起重机电气调速系统的分析

虞志远　杨灿兴

摘 要：文章首先对起重机电气调速方式进行分析，包括绕线型异步电动机的调速、变频调速以及调压调速的方式，对变频调速对起重机具有的影响进行研究，对变频调速的优缺点进行探讨。

关键词：起重机；电气调速系统；变频调速

1 起重机电气调速方式阐述

1.1 绕线型异步电动机的调速

绕线型异步电动机的调速包括转子串联电阻调速与串级调速，其中绕线式异步电动机转子与附加电阻相互串联，导致电动机的转差率提高，电动机能够在比较低的转速下进行运转。该方法的具体性能包括：调速的方向为下调；调速的平滑性受到R2调节方式的影响；调速的稳定可靠性差，则R2就越大，静差率δ就越大；调速的经济性能不好，在前期投资尽管比较小，然而损耗会不断增加，且运行效率不高；调速的范围有限，会受到低速状态下静差率的约束。

除此之外，串级调速时转子电流进行分析，如果Ead和E2s频率一致，且相位相同时则E2s和Ead叠加，增加Ead时I2s和T变大，而且T大于TL，转速n也有所变大，转差率s变小，造成I2s和T变小，直至T与TL保持一致，电动机处于一个比较高的转速下稳定可靠的运行。分析发现，串入的Ead越大，则转速n也就越高。有关附加电动势Ead引入，利用晶闸管电路来完成。具体分析，串级调速具体性能包括：调速的方向可以实现上调和下调；调速的平滑性比较好，能够实现无级调速；调速的稳定可靠性比较好，机械特征的硬度不变，静差率比较低；调速的经济性分析，前期的经济投资比较大，然而运行费用较低，因此，效率高；调速范围比较广。

1.2 变频调速

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器是通过电力半导体器件的通断作用，对工频电源进行变换，从而转换成另外一个频率的电能控制设备。现阶段，广泛使用的变频器类型是交-直-交方式，也就是先把工频交流电源利用整流器进行转换，之后把直流电源进行转换，得到频率、电压均可以实现控制的交流电源，最后将其提供给电动机。变频调速最显著的优点包括具备启动功能、选择电磁设计、适应各种工况、节能降耗，然而却因为变频调速的经济成本比较高，对其使用范围有了一定限制。

当电机减速或者起升机构下放重物时，电动机将机械惯性能量或位能转变成电能反送到变频器中，使变频器中间直流回路电压升高， 为了防止过电压跳闸，制动电阻把这种能量转换成热量消耗掉。根据制动单元功率大小的不同，制动电阻可内置或外置于制动单元。制动单元通过中间回路端子连接到变频器上，当中间回路电压达到预定极限时，制动单元自动接通，通过电阻释放电能，阻止中间回路电压继续升高。变频调速系统要采取措施，抑制干扰，可通过屏蔽措施或变频器输出侧加装滤波器来加以抑制。在起重机上常用的变频器厂商有西门子、ABB、日本安川等。

1.3 调压调速

调压调速的方式是以变化电动机定子电压的方式完成调速，针对单相电动机而言，可以处于0～220V之间；针对三相电动机，则可以处于0～380V之间。调压用变压器，假如变压器是有级调压，则电动机也是有级调速，反之亦然。调压调速最大的优势在于能够把调速过程中出现的转差能量进行回馈利用，因此，效率较高。而且装置容量和调速范围成正比，一般用于70%～95%之间的调速，然而却因为功率因素比较低，存在谐波干扰的情况，正常运行过程中无制动转矩，适用于单象限运行时的负载。

2 变频调速对起重机具有的影响分析

2.1 变频调速的优势

（1）调速方面，变频调速的调速比较平稳，起重机就位比较准确。变频范围在理论上能够达到0～400Hz，而且加减速曲线能够进行选择，加减速时间能够进行调动；（2）操作方面，使得起重机操作起来比较简单，变频控制就是在获取指令之后利用计算机对各个机构动作完成操作和控制，自动实现各种不同的逻辑动作，从而降低劳动强度；（3）起重机起动方面，由于是软起动和制动，所以机械冲击小，从而使其寿命延长。解决过去存在的机械影响过度的频率控制问题，可以实现变速。是非常小的加速度，速度平稳过渡，所以受到的影响相对较小，从而使整个机体结构的劳损改善。机构之间的磨损也大大降低，特别是变频调速可以实现零速制动，相当于支持制动驻车制动解除制动，机械寿命理论上可以达到无穷大，极大地提高了起重机作业安全性；（4）起重机故障率方面，调查发现故障率非常低，而且维修量极小，PLC和变频器的组合，成功地达到了非接触式控制和中间部分的一个过渡，有效避免了传统控制中容易出现的问题，如接触器烧坏和粘结；（5）除此之外，变频调速的安全保护设备精度比较高，大大降低电机启动时对电网产生的冲击，具有非常显著的节能效果，在一定程度上消除了共振，对于动刚度而言有所改善，具有比较快的动态响应速度，避免产生溜钩并真正完成了“零速交叉”的功能，具有相对完善的保护功能，比如过压、过流、输入输出缺相、过热等保护功能，以及比较丰富的开关量、模拟量输入输出等功能，从而方便用户使用，能够提供诸多制动方式类型，实现系统监控功能等。

2.2 变频调速的不足之处

起重机变频调速具有显著的优点，当然也存在一些缺点，其缺点集中在变频调速控制系统的电磁兼容性，也就是变频调速系统容易对其它电气装置产生一定的干扰，同时也很容易受到外界因素的干扰。一般而言，变频器的主电路是交-直-交的类型，整流电路和逆变电路中广泛应用半导体开关器件，输入输出的电压与电流中一方面是基波成分，另一方面还包括高次谐波，会对供电系统、负载及其它电气设备产生干扰，甚至会导致电气设备无法正常地工作，有时还会产生误动作，导致起重机整机的性能及稳定可靠性下降，对设备与人身安全造成严重的威胁。变频调速对于机上其它电气设备产生的影响是变频器在运转时出现的高次谐波引发干扰，包括传导、电磁辐射以及感应耦合三种类型。

3 结束语

总而言之，随着起重机技术的不断发展，变频调速技术的应用也越来越广泛，但是也要认识到变频调速在应用过程中也产生了许多问题，文章对起重机电气调速系统进行研究和探讨，以期对起重机电气调速系统的应用起到一定的促进作用。

参考文献

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