摘 要：本文分析了門(mén)座式起重機的運行特點(diǎn)，詳細闡述了英威騰CHV190起重機專(zhuān)用變頻器用于門(mén)座式起重機調速時(shí)的電動(dòng)機、變頻器及其制動(dòng)方式的選型原則和變頻器周邊設備的容量計算方法，最后介紹了CHV190變頻器在門(mén)座式起重機中的應用案例。

　　關(guān)鍵詞：英威騰CHV190起重機專(zhuān)用變頻器 門(mén)座式起重機 電氣制動(dòng)

　　Abstract: This paper analyses the operation characteristic of portal jib crane,and discuss selecting principle and calculation formulas of motor and capacity which frequency inverter and it’s brake type and accessory of the AC variable frequency and speed regulation applied to portal jib crane , finally introduce case which CHV190 inverter applied in portal jib crane。

　　Keyword: INVT CHV190 special crane inverter Portal jib crane Electric brake

　　1 前言

　　隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)對起重機調速性能要求的不斷提高，常用傳統的起重機調速方法如：繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機轉子串電阻調速、晶閘管定子調壓調速和串級調速等共同的缺點(diǎn)是繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見(jiàn)，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現場(chǎng)維護量較大，調速系統的故障率較高，而且調速系統的綜合技術(shù)指標較差，已不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。

　　交流變頻調速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應用，為交流異步電動(dòng)機驅動(dòng)的起重機大范圍、高質(zhì)量地調速提供了全新的方案。它具有高性能的調速指標，可以使用結構簡(jiǎn)單、工作可靠、維護方便的鼠籠異步電動(dòng)機，并且高效、節能，其外圍控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單，維護工作量小，保護監測功能完善，運行可靠性較傳統的交流調速系統有較大的提高。所以，采用交流變頻調速是起重機交流調速技術(shù)發(fā)展的主流。

　　交流變頻調速技術(shù)應用于起重機后，與市場(chǎng)上大量使用的傳統的繞線(xiàn)異步電動(dòng)機轉子串電阻調速系統相比，可帶來(lái)以下顯著(zhù)效益。

　?。?）采用交流變頻調速技術(shù)的起重機由于變頻器驅動(dòng)的電動(dòng)機機械特性硬，具有精確定位的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì )出現傳統起重機負載變化時(shí)電動(dòng)機轉速也隨之變化的現象，可以提高裝卸作業(yè)的生產(chǎn)率。

　?。?）變頻起重機運行平穩，起、制動(dòng)平緩，運行中加、減速時(shí)整機振動(dòng)和沖擊明顯減小，安全性提高，并且延長(cháng)了起重機機械部分的壽命。

　?。?）機械制動(dòng)器在電動(dòng)機低速時(shí)動(dòng)作，主鉤以及大、小車(chē)的制動(dòng)由電氣制動(dòng)完成，所以機械制動(dòng)器的制動(dòng)片壽命大為延長(cháng)，維護保養費用下降。

　?。?）采用結構簡(jiǎn)單、可靠性高的鼠籠異步電動(dòng)機取代繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機，避免了因集電環(huán)、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動(dòng)機損壞或不能起動(dòng)的故障。

　?。?）交流接觸器大量減少，電動(dòng)機主回路實(shí)現了無(wú)觸點(diǎn)化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動(dòng)作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動(dòng)機損壞故障。

　?。?）交流變頻調速系統可以根據現場(chǎng)情況，靈活調整各檔速度和加、減速時(shí)間，使得變頻起重機操作靈活、現場(chǎng)適應性好。

　?。?）交流變頻調速系統屬高效率調速系統，運行效率高，發(fā)熱損耗小，因此比老式調速系統大量節電。

　?。?）變頻器具有完善的保護、監測及自診斷功能，如再結合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機電控系統的可靠性。

　　2 門(mén)座式起重機的特點(diǎn)

　　門(mén)座式起重機是一種用來(lái)起吊、放下和搬運重物，并使重物在一定范圍內移動(dòng)的起重、搬運設備，在生產(chǎn)過(guò)程中起著(zhù)重要作用。門(mén)座式起重機系統分為起升（抓斗門(mén)機由支持、閉合機構組成）、變幅、旋轉、行走四部分。

