广西柳州钢铁集团有限公司 棒线型材厂 广西柳州 545002
摘要：起重机作为一种重要的工程机械，它在我国的建设事业中已经承担越来越重要的角色。近年来，工程起重机配件行业发展快速，起重机械正处于市场高速发展期，巨有较大的市场发展潜力。起重机采用变频器驱动后使整机性能有较大提高，如效率高、功率因数好、节能效果显著，本文就变频器在起重机控制系统中的应用进行探讨。
关键词：起重机；变频器；控制系统；应用
引言
随着国家对电力，石化，钢铁，交通等领域加大投资，基础设施建设逐年增加，国内起重机市场迅速扩大，大型起重机迎来了高速增长期。而随着现代化建设进程越来越快，对起重机械的要求也越来越高，起重机械大型化、自动化、专业化趋势已成为不可逆转的事实。为了降低生产成本，节约人力物力，对大型起重机的需求也逐渐扩大，对于起重机的起重量要求越来越大。起重速度要求越来越高，就势必对能耗的控制和起重机性能的要求越来越高。作为自动化生产流程里的重要组成部分，操作方面简单，安全性高，性能可靠，容易维护是对起重机的基本的要求。
1 变频器在桥式起重机控制系统中的运用策略
桥式起重机一般由机械、电气和金属结构三大部分组成，它的外形就是像是一个两端支承在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥，可以大致分为起升机构、小车运行机构和大车运行机构。对于整个桥式起重机和起重过程来说，
提升机构用于垂直提升物品；而小车运行机构用于在负载下横向移动。大车运行系统将起重小车及物品纵向移动，从而实现三维空间的运输以及货物的装卸。
桥式起重机的每个机构的操作取决于程序控制装置；其自动定位一般是根据使用环境和被控对象的精度要求来确定设备的机理。自动定位装置通常使用各种检测元件与继电器，接触器或可编程控制器配合以达到自动定位的目的。桥式起重机中卡车操作机构的校正和电气同步分为人工校正和自动校正。人工校正是指当校正超过一定值时，校正信号发生器会发送信号，驱动器断开前伸支腿侧的电机，然后将其与滞后支腿的电机相连。
桥式起重机工作期间，有时候会发生打滑现象，为了消除这种不良现象，首先必须分析产生打滑原因，根据不同原因采取相应措施。比如说正确选择桥式起重机匹配电动机，不宜过大；同时确计算桥式起重机载荷能力和轮压承载能力，保证车轮对车轮对轨面有足够压力。除此之外，还要适当的控制设备的启、制动时间。
2.1主要技术特征（1）变频调速方式具有广泛的调速范围，速比可以达到1：100，平滑度高，低速特性较硬，调速过程可以达到恒定转矩或恒定功率速度调节，以适应不同的负载要求并保持过载能力不变。（2）将变频调速方法应用于起重机，实现了无级调速，大大提高了起重机的性能；变频器由微处理器控制，并使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率输出设备，具有高度的运行可靠性功能，并且其脉冲宽度调制开关频率是可选的，从而降低了电动机的噪声操作全面完善的保护功能为电机提供了良好的保护；具有参数设置，易于调试，强大的EMC设计和主要功能，例如Ir电源。（3）电机参数的自我检测和自适应功能，以及整个启动和制动过程都可以预先设置，并且有电制动，因此整个过渡过程相当稳定。（4）具有多种故障自诊断和显示报警功能。（5）电气设备由可编程序控制器PLC控制，简化了接线，减少了电源的功率损耗；回路故障诊断的设置和有效的电气保护功能使电气系统具有高质量，一定的智能性和更高的可靠性。
2.2拖动系统。由于该设计对于提升和旋转电机非常严格，因此应选择特殊的电机。行走马达还可以选择通用马达。在阻力系统的设计中，应进一步注意上升重物过程中的起始扭矩Ts，该扭矩通常超过扭矩TN的150％。考虑到在特定工作中电源电压会连续下降，因此启动转矩Ts通常应为额定转矩的150％至180％。由于阻力系统包括机械制动器，因此有必要充分考虑电动机与机械制动器动作之间的进一步配合。
2.3起重变频器的简单估算。在起重机控制系统的设计中，变频器、制动单元、制动电阻的选型是一个比较重要的课题。选小了不够用，选大了不但增加成本，还可能降低性能。实际上，变频器是根据额定电流，而不是根据额定功率来标定的。变频器样本上的功率只是常规应用时的参考值。同功率起重电机的电流一般会大于标准电机，起重机常用的8-10极电机的电流一般也大于常规的4极电机。因此，根据功率选择变频器往往会偏小。
（1）容量选择
变频器的过载容量为125%／60s或150%/60s，若超出该数值，必须选用更大容量的变频器。当过载量为200%时，可按ICN≥(1.05～1.2)IN来计算额定电流，再乘1.33倍来选取变频器容量，IN为电动机额定电流。
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图1 变频器容量示意图
1)对于恒定转矩负载
恒转矩负载是指转矩大小只取决于负载的轻重，而与负载转速大小无关的负载。例如挤压机、搅拌机、桥式起重机、提升机和带式输送机等都属于恒转矩类型负载。
对于恒定转矩负载，如果速度范围不大并且不需要机械特性，则可以使用V/F控制模式或非反馈矢量控制模式变频器。当变频器处于电机制动状态下，电动机将处于再生运行状态，并且变频器需要制动电阻器来耗散该能量。由于重物掉落且电动机制动时会出现变频调速系统，因此电动机处于再生发电状态。因此，有必要在变频器的直流电路中连接一个制动电阻，以消耗这部分的再生能量，同时使电动机的制动能力增加，并使大小车和吊钩运动。快速准确地将速度降低为零。
2.4起重制动单元及制动电阻的估算。
当电机运行时，机械功率=电动功率*机械效率
当制动运行时，制动功率=机械功率*机械效率
可以推出：制动功率=电动功率*机械效率*机械效率以上就是估算制动单元和制动电阻功率的最简单的方法。在实际选用时一般都要求留有10-15%的冗余。需要特别指出的是，制动单元与制动电阻的允许功率与电流持续时间、电流持续率有较大的关系。所以必须根据制动所需功率、制动所需时间和最大的电流持续率3个指标来确定选型。
在起升应用中，制动的持续时间是重物下放所需时间，最恶劣情况下的电流持续率是50%（不停的上升下放）。
在大小车应用中，制动的持续时间是减速时间，要考虑到可能出现的连续点动操作。电流持续率与工作行程和操作习惯有关。
而对野外工作的起重机，大车选用变频控制，须考虑到顺风行走时可能会长期处于制动状态。
由于同功率的制动电阻阻值越大价格越高，出于经济型考虑，电阻值的选择比变频器（制动单元）允许的最小阻值略大即可。
3结语
变频器其原理是通过利用电力半导体器件的通断作用，将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术及机械自动化技术的发展提高，变频器技术已相当成熟。起重机作为基建领域应用的重要工程机械，在基建过程中应用相当广泛。采用PLC 和变频器调速系统后，控制系统简化，故障率低，可靠性大为提高。桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。
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