变频器在门座式起重机控制系统中的应用

摘 要：门座式起重机是一种重要的起重设备，主要用来搬运、吊放重物，被广泛的应用在多个领域。门座式起重机在搬运和吊放重物时，经常需要控制运行速度，变频器在门座式起重机控制系统中的应用，极大地提高了起重机控制效率，并且提供了更加完善的保护监测功能，有效提高了门座式起重机控制系统的可靠性和稳定性。文章分析了门座式起重机运行负载特性和传统调速控制的不足，阐述了变频器在门座式起重机控制系统中的应用，以供参考。

关键词：变频器；门座式起重机；控制系统；应用

门座式起重机在水电站、船台、露天堆料场、港口等场所发挥着不可替代的作用，起升结构是门座式起重机的关键部件，其频繁的进行正反转和起制动，实现慢就位、轻载高速、重载低速。门座式起重机控制系统通过应用变频器，充分发挥变频器的作用和优势，保障门座式起重机的安全、稳定运行。

1 门座式起重机运行负载特性

起升机构是门座式起重机的关键部件，由于在空间环境中重物具有位能，当重物上升过程中，电动机需要克服重物的摩擦阻力和重力来做功，重物下降过程中受到重力加速度影响，当传动机构摩擦阻力小于重物重力时，重物自身会产生下降的动力，门座式起重机电动机会接受能量；当传动机构摩擦阻力大于重物重力时，由电动机拖动重物下降，产生阻力负载，并且门座式起重机的行走、旋转和变幅也是阻力负载[1]。結合门座式起重机的运行负载特性和应用要求，在控制系统中合理应用变频器，实现门座式起重机的变频调速。

2 门座式起重机传统调速控制的不足

门座式起重机的各个部件在应用中都需要调速，和普通电动机相比，异步电动机便于运行维护，结构比较坚固简单，传统的门座式起重机控制系统主要是通过异步电动机来调节速度，在起重机转子回路中电刷和集电环串入多个电阻，利用接触器控制相关接入电阻从而控制门座式起重机的转速，而这种调速控制方式存在很多不足；其一，行走、旋转、变幅、起升机构的停止和起动速度较快，产生较大的机械冲击，会缩短起重机的使用寿命，影响起重机运行的稳定性和可靠性；其二，拖动电动机的运行容量比较大，起动瞬间产生大幅度电流，对电网产生很大冲击，浪费很多电能资源；其三，门座式起重机在应用中需要频繁进行装卸操作，绕线式电机调速是门座式起重机控制系统中的关键部件，交流接触器断开或者接入电动机，再串联电阻，这种的切换操作非常频繁，在电网不稳定的状态下，很容易将触头烧坏，影响起重机控制系统的使用性能，并且由于门座式起重机振动、灰尘积聚等因素，转子回路经常断裂、烧坏；其四，起重机运行过程中，起升瞬间升降电动机很容易过载运行、受力不均匀，导致钢丝绳断裂[2]。

3 变频器在门座式起重机控制系统中的应用

3.1 选用合适的变频器

结合门座式起重机电机的额定功率，按照功率匹配原则，选择合适型号的变频器，根据门座式起重机控制系统应用要求，选用闭环矢量控制方式，利用增量式脉冲编码器来反馈闭环控制速度，变频器的低频转矩特性比较好，调速硬度也比较高，这使得门座式起重机实现良好的调速动态控制性能。同时，变频器输出指令信号应用于控制起重机制动器的抱闸和松闸，若变频器的输出频率比较低，那么起重机电机转速也比较低，这样会使起重机产生制动过程，在减速停车或者下降过程中，变频器侧会返回制动功率，当起重机电机转速不断下降接近于零时，门座式起重机制动器抱闸，有效减少了制动毂和制动片之间的摩擦，有效解决了传统起重机控制系统由于长时间摩擦运动产生的高温问题，极大地提高了门座式起重机的技术性能。