　　門(mén)座式起重機是隨著(zhù)港口事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，在發(fā)展過(guò)程中，門(mén)座式起重機還逐步推廣應用到作業(yè)條件與港口相近的船臺和水電站工地等處。按用途可分為3類(lèi)：①裝卸用門(mén)座起重機:主要用于港口和露天堆料場(chǎng)，用抓斗或吊鉤裝卸。起重量一般不超過(guò)25噸，不隨幅度變化。工作速度較高，故生產(chǎn)率常是重要指標。②造船用門(mén)座起重機：主要用于船臺、浮船塢和艤裝現場(chǎng)，進(jìn)行船體拼接、設備艤裝等吊裝工作，用吊鉤作為吊具。最大起重量達300噸,幅度大時(shí)起重量相應減小。有多檔起升速度，吊重輕時(shí)可提高起升速度。有些工作機構還備有微動(dòng)裝置，以滿(mǎn)足安裝要求。門(mén)座高度大者，可適應大起升高度和大幅度作業(yè)的要求，但工作速度較低，作業(yè)生產(chǎn)率不高。③建筑安裝用門(mén)座起重機：主要用在水電站進(jìn)行大壩澆注、設備和預制件吊裝等，一般用吊鉤。起重量和工作速度一般介于前兩類(lèi)起重機之間。它具有整機裝拆運輸性好、吊具下放深度大、能較好地適應臨時(shí)性工作和棧橋上工作等的特點(diǎn)。

　　2.1 使用環(huán)境

　　門(mén)座式起重機大多用于港口碼頭、貨場(chǎng)、重工企業(yè)等的露天環(huán)境，室外溫度變化劇烈，有些場(chǎng)所存在多粉塵、有腐蝕氣體等，使用環(huán)境惡劣。門(mén)座式起重機運行中振動(dòng)、沖擊較大，供電電源方面普遍存在變壓器容量小，供電電纜截面小、線(xiàn)路長(cháng);在大型設備啟動(dòng)時(shí)，常造成瞬時(shí)欠電壓。

　　2.2 機構組成及運行特征

　　門(mén)座式起重機有起升、回轉、變幅和運行機構，前3種機構裝在轉動(dòng)部分上,每一周期內都參加作業(yè)。轉動(dòng)部分上還裝有可俯仰的傾斜單臂架或組合臂架及司機室。運行機構裝在門(mén)座下部，用以調整起重機的工作位置;帶斗門(mén)座起重機還裝有伸縮漏斗、帶式輸送機等附加設備，以提高門(mén)座起重機用抓斗裝卸散狀物料時(shí)的生產(chǎn)率。除電氣保護裝置外，還裝有起重量或起重力矩限制器、起重機夾軌器等安全裝置。

　　門(mén)座式起重機的各類(lèi)機構都屬于恒轉矩負載;此外，不同的機構還具有各自的特點(diǎn)。

　?。?）起升機構由于重物在空間具有位能，是位能性負載。其特點(diǎn)是：重物上升時(shí)，電動(dòng)機克服各種阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而作功，屬于阻力負載;重物下降時(shí)，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此當重物的重力大于傳動(dòng)機構的摩擦阻力時(shí)，重物本身的重力（位能）是下降的動(dòng)力，電動(dòng)機成了能量的接受者，屬于動(dòng)力負載;但當重物的重力小于傳動(dòng)機構的摩擦阻力時(shí)，重物仍需由電動(dòng)機拖動(dòng)下降，屬于阻力負載。

　?。?）變幅、旋轉、行走機構都是阻力負載。但室外起重機的這些機構有時(shí)在較大風(fēng)力情況下成為動(dòng)力負載。

　?。?）起重機應具有大的啟動(dòng)轉矩，通常超過(guò)150%的額定轉矩，若考慮超載實(shí)驗等因素，至少應在起動(dòng)加速過(guò)程中提供200%的額定轉矩。

　?。?）由于機械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉矩與機械制動(dòng)器的制動(dòng)轉矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現象，必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號與機械制動(dòng)器動(dòng)作信號的控制時(shí)序。

　?。?）當起升機構向下運行或行走機構急減速時(shí)，電動(dòng)機將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側回饋，必須根據不同的現場(chǎng)情況研討如何處理這部分再生能量。

