起重机械电气调速控制技术现状及发展趋势

许刚

摘要：随着科学技术的发展和社会的进步，机械电气管理项目的综合性升级已经成为顺应时代发展趋势的必然选择，要对起重机械性能进行集中分析，就要对机械总体方案设计的合理性和科学性展开深度整合，以保证机械操作效果的最优化。

关键词：起重机械;电气调速控制技术;现状;趋势

起重机作为一种重要的起重运输机械，在工业生产中得到了广泛的应用。对于起重机起升机构的控制，往往要求从控制精度、速度以及防摆等方面进行综合考虑。变频调速以其优异的调速和启、制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，是当今节能、改善工艺流程、提高产品质量、推动技术进步的一种主要手段。变频调速系统在起重机上的应用有着广阔的前景。

一、电气调速控制的方法及现状

电气调速控制的方法很多，对于直流驱动，6 0年代采用发电机一电动机系统，从控制电阻分级控制，到磁放大器交磁放大机控制、晶闸管激磁控制、主回路晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展，控制方式已从分立元件组成模拟量控制发展至今天的数字量控制。交流驱动常采用绕线式电动机转子串电阻调速。国外有的采用交流电机S C R定子调压调速;S C R转子串级调速及转子斩波调速等。近几年来，国际上争相研制变频调速，P L C可编程序控制器的应用使控制系统的性能更加完善。目前我国使用的起重机械大部分是国产机械，其中大多数机械的调速控制系统采用常规的交流绕线式电机转子串电阻调速。为获得低速特性，一般采用能耗制动、涡流制动、反接制动等。随着我国改革开放的深入，我国起重机械行业也获得比较大的发展，尤其是电控技术。我们相继与国际上著名的电气厂商进行合作，引进、消化、吸收其先进技术。我们引进世界上最先进的直流调速控制技术，即美国G E公司的D C一3 0 0调速系统，绝大多数用于大型岸边集装箱起重机、轮胎式桥吊、大型抓斗卸船机、1 6 t带斗门机等机械上。交流定子调压如A E G、T E、S I M E N E S，我们也在多台起重机械上引进使用。直流驱动系统引进了B B C、A E S E A、A B B的设备。P L C已普遍应用。

二、现代起重机交流调速技术的应用

1.传统起重机调速技术。（1）转子串电阻调速：绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行，串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上，属有级调速，机械特性较软。（2）定子调压调速：电机转矩与定子电压的平方成正比，改变定子电压可以改变电动机的转矩，从而实现速度控制。其优点是方法简单，调速平滑，当采用闭环控制时还能达到理想的精度;缺点是调速范围窄，电动机转子损耗比较大。（3）串级调速：串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，以达到调速的目的。该方法简单方便，但调速是有级的，不平滑，调速效率较高，功率因数较低，电气制动不够理想。综上所述，传统起重机调速方式存在如下问题：①调速系统的综合性能指标较差，效率较低;②绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见;③大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高。针对现有技术存在的不足，现代起重机采用变频调速技术，以程序控制取代继电器—接触器控制，进而实现了起重机的半自动化控制。

2.变频调速技术。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可以分为交流—直流—交流变频器和交流—交流变频器两大类。变频调速有很好的运行特性，调速范围宽、精度高，节能效果显著，能实现稳定的低速运行，启、制动过程平稳，定位准确，且在负载波动较大时速度无明显变化，是目前应用的主流。起重机的变频调速系统极大地提高了起重机的功能、安全性和使用寿命，它将朝着智能化、高可靠性的方向发展。

三、起重机械电气调速控制技术的发展趋势

1.起重机械电气调速系统之交流调速控制系统。目前，针对实际运行机制和管理控制措施，相关企业在积极推进交流调控控制系统，其中，对原有10吨门机进行系统化改造。起升操作主要是利用定子进行综合性调压，并且借助变频调速驱动设备的旋转，实现涡流制动控制变幅，能在全面技术升级后取得有效的处理效果，正是基于此，积极应用处理机制是顺应时代运行结构的起重机械发展趋势。另外，在技术引进后，相关技术人员也要对结构进行全面升级，技术研发团队对系统设计、PLC编程以及系统的综合性进行调试，确保处理效果和管控模型的有效性升级。除此之外，在对TE公司定子调压装置以及PLC进行系统化处理的过程中，也要对相关闸管模块和运行参数进行细化分析和综合性整合，升级相关信息参数。第一，要保证转子电阻接触器的运行效率能按速度原则得到有效控制，维护整体时序性的完整性，保证其运行效率的准确性和科学性。第二，要利用专用垂直运动板进行统筹分析，确保处理效果符合实际标准，也为管理系统的优化升级奠定坚实基础，在电动机减速到2%nH时，能保证其内部制动装置实现有效的断电抱闸操作。第三，要保证正逆切换效果符合预期，时间控制在50ms左右，顺利升级管理机制的管控措施。第四，要保证TSX系列中，相关结构能实现自动化控制，保证处理结构和运行维度的实效性，也能进一步对平衡位置进行

集中处理，确保管理结构的实效性，提高整体管理模型的有效性。第五，在故障诊断机制建立的过程中，能保证保护点得以有效显示，提高处理效果和控制效率。另外，在系统常規化运行过程中，若是给定信号采用档位信号，则需要对其进行集中处理和综合性分析，并且积极落实更加有效的处理机制，确保直接220V模拟信号能得以有效落实，并对输入PLC项目的运行效率进行全面预估和综合性评定，升级处理效果的同时，保证其内部运行效率符合实际预期，从而具有较理想的抗干扰性能。

2.起重机械电气调速系统之直流驱动调速控制系统。该系统主要是针对DC-300等设备，能对其功率进行有效控制，并且整个系列都集中选用6PLC对整个机械进行驱动系统故障诊断，以保证检测机制和报警系统的完整性，因为驱动管理系统的主回路项目整流效果的综合性升级，将控制柜结构维系在给定模拟量的过程中，并在数模转化成数字流的过程中，对速度环和电流环进行统筹分析，真正实现逻辑处理机制。

3.起重机械电气调速系统之变频调速。在我国起重机械电气调速项目中，变频调速是主要研究方面和发展趋势，也是相关技术单位着力进行系统化尝试和技术研究的项目，其应用范围还不是非常广泛，有些技术模型还在平移机械上试行。究其原因，对于升位负载效果以及能量反馈项目都需要进行集中处理和综合性分析，其使用频率会控制在 1～3Hz之间。值得一提的是，变频技术更加适用于通用的鼠笼式电动机以及PWM技术中。除此之外，将技术模型应用在光导系统中，也能提高整体管理系统的运行实效性，升级管理效果和管理效率。