3.2 系统起动和调速

变频器在门座式起重机控制系统中的应用，变频起动过程中对异步电动机的定子频率和定子电压进行控制，从而获得所需要的起动性能。结合门座式起重机应用需求，尽量降低起重机的起动电流，使变频器运行容量减小，并且起重机设定的起动时间不能过短，使主磁通达到变频器额定值，设定合适的起动时间，转换起重机起动时的动态转矩，这样可极大地减少起重机的起动损耗和起动电流。有些变频器具有矢量控制和转矩控制功能，实现快速、准确的电流限制，如果门座式起重机转速指令设置为阶跃指令[3]，门座式起重机控制系统通过变频器可以有效限制电流，将起动电流限制在标准范围以内，并且门座式起重机起动时经常携带重物，通过利用变频器最大转矩，快速起动起重机。

3.3 拖动系统设计

门座式起重机的旋转、变幅和起升电动机对于运行参数要求较高，为了实现变频器在门座式起重机控制系统中更好的应用，可以选用笼型转子异步电动机，这种电动机是变频专用的，在设计门座式起重机拖动系统过程中应注意以下两方面内容：一方面，重物上升过程中，起重机的起动转矩比较大，一般情况下可以达到额定转矩的150%以上，考虑到起重机实际运行过程中可能出现短时过载或者电源电压下降等问题，按照150%～180%的额定转矩来选择起重机合适的起动转矩，由于门座式起重机拖动系统中包含制动器，应考虑到机械式制动器与电动机起动、制动过程中的动作配合；另一方面，起重机起升过程中，重物下降落在地面瞬间或者重物上升刚离开地面时，会产生复杂的转矩变化，在设计拖动系统时应高度重视这个问题。

（1）变频器容量。变频器额定电流>起重机电动机额定电流×■，公式中：K1是电机额定转矩和最大转矩之比；K2是变频器过载性能，一般为1.5；K3是变频器运行余量，一般为1.1。

（2）电动机选型。门座式起重机的降速和升速过程中电流很大，这时计算起重机升、降速转矩以及最大起动转矩的电动机电流，重物上升过程中电动机运行容量：PMN？叟■，公式中GN是额定重量（kg），实际计算过程中应考虑到起重机具有125%的过载性能；？自是额定线速度（m/min）；？浊是机械效率[4]。

3.4 制动方式

门座式起重机控制系统利用变频器调速的直流制动和再生制动，将旋转、变幅、起升的运动速度准确地下降为零，使其停止。变频调速系统在实际应用中，应注意制动电阻和制动单元，快速释放由势能转换的电能，变频器接收的电动机直流母排能量：PDC=0.105×TM×NM×？浊M×？浊NV，制动单元和制动电阻必须确保将变频器的逆变能量全部消耗掉，根据平均放电容量来设置制动电阻。另外，对于门座式起重机，有时需要将重物停留在空中一段时间，通过变频器可以使重物保持相对静止，但是起重机很容易受到大风、大雨等外界因素的影响，所以门座式起重机应设置电磁制动器，实现起动机机械制动。

4 结束语

在门座式起重机控制系统中应用变频器，可以极大地提高整机性能和调速可靠性、稳定性，即使在恶劣环境中，也可以有效改善起重机的维护性能，因此应加大变频器在门座式起重机控制系统中的应用，推动起重机的快速发展。

参考文献

[1]赵晓明，鲍春宇.变频器在门座式起重机控制系统中的应用[J].电机与控制应用，2012，5：43-45+61.

[2]栾新刚.安川G7系列变频器在门座起重机控制系统中的应用[J].科技创新与应用，2013，15：57-58.

[3]林威.变频控制技术在门座式起重机上的应用[J].海峡科学，

2014，4：46-47.

[4]鲍永国，李敏.变频器调速系统在门式起重机上的应用[J].物流工程与管理，2011，1：116-117+131.

作者简介：魏军威（1984-），男，河北石家庄人，学历：本科，工作单位：曹妃甸港集团股份有限公司，研究方向：设备管理。