动电流低，降低了配置要求，提高了定位精度，延长了起重机的使用年限，与此同时，也改善了劳动强度，对结构件、电机启动力矩、回转、行走机构都有一定程度的影响，降低启动转矩，进而降低对传动部件的要求，消除速度转化过程中的力矩冲击，利用力矩可变，降低机械制动运行速度，减少制动冲击，增加使用

年限。

5 结语

综上所述，变频调速技术可以进行稳定的低速运行，启动和制动过程平稳，其调速范围大、定位准确，具有良好的运行性能，精度高。在负载波动很大时，也可以平稳运行。因此，人们在变频调速技术上已做了大量研究，不断尝试了不同形式的调速方法，变频调速技术也经过了漫长的演变过程，目前变频调速技术已非常成熟，成功研制了大功率的半导体器件，将基于PLC的变频调速技术应用于起重机调速系统中，在一定程度上，提高了起重机的功能，延长了其使用寿命，有利于工业安全生产。相关技术人员一定要加强变频调速技术在起重机调速系统中的应用，提高自动化水平，不断提高电子元件的制作工艺，不断优化参数，提高平滑调速性能。相信在我们的不懈努力下，变频调速技术一定会向着智能化方向发展，起重机调速系统将更加完善。

参考文献

[1] 刘朋昊.变频调速技术在起重机上的应用[J].中小企业管理与科技，2009，（9）.

[2] 魏全浩.变频调速技术在起重机起升机构上的应用[J].电工技术，2004，（5）.

[3] 段苏振.交流变频调速技术在门式起重机中的应用[J].电气传动，2005，（1）.

[4] 王松雷，高聪敏.变频调速对起重机的影响及对策[J].建筑机械（上半月），2010，（5）.

作者简介：徐永辉（1985-），男，供职于深圳市华升安全检验有限公司，研究方向：特种设备安全检验检测。

（责任编辑：周 琼）