　?。?）起升機構在抓吊重物離開(kāi)或接觸地面瞬間負載變化劇烈，變頻器應能對這種沖擊性負載進(jìn)行平滑控制。

　　3 電動(dòng)機的選用

　　籠型異步電動(dòng)機由變頻器供電時(shí)，因為市場(chǎng)上出售的變頻器大多采用PWM調制方式，會(huì )由于高次諧波的影響和電機運行速度范圍的擴大，出現一些工頻電源供電時(shí)沒(méi)有的新問(wèn)題。

　?。?）諧波的影響

　　采用PWM調制方式的通用變頻器給籠型異步電動(dòng)機供電時(shí)，電動(dòng)機定子電流中含有豐富的高次諧波，高次諧波造成電動(dòng)機的鐵損和銅損增加，致使電動(dòng)機的溫度上升。統計資料表明，電動(dòng)機在額定狀態(tài)下，變頻器供電的電動(dòng)機比工頻供電時(shí)，電流增加10%，而溫升增加20%左右。選擇電動(dòng)機容量時(shí)，應留有裕量，防止電動(dòng)機溫升過(guò)高，影響其壽命。

　　另外，當電動(dòng)機的尺寸大于280時(shí)，為了避免出現因高次諧波引起的軸電流，應在電動(dòng)機的非傳動(dòng)端安裝絕緣軸承，為進(jìn)一步減小軸承電流，應使用屏蔽電機電纜，并且電動(dòng)機外殼應很好接地。

　?。?）散熱能力的影響

　　標準籠型電動(dòng)機的散熱能力，是按額定轉速下安裝在電動(dòng)機軸上的冷卻風(fēng)扇的冷卻風(fēng)量考核的。當電動(dòng)機調速運行時(shí)，額定轉速以下會(huì )隨著(zhù)轉速的降低其散熱能力變差。門(mén)座式起重機的起升、行走機構均為恒轉矩負載，為了保證低速運行時(shí)電動(dòng)機溫升在容許值內，須采用變頻專(zhuān)用電動(dòng)機?，F在國內推出的變頻專(zhuān)用電動(dòng)機由普通籠型異步電動(dòng)機加裝獨立風(fēng)扇組成，并且提高了電機繞組的絕緣能力，擴大了電動(dòng)機的調速范圍，可在3—100Hz范圍內連續運行。3—50Hz范圍內為恒轉矩運行，50—100Hz范圍內為恒功率運行。

　?。?）電動(dòng)機絕緣的影響

　　現在市場(chǎng)上出售的通用變頻器大多采用PWM調制方式的IGBT逆變器技術(shù)，其輸出電壓由高壓脈沖組成，峰值約為電網(wǎng)電壓的1.35倍。根據電機電纜特性及供電距離的不同，脈沖電壓的峰值在電動(dòng)機接線(xiàn)端子處可能加倍，這就對電動(dòng)機的絕緣提出了更高的要求，詳細情況應參閱變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的使用手冊或向電動(dòng)機生產(chǎn)廠(chǎng)商咨詢(xún)。

　　4 變頻器的選用

　　4.1 英威騰CHV190起重機專(zhuān)用變頻器簡(jiǎn)介

　　4.1.1 主要功能簡(jiǎn)介

　　CHV190起重機專(zhuān)用變頻器是英威騰針對起重行業(yè)專(zhuān)業(yè)應用設計的一款高性能矢量變頻器，用于各類(lèi)起重機的起升、俯仰、變幅、大車(chē)、小車(chē)、回轉、抓斗等機構的交流無(wú)級調速。主要的功能及特點(diǎn)如下：

　?。?）抱閘邏輯控制與監控、預勵磁及起動(dòng)預轉矩補償

　　準確的抱閘開(kāi)啟和閉合控制時(shí)序，通過(guò)抱閘實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋和起動(dòng)預轉矩補償，確?？刂频陌踩院涂煽啃?。

　　預勵磁功能是在啟動(dòng)之前自動(dòng)地對電機實(shí)行直流勵磁，以保證電動(dòng)機快速地提供起動(dòng)轉矩，并通過(guò)調節勵磁的時(shí)間使電動(dòng)機的起動(dòng)與機械制動(dòng)器的釋放時(shí)間相配合，避免出現“溜鉤”現象。

