變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討

變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討xxx公司變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用與探討【摘要】本文主要分析了變頻器的基本原理，港口門式起重機變頻器控制的組成，包括電路控制部分與機構(gòu)控制部分，并簡要分析了變頻器技術(shù)應(yīng)用于港口門式起重機上的優(yōu)缺點，為變頻器技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)?！娟P(guān)鍵詞】港口門式起重機；變頻器技術(shù)；基本原理；控制組成；優(yōu)缺點1前言隨著港口現(xiàn)代化的快速發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)施也必須更加科學(xué)和完善。門式起重機在港口的應(yīng)用由來已久，目前我國使用的交流傳動控制具有損耗大、效率低的缺點，而直流傳動受到機械式換向器的限制，都對門式起重機的應(yīng)用有所阻礙。變頻技術(shù)的調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點，對門式起重機的調(diào)速更有優(yōu)勢。本文選取某港口為例，就變頻器技術(shù)在港口門式起重機上的應(yīng)用作相關(guān)探討。2變頻器的基本原理矢量控制通過測量和控制異步電動機定子電流矢量實現(xiàn)矢量控制，根據(jù)磁場定向原理，控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的效果。實際中的操作是將異步電動機的定子電流矢量Ia、Ib、Ic，通過三相/兩相變換，將其等效成兩相靜止坐標系下的交流電流，再通過轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變化，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流和產(chǎn)生的勵磁電流。然后仿照直流電動機的控制方法，確定電動機的控制量，將坐標反變換，輸出Ia、Ib、Ic，這三相變頻電流，，從而實現(xiàn)調(diào)速控制[1]。恒轉(zhuǎn)矩負載起重重力是主起升機構(gòu)的主要負載，當(dāng)起重機運轉(zhuǎn)時，它的負載轉(zhuǎn)矩方向不隨之改變。因為負載轉(zhuǎn)矩T的方向是由重力引起的，所以它的方向是不會改變的。負載轉(zhuǎn)矩的方向和大小不受升降速度大小，下降或提升的改變的影響，這就是恒轉(zhuǎn)矩負載。在選擇異步電動機的功率時，要注意恒定值的選擇，即轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之積與功率成正比，這就說明恒轉(zhuǎn)矩負載消耗的能量與轉(zhuǎn)速是成正比的。主起升機構(gòu)電動機為變頻調(diào)速三相異步電動機，因為主起升機構(gòu)電動機容量大，所以選用了整流回饋和逆變單元相結(jié)合作為變頻裝置，以保證主起升機構(gòu)的安全運行。恒轉(zhuǎn)矩控制的特點是下放重物時，平衡轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，存儲于負載中的位勢能被釋放出來變成動能，負載異步電動機和拖著機械轉(zhuǎn)動，此時異步電動機轉(zhuǎn)矩方向和轉(zhuǎn)速方向是相反的，電動機發(fā)電產(chǎn)生電能，回饋單元將電能輸回電網(wǎng)中[2]。3港口門式起重機變頻器控制的組成電路控制部分變頻器的電路結(jié)構(gòu)分為主電路和控制電路，主電路和控制電路的組成比較復(fù)雜。主電路由四部分組成，分別是中間直流電路、逆變電路、整流回饋電路，不難知道電源再生單元、限流單元、控制電路直流電源檢測等又組成了中間直流電路?？刂齐娐分饕芍醒胩幚砥?CPU)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號處理器(DSP)、I/O接口電路、輸出信號檢測電路、通信接口電路、數(shù)字鍵盤以及控制電源等組成。