摘要：介绍交流变频调速技术在起重机中的应用及特点，阐述控制方式及起升电机的选取要点，并分析变频调速对起重机的特性、结构件及回转和行走机构的影响。
关键词：起重机；变频调速；变频器
中图分类号：TH2文献标识码：B
交流变频调速技术在工业企业的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量调速提供了全新方案。它具有和直流调速系统相媲美的高性能调速指标，可采用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机进行调速，并且变频调速系统的效率高于传统的交流调速，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统交流调速系统有较大的提高。
一、变频调速系统主要特点
1.明显改善结构受力状态。由于变频器具有软启动、软停止的功能，所以起重机启动、制动相对平稳，对起重机的传动机构、钢结构的冲击明显减小。经检测证实，变频调速控制系统的应用可大大改善起重机结构的受力状态。
2.调速范围宽，性能好。起重机专用的变频器一般具有很强的环境适应性，由于变频器内部进行了模块化设计，集成度高，可靠性强。系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优良的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。
3.结构简单、可靠性高、易维护。变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构简单，检修方便。尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。变频调速控制系统还具有自诊断功能，通过同PLC的通信来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。
4.提高工作效率和减小机械磨损。起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、副钩、主钩等多挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可大大提高起重机的作业效率。同时由于变频器采用软启动和软制动，不仅减小了对钢结构的冲击，还减轻了制动轮与刹车片间的磨损。
5.提高了安全性。起升机构实现了闭环矢量控制，具备了零速转矩的功能，即在起升机构制动器出现机械故障而失灵的情况下，变频器可自动输出足够大的转矩（大于150%)不使负载下滑，从而提高系统的安全性。
6.超载报警。（1）90%额定载重量时，发出断续的报警声，显示重物质量值但正常工作。（2）105%额定载重量时，发出连续的报警声，2s后自动切断变频器输出，显示重物质量值并停止工作。（3）120%额定载重量时，发出连续的报警声，立即自动切断变频器输出，显示重物质量值同时停止工作。
7.节能效果显著。一般变频器具有自动节能操作模式，同时能较大地提高系统功率因数和工作效率，因此节电率可达20%左右。
二、控制方式及起升电机的选取
1.起升系统采用矢量控制，一台变频器控制一台起升变频电机，其速度的自动切换由变频专用质量测控仪和可编程控制器来完成，大、小车系统控制采用V/F控制，各由一台变频器控制多台电机。所有限位保护触点均作为PLC的输入点，经程序处理再进行保护。
2.起升电机的选取应考虑具备较宽的调速范围，采用变频电机代替普通的线绕式电机。变频电机在闭环控制条件下，50Hz以下为恒转矩调速，50～100Hz为恒功率调速，其绝缘结构具有对于变频器输出高载波频率电压的适应能力，能够承受200%额定转矩的过载，满足125%额定起重量的静载试验。
3.选用可靠性高、编程简单、使用方便、功能完善的PLC代替原继电器、接触器控制方式，与变频器相结合，实现“机电一体化”。由于变频器的干扰因素较多，对PLC的参数采集要考虑干扰，因此在配线和接线等操作时要注意抗干扰的措施，输出线要采用钢管作屏蔽处理，所有的控制线都采用屏蔽线，而且要注意接地问题。同时在编制程序时，要采取软
件抗干扰措施。
三、变频调速对起重机整体的影响
1.变频调速对起重机特性的影响。起重机实际载荷具有多变性，不仅在不同的循环中可能有不同的载荷，即使吊同样的物件载荷也是随机变化的。载荷的变化与离地时的情况、加减速度、制动时间、风阻力等因素有关。（1）变频调速改变了载荷的离地速度，做到零速起升，降低起升机构的动应力系数；加减速为无级调速；增添电制动形式，降低机械制动冲击力；降低制动器制动力矩及起重机自重。（2）变频器的应用可节省控制柜空间，发挥PLC总
线控制或遥控器操作的优势，同时一套变频器可供不同时工作的多机使用，可节省大量输电线及一次性投资。（3）高功率因数，低启动电流。变频调速在满载运行时电机具有高达0.9以上的功率因数、下降过程不从电网提取能量或向电网反馈能量的特点，降低了对前级变压器的配置要求，节约能源及一次性投资。（4）变频调速的应用优化了起重机的工作性能提高了起重机整机寿命和机构的定位精度，改善了劳动强度及人机关系。
2.变频调速对结构件的影响。变频调速降低了载荷离地时的速度及载荷离地瞬间产生的附加加速度；减少了载荷离地瞬间对起重机的动态冲击值及附加加速度引起的附加动应力载荷。变频调速能降低起升动载荷系数值，从而可降低起重机动载载荷及起重机的自重。
3.降低电机启动力矩。欧洲机械搬运协会标准（FEM）对不同类型电机的启动转矩M有相应的规定：直接启动的鼠笼电机Mmin／MNmax≥1.6（Mmin为电机最小启动转矩，MNmax为电机最大额定启动转矩）；滑环电机Mmin／MNmax≥1.9；调压和变频类电机Mmin／MNmax≥1.4。变频调速对启动转矩的降低，可进一步降低动载荷对机械结构及传动部件的强度要求。
4.回转和行走机构。变频调速的S特性可消除速度切换过程中的力矩冲击，力矩可变及电制动特性的应用，可消除反向切换过程中的齿间间隙造成的冲击力矩，降低机械制动时的运行速度，从而降低对制动力矩的要求，减少制动冲击，提高运行或回转机构部件的使用寿命。变频起重机行走机构的减速器、传动轴等传动部件的力矩选择可按传统机构的1／1.5选用。
四结论
变频调速有很好的运行特性，调速范围宽，精度高，能实现稳定的低速运行。启动、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。尤其是基于PLC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。