　?。?）輕負載升速（電子副鉤）和松繩檢測

　　起重機空鉤或輕載時(shí)實(shí)現2倍速運行，提高裝卸效率。輕負載升速功能主要應用于起升高度較大的起重機：在起升機構空載運行時(shí)自動(dòng)使速度上升，以縮短時(shí)間來(lái)提高裝卸效率;重載時(shí)自動(dòng)降低速度以確保設備和人身的安全。變頻器根據啟動(dòng)后一段時(shí)間內的平均電流值來(lái)判斷負荷的大?。寒斬撦d重時(shí)，變頻器自動(dòng)降低輸出頻率;當負載輕時(shí)，變頻器自動(dòng)提高輸出頻率。松繩檢測功能防止在起重機繩索松弛的情況下，輕負載升速功能誤動(dòng)作引發(fā)的不安全運行。

　?。?）控制回路電源和主回路電源可以分別控制,提高了用戶(hù)調試時(shí)的安全性，便于故障診斷與維護。

　?。?）主從控制功率平衡與速度同步技術(shù)

　　在兩個(gè)大功率電機通過(guò)減速箱剛性連接驅動(dòng)一個(gè)起升機構時(shí)，主從控制功率平衡功能保證兩個(gè)電機出力均勻;在雙起升機構提升一個(gè)重物時(shí)，主從控制速度同步功能保證兩個(gè)起升機構同步提升，確保安全。

　?。?）第二電機控制及切換功能

　　一臺變頻器通過(guò)參數自學(xué)習可以自動(dòng)存儲兩套電機參數，通過(guò)切換指令實(shí)現對兩組電機的高性能矢量控制;便于電氣傳動(dòng)系統的控制，降低用戶(hù)成本。

　?。?）同時(shí)支持PROFIBUS-DP和MODBUS、INTERNET多種通訊協(xié)議，能實(shí)現多個(gè)變頻器和PLC之間的通訊連接。

　?。?）危險速度監視、快速停車(chē)及超速保護

　　變頻器實(shí)時(shí)監測電機的運行速度，當電機速度大于設定的最高允許速度或速度偏差值時(shí)，變頻器發(fā)出故障報警并立即停止輸出，機械制動(dòng)器動(dòng)作，使起重機處于安全狀態(tài)。

　　快速停車(chē)功能給用戶(hù)提供以下三種方式供選擇：

　　方式1：電氣制動(dòng)的停車(chē);方式2：電氣制動(dòng)加機械制動(dòng)的停車(chē);方式3：機械制動(dòng)的停車(chē)。

　?。?）起重機操作模式

　　根據起重機不同的操作模式，為用戶(hù)提供以下操作模式選擇：操縱桿模式、遙控模式、電動(dòng)電位器模式、分級操縱桿給定模式、分級遙控給定模式、通訊給定模式等。

　　4.1.2 應用范圍

　　CHV190起重機專(zhuān)用矢量變頻器，具有優(yōu)異的力矩控制性能，廣泛適用于岸邊集裝箱起重機（STS）、軌道式集裝箱龍門(mén)起重機（RMG）、輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機（RTG）、門(mén)座式起重機、造船用龍門(mén)起重機、裝船機、卸船機、翻車(chē)機、堆取料機等各類(lèi)港口機械，以及各類(lèi)普通橋式、門(mén)座式、塔式起重機和提梁機、架橋機等起重機械的起升、變幅、大車(chē)、小車(chē)、回轉、抓斗等機構的交流無(wú)級調速。

　　4.2 變頻器容量計算

　　下面就門(mén)座式起重機的起升、行走（回轉）機構的變頻器選用原則做以詳細說(shuō)明。

　?。?）起升機構

　　門(mén)座式起重機起升機構所需的電動(dòng)機軸輸出功率：

　　PM = Wν/6120η

　　式中W——起升機構額定提升負荷的重量，kg

　　ν——起升機構的額定速度，m/min

　　η——起升機構的機械效率

　　變頻器的容量必須大于負載所需求的輸出，即：

　　P0[KVA] ≥ k PM/ηcosφ

　　式中k——過(guò)載系數1.33

　　PM——負載要求的電動(dòng)機軸輸出功率，kW

　　η——電動(dòng)機效率

　　cosφ——電動(dòng)機的功率因數

　　起升機構要求的起動(dòng)轉矩為1.3—1.6倍的額定轉矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉矩需有1.6—2倍的額定轉矩，以確保其安全使用。對于拖動(dòng)等額功率電動(dòng)機的變頻器來(lái)說(shuō)，可提供長(cháng)達60秒、150%額定轉矩的過(guò)載能力，因此過(guò)載系數k=2/1.5=1.33。