1）整流回饋：2個反并聯(lián)晶閘管橋組成整流回饋單元的功率，產(chǎn)生的電流供應(yīng)逆變器直流母線，電能通過直流母線輸回到電網(wǎng)中。在回饋工作時容易導(dǎo)致電壓降低，這對電流帶來干擾，此時要將回饋橋的輸入電壓提高20%來避免這種干擾。通過連接工作橋到本身的電網(wǎng)可以實現(xiàn)提高電壓的目的，也可以借助自藕變壓器來實現(xiàn)。2）濾波器：防止電壓受到整流回饋單元無線電的干擾。3）進線電抗器Li：限制電網(wǎng)諧波，進線電抗器的主要作用是減弱電網(wǎng)諧波的干擾，使整流單元不受影響。與此同時，電網(wǎng)電壓的跳躍或因電網(wǎng)系統(tǒng)操作帶來的干擾也不容易影響到整流單元。4）逆變器單元：逆變器的主要作用是為變頻調(diào)速，全數(shù)字電壓型PWM調(diào)制DC到AC變頻裝置是逆變橋使用的主要裝置，它屬于雙極型晶體管功率器件。5）自藕變壓器TC1：在電網(wǎng)電壓有擾動時，自藕變壓器使逆變橋與電網(wǎng)之間有一個較好的適應(yīng)性；電機在發(fā)電情況下達到最大轉(zhuǎn)矩。機構(gòu)控制部分港口門座起重機主要由起升、變幅、旋轉(zhuǎn)以及行走四大機構(gòu)組成，前三個機構(gòu)既可各自獨立運行，也可根據(jù)要求協(xié)同工作，僅行走機構(gòu)與其他三個機構(gòu)連鎖獨立運行。具體工作特性如下：1）起升機構(gòu)起升機構(gòu)的驅(qū)動動力來自于一臺起升電機，起升電機的閉環(huán)控制是由變頻器接收安裝在電機上的增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，并進行信息處理，然后將處理過的信息傳遞給起升電機進行閉環(huán)控制。起升電機內(nèi)安裝有超速與溫控開關(guān)，以控制起升電機的速度與溫度，同時超速開關(guān)還可以對發(fā)生嚴重超速的起升電機進行制動控制，因此還需在起升機構(gòu)的高速與低速軸上各安裝一臺制動器，超速開關(guān)與制動器共同確保電機不會因為嚴重超速發(fā)生重大故障。起升機構(gòu)還需要安裝多個限位開關(guān)，包括上升下降停止限位開關(guān)和上升下降極限限位開關(guān)。停止限位開關(guān)是當(dāng)運行機構(gòu)上升下降到指定位置，觸碰到停止限位開關(guān)后，運行機構(gòu)能夠立即停止；極限限位開關(guān)是運行機構(gòu)上升下降到極限位置，觸碰到極限限位開關(guān)后，運行機構(gòu)能夠立即停止，極限限位開關(guān)主要起到的是保護作用，一般限位采用的是凸輪限位。2）變幅機構(gòu)變幅機構(gòu)的驅(qū)動動力來自于一臺驅(qū)動電機。與起升機構(gòu)相同，變幅電機的閉環(huán)控制也是來自于增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號，并且超速與溫控開關(guān)以及風(fēng)機都是變幅電機必不可少的保護裝置，以控制變幅電機的溫度與速度。同樣變幅機構(gòu)也需要安裝幅度的限位開關(guān)，一般安裝在鋼絲繩卷筒或臂架的根部，用以保證變幅過程的安全。唯一不同的是變幅機構(gòu)的制動器是一臺常閉式制動器，該制動器能夠?qū)C構(gòu)運行過程中的抱閘緊與抱閘松限位信號反饋給變幅控制器，從而判斷制動器的松緊狀態(tài)。3）旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動動力來自于二臺驅(qū)動電機，該驅(qū)動電機能夠進行360°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的制動需要保證機構(gòu)旋轉(zhuǎn)部分回到順風(fēng)位置時方可進行制動，以減少機構(gòu)的迎風(fēng)面積，保證機構(gòu)的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在運行過程中需要做到準確停車、平穩(wěn)制動，程序自動控制有可能達不到運行要求，因此將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的制動器設(shè)計成常幵式腳踏液壓式，并由專職司機控制，以保證制動力矩的精確控制。