　　在變頻器容量選定后，還應做電流驗證，即：

　　ICN≥kIM

　　式中k——電流波形修正系數（PWM調制方式時(shí)取1.05—1.1）

　　ICN——變頻器額定輸出電流，A

　　IM——工頻電源時(shí)的電動(dòng)機額定電流，A

　　一般的大噸位起重機有兩個(gè)獨立驅動(dòng)的起升機構，每個(gè)起升機構由2臺電動(dòng)機同步驅動(dòng)各自的鋼絲繩卷筒轉動(dòng)，再經(jīng)過(guò)動(dòng)滑輪組多級減速提升吊鉤。起升機構的變頻調速傳動(dòng)方案采用一臺變頻器帶一臺電動(dòng)機的“一拖一”方案，為了提高低速傳動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和高轉矩輸出能力，每臺電動(dòng)機采用帶脈沖編碼器的速度閉環(huán)控制。每個(gè)起升機構的2臺變頻器之間采用CHV190變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主從控制方案，這些控制方案可以實(shí)現2臺電動(dòng)機精確的轉矩平衡分配和2個(gè)起升機構的速度同步。

　?。?）行走、回轉機構

　　門(mén)座式起重機的行走、回轉機構大多采用多臺電動(dòng)機傳動(dòng)方案。由于門(mén)座式起重機行走機構的轉動(dòng)慣量較大，為了加速電動(dòng)機需有較大的起動(dòng)轉矩，因此門(mén)座式起重機行走機構所需的電動(dòng)機軸輸出功率PM應由負載功率Pj和加速功率Pa組成，即：

　　PM≥Pj+Pa

　　行走機構所需的負載功率為：

　　Pj = ? Wν/6120η

　　式中 ?——行走機構的摩擦系數

　　W——行走機構額定負荷的重量，kg

　　ν——行走機構的額定速度，m/min

　　η——行走機構的機械效率

　　行走機構所需的加速功率為：

　　式中k——電流波形修正系數（PWM調制方式時(shí)取1.05—1.1）

　　nM ——行走機構的電動(dòng)機額定轉速，r/min

　　cosφ——電動(dòng)機的功率因數

　　η——電動(dòng)機效率

　　GD?——行走機構換算到電動(dòng)機軸上的總轉動(dòng)慣量，kg·m?

　　tA——電動(dòng)機加速時(shí)間（根據負載要求確定），s

　　由于行走機構大多采用一臺變頻器拖動(dòng)多臺電動(dòng)機的通用U/f開(kāi)環(huán)頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時(shí)，還應滿(mǎn)足以下公式：

　　ICN≥knIM

　　式中k——電流波形修正系數（PWM調制方式時(shí)取1.05—1.1）

　　ICN——變頻器額定輸出電流，A

　　IM——工頻電源時(shí)單臺電動(dòng)機的額定電流，A

　　n——一臺變頻器拖動(dòng)的電動(dòng)機數量

　　5 再生能量的處理

　　當采用變頻器傳動(dòng)的起升機構拖動(dòng)位能性負載下放或行走機構急減速、順風(fēng)運行時(shí)，異步電動(dòng)機將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機構的機械能轉換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當直流回路電容電壓升到保護極限值后變頻器將過(guò)電壓跳閘。

　　在高性能的工程型變頻器中，對連續再生能量的處理有以下兩種方案。① 在中間直流回路設置電阻器，讓連續再生能量通過(guò)電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱(chēng)為動(dòng)力制動(dòng);② 采用再生整流器方式，將連續再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱(chēng)為回饋制動(dòng)。英威騰推出的DBU型能耗制動(dòng)單元和RBU型能量回饋單元的具體參數可參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。

　　下面對這兩種制動(dòng)方式做以詳細介紹。

　?。?）動(dòng)力制動(dòng)

　　動(dòng)力制動(dòng)由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構成。變頻器設置了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后，其動(dòng)力制動(dòng)能力取決于制動(dòng)電阻的允許功率。因此，計算再生功率PM時(shí)，必須滿(mǎn)足PM

　?、?計算再生能量EM

　?、?計算再生功率PM

　　PM = EM/t0

　　式中 PM——制動(dòng)期間電機產(chǎn)生的有效再生功率，W

　　EM——機構急減速及下降時(shí)的再生能量，J

　　t0——制動(dòng)周期時(shí)間，S

　?、?選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合

　　選擇合適的制動(dòng)單元/制動(dòng)電阻組合，必須滿(mǎn)足下列條件：

　　PM

　　式中 PM——制動(dòng)期間電機產(chǎn)生的有效再生功率，W

　　PR——制動(dòng)電阻的允許功率，W

　　PDB——制動(dòng)單元的允許功率，W

　　當計算的PM>PR時(shí)，表明超出了制動(dòng)電阻的處理能力，需重新核算負載慣量和減速時(shí)間。

　?、?制動(dòng)電阻RB0的計算

　　在再生回饋制動(dòng)中，即使不設置制動(dòng)電阻，依靠電機內部損耗也可獲得約20%的制動(dòng)轉矩，因此可用下式計算所需的電阻值RB0：

　　RB0 =VC?/ 1.027（TB-0.2TM）n1

　　式中VC——變頻器中間直流回路的電壓（約為700V），V

　　TB——制動(dòng)轉矩，kg·m

　　TM——電動(dòng)機額定轉矩，kg·m

　　n1——電動(dòng)機開(kāi)始減速時(shí)的速度，rpm

　　動(dòng)力制動(dòng)的放電回路由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻構成，其最大電流受制動(dòng)晶體管最大允許電流IC的限制，制動(dòng)電阻最小允許值RMIN=VC/IC。因此制動(dòng)電阻選用時(shí)其實(shí)際值RB應滿(mǎn)足以下條件：

　　RMIN < RB < RB0

　　上述選型是建立在精確的計算基礎上，在實(shí)際工程中如果精確的計算數據不能取得，也可按下述給出的經(jīng)驗公式選型。

　?、倨鹕龣C構的再生功率PM

　　PM = Pb×ηtotal

　　ηtotal=ηmec×ηmot×0.98

　　上式中，Pb為實(shí)際的負載再生發(fā)電功率，ηmec為機械效率，ηmot為電機效率。

　?、谥苿?dòng)電阻RB0的近似計算

　　RB0 = VC?/PM

　　由于行走機構屬于摩擦負載，其制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻可按變頻器的標準配置。

　?。?）回饋制動(dòng)

　　為了實(shí)現把制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機再生發(fā)電能量向電網(wǎng)回饋，網(wǎng)側變流器應采用可逆變流器。英威騰推出的能量回饋制動(dòng)單元，它的網(wǎng)側變流器與逆變器結構相同，采用一塊具有PWM控制方式的電網(wǎng)電壓識別板。由于采用了PWM控制技術(shù)，對網(wǎng)側交流電壓的大小和相位可以進(jìn)行控制，可以使交流輸入電流與電網(wǎng)電壓同相位并接近正弦波，傳動(dòng)系統的功率因數大于0.9，回饋制動(dòng)時(shí)有100%電網(wǎng)回饋能力，而不需要自耦變壓器。

　　動(dòng)力制動(dòng)方式控制簡(jiǎn)單、成本低，但節能效果不如回饋制動(dòng)?；仞佒苿?dòng)方式雖然節能效果好，能連續長(cháng)時(shí)制動(dòng)，但控制復雜、成本較高。應該注意的是，只有在不易發(fā)生故障的穩定電網(wǎng)電壓下，才可以采用回饋制動(dòng)方式。對于采用滑觸線(xiàn)供電的起重機，應特別注意防止滑觸線(xiàn)電刷接觸的間斷，如果不能保證這一點(diǎn)，建議采用動(dòng)力制動(dòng)方式，以保證起升機構持續下降時(shí)調速制動(dòng)的可靠性。