除上述制動器外，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還設(shè)有手輪鎖緊裝置，可以保證旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在停止工作后可以手動鎖緊制動器，防止旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的隨風(fēng)運行而造成危險。4）行走機構(gòu)行走機構(gòu)的驅(qū)動動力來自于八臺驅(qū)動電機，每臺行走電機都設(shè)置有制動器，并且都具有幵閉狀態(tài)的反饋信號，變頻器可選擇與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)共用，接觸器需要與旋轉(zhuǎn)電機聯(lián)鎖。同時，為防止門座起重機受到大風(fēng)影響，而產(chǎn)生沿軌道的滑移或失穩(wěn)，可在每臺驅(qū)動電機上安裝一臺液壓夾軌器。同前兩個機構(gòu)類似，行走機構(gòu)也需要安裝停止限位、極限限位、行走減速限位以及防撞限位，用以保證行走機構(gòu)的運行安全。另外，行走機構(gòu)還需要安裝手動錨定裝置，用以判斷行走機構(gòu)的錨定狀態(tài)，判斷行走機構(gòu)的運行安全而選擇運行與否。4變頻器技術(shù)應(yīng)用于港口門式起重機上的優(yōu)缺點優(yōu)點1）采用變頻器技術(shù)后，可以保證主起升機在載重物時平穩(wěn)操作，達到快速制動的效果，避免了溜鉤的現(xiàn)象。2）即使門機的啟動電流較小，采用變頻技術(shù)后能夠?qū)崿F(xiàn)較高的啟動轉(zhuǎn)速，若門機頻繁啟動或制動，電動機也不會受到較大的損耗，延長了電動機的壽命。3）變頻器應(yīng)用于大車運行或和小車運行中可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的平穩(wěn)調(diào)速，而且提高了響應(yīng)速度，效率也隨之提高，這樣可以降低對機械的損耗。4）整流回饋和逆變單元的結(jié)合大大節(jié)約了門機電氣室的制造空間，操作過程中的位勢能轉(zhuǎn)化成電能，對這些電能的再利用不僅節(jié)省了能源，而且提高了能源的利用效率，從而減少了施工成本。由于電路結(jié)構(gòu)緊湊，不會占用太多的用地面積。5）調(diào)節(jié)和控制性能大大提高。在系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)過程中，變頻器可以準確確定設(shè)定點，最大限度滿足運行要求，啟動轉(zhuǎn)矩高，在加速時，系統(tǒng)控制功能能自動啟動轉(zhuǎn)矩，順利啟動。借助觸摸屏可以控制和監(jiān)視變頻器的運行情況，若監(jiān)測出問題可以方便修改運行參數(shù)，使對變頻器的控制更加準確。6）觸摸屏可以準確反映變頻器運行狀態(tài)，檢測設(shè)備故障，實時檢測個機構(gòu)的情況。減少了檢測或處理故障的時間，方便了操作人員的工作，提高了工作效率。在工程運用中發(fā)現(xiàn)的缺點1）供電電源不能出現(xiàn)故障。回饋制動方式要求電網(wǎng)穩(wěn)定，不容易發(fā)生故障，整流回饋和逆變單元結(jié)合時容易燒斷熔斷器，在港口門式起重機上運用變頻器要求供電電源可靠，質(zhì)量好。2）觸摸屏等電子設(shè)備的運行對溫度有一定的要求，最低溫度為25攝氏度，而北方地區(qū)的溫度常低于25攝氏度，所以冬季使用港口門式起重機的要求較高，使用前要開啟加溫設(shè)備，達到要求溫度再進行操作，使用后要對設(shè)備進行保養(yǎng)，延長港口門式起重機的使用壽命[3]。5結(jié)束語如今很多工業(yè)領(lǐng)域都引進了變頻器技術(shù)實現(xiàn)了更好的發(fā)展，但是變頻器技術(shù)極少應(yīng)用于港口門式起重機中，應(yīng)用后效果也并不理想。變頻器技術(shù)應(yīng)用在港口門式起重機中有效提高了工作效率，減少損耗，相對于單一的港口門式起重機具有優(yōu)勢，要想將變頻器技術(shù)與港口門式起重機很好地結(jié)合在一起還需要克服各種技術(shù)難題，真正