　　6 布線(xiàn)設計

　　6.1 變頻器主回路

　　門(mén)座式起重機起升機構的變頻器采用矢量控制方式，它們要用所傳動(dòng)電動(dòng)機的一些電機常數，而數據的獲得是由變頻器的參數自檢測程序來(lái)完成的。如果按常規的導線(xiàn)發(fā)熱校驗選擇電機的配線(xiàn)，必然在長(cháng)距離供電時(shí)，把線(xiàn)路阻抗加入到了參數自檢測出的電機數據中，引起變頻器的控制精度下降，達不到設計要求。另外，變頻器與電動(dòng)機之間的敷設距離長(cháng)，則線(xiàn)路壓降大，有時(shí)產(chǎn)生電機轉矩不足。特別是變頻器輸出頻率較低時(shí)，其輸出電壓也低，線(xiàn)路壓降所占的比例增大。變頻器與電機間的線(xiàn)路壓降以不超過(guò)額定電壓的2%為容許值，電機電纜的截面可據此來(lái)選擇。

　　由于在變頻器的輸出布線(xiàn)中存在寄生電容，其容量與電機電纜的長(cháng)度成正比，電機電纜的寄生電容容量越大，采用PWM控制方式的變頻器輸出電纜中的漏電流也越大，從而造成變頻器的出力不夠。所以在門(mén)座式起重機的布線(xiàn)設計中，應力求減小變頻器到電動(dòng)機的電纜的長(cháng)度總和。

　　6.2 控制回路

　　變頻器的控制信號為微弱的電壓、電流信號，所以與主回路不同，變頻器的輸出回路是強電磁干擾源，因此，變頻器控制回路的配線(xiàn)不能與變頻器主回路配線(xiàn)在同一根鐵管或同一配線(xiàn)槽內敷設。為了進(jìn)一步提高抗干擾效果，還應采用1.0mm2絕緣屏蔽導線(xiàn)。絕緣屏蔽導線(xiàn)的接地應在變頻器側進(jìn)行單點(diǎn)接地，使用專(zhuān)用的接地端子，不與其它的接地端子共用。電磁感應干擾的大小與電線(xiàn)的長(cháng)度成比例，所以要盡可能地以最短的線(xiàn)路敷設。在電磁干擾嚴重的場(chǎng)合，除了采取接地、屏蔽等措施外，還可以在變頻器的控制信號線(xiàn)上安裝數據濾波器，以進(jìn)一步減小干擾電壓的影響。

　　7 CHV190起重機專(zhuān)用變頻器在25t-35m門(mén)座式起重機中的應用介紹

　　7.1 25T-35M門(mén)座式起重機的主要參數如下：

　?。?）額定起重量：吊鉤下25m處40T;抓斗25T;

　?。?）起升高度：抓斗軌上20m;軌下15m;吊鉤軌上28m;軌下15m;

　?。?）幅度：最大35m，最小10m;

　?。?）工作機構運行速度

　?、倨鹕俣龋旱蹉^額定25m/min;抓斗額定50m/min;空載60m/min;

　?、谛D速度：0.8（幅度30-35m）/1.2（幅度10-30m）rpm;

　?、圩兎骄俣龋?5m/min;

　?、苄凶咚俣龋?5m/min;

　?。?）電源：3相380V，50Hz

　?。?）整機工作級別：A8

　　7.2 電氣傳動(dòng)單線(xiàn)圖

　?。?）起升機構

　　MC型40T抓斗門(mén)座式起重機起升機構由支持、閉合機構組成，兩機構均由1臺160KW變頻電機驅動(dòng)，調速為帶編碼器的閉環(huán)矢量控制，采用INVT公司起重機專(zhuān)用變頻器CHV190-220G-4;制動(dòng)單元為DBU-315-4，制動(dòng)電阻：2Ω80KW;屬有檔位無(wú)級調速方式，采用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)控制，內設S曲線(xiàn)加減速模式，保證重物提升過(guò)程中的穩定性。

　?。?）俯仰機構

　　俯仰機構由1臺132KW變頻電機驅動(dòng)，調速為帶編碼器的閉環(huán)矢量控制，采用INVT公司起重機專(zhuān)用變頻器CHV190-185G-4;制動(dòng)單元為DBU-315-4，制動(dòng)電阻：2Ω60KW;屬有檔位無(wú)級調速方式，采用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)控制，內設S曲線(xiàn)加減速模式，保證起升機構變幅過(guò)程中的穩定性。

　?。?）大車(chē)機構

　　大車(chē)運行機構由4臺11KW變頻電機驅動(dòng)，和支持機構共用一臺變頻器通過(guò)切換分別控制，其中一組電機需要控制運行時(shí)，變頻器接收到轉換信號后自動(dòng)切換到相應電機組參數。

　?。?）回轉機構

　　回轉機構由2臺30KW變頻電機驅動(dòng)，調速為開(kāi)環(huán)矢量控制，采用INVT公司起重機專(zhuān)用變頻器CHV190-110G-4;制動(dòng)單元為DBU-220-4，制動(dòng)電阻：4Ω20KW;屬有檔位無(wú)級調速方式，采用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)控制，內設S曲線(xiàn)加減速模式，保證回轉機構的大慣性負載起制動(dòng)平滑和運行的穩定性。

　　7.3 系統優(yōu)點(diǎn)

　?。?）可靠的抱閘邏輯控制，同時(shí)抱閘時(shí)間可調，在保證不溜鉤的同時(shí)，也避免了電機的大沖擊電流。

　?。?）高性能的閉環(huán)矢量控制，在零速時(shí)可輸出180%的額定轉矩長(cháng)達10S。增加了系統的可靠性。

　?。?）提升機械采用輕負載升速（電子副鉤）功能，吊重物時(shí)0-50HZ之間運行，空鉤可實(shí)現0-100HZ之間運行，以提高工作效率;

　?。?）多段速或者模擬量調速，加減速過(guò)程均按照S曲線(xiàn)模式，增加了工作的穩定性，減小了機械沖擊。延長(cháng)設備使用壽命。

　?。?）多電機并聯(lián)后，變頻器自動(dòng)辨識參數，建立有效的數學(xué)模型;控制精度非常高。

　?。?）單臺變頻器切換控制2組電機，自動(dòng)辨識并存儲兩組電機參數，均可實(shí)現高性能控制。降低了設備的整機成本，極大提高了整機的競爭力。

　?。?）可調轉矩補償，實(shí)現精確控制。

　　7.4 變頻器的現場(chǎng)調試

　　限于篇幅，下面以支持機構變頻器的調試過(guò)程為例，簡(jiǎn)要介紹CHV190變頻器的調試過(guò)程。

　?。?） 電機參數辨識

　　辨識電機參數在電機軸與負載脫開(kāi)的情況下進(jìn)行，首先設定電機參數P2.00-P2.05和編碼器參數P4.00-P4.01,然后設定 P0.07為1進(jìn)行電機參數自學(xué)習，主要的參數如下：

　　自學(xué)習完成后，設定速度由低到高空載閉環(huán)矢量運行，觀(guān)察空載電流及電機運轉，確保正常。

　?。?） 其它參數的設定

　　P0組（基本功能組）、P1組（速度曲線(xiàn)組）、P4組（編碼器參數組）、P5組（輸入端子組）、P6組（輸出端子組）等參數可根據實(shí)際需要設定。

　?。?）抱閘時(shí)序控制測試

　　通過(guò)修改P8組 增強功能組中的抱閘合閘、松閘延時(shí)、停機延時(shí)等參數，調試抱閘時(shí)序控制情況。

　?。?） 帶負載閉環(huán)矢量運行及驗證輕負載升速（電子副鉤）功能

　　觀(guān)察抱閘時(shí)序控制正常后再安裝好主軸聯(lián)動(dòng)機構，設定速度由低速到高速的步驟運行。帶負載調試時(shí)，堅持由輕負載到重負載的步驟調試，同時(shí)注意觀(guān)察變頻器運行電流及電機運轉狀態(tài)。通過(guò)修改P8組（增強功能組）中的輕負載升速使能參數，驗證吊重物時(shí)0-50HZ之間運行，空鉤時(shí)0-100HZ之間運行。

　?。?）調試波形

　　8 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調速技術(shù)日益顯現出優(yōu)異的控制及調速性能，高效率、易維護等特點(diǎn)，加之它的價(jià)格不斷下降，使其成為起重機械一種優(yōu)選的調速方案。但是，要使變頻器成功地應用于起重機調速，就必須針對起重機的特點(diǎn)，計算和選擇變頻器及其外圍的輔件，并在安裝與布線(xiàn)時(shí)采取特殊技術(shù)措施，以保證變頻調速的起重機安全、可靠地運行。

　　參考文獻：

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　　3.段蘇振·交流變頻調速技術(shù)在門(mén)式起重機中的應用[J]·電氣傳動(dòng)，2005，1·

　　4.段蘇振·交流變頻調速的電氣制動(dòng)方式[J]·機床電器，2004，3·