变频器在桥式起重机上应用简介

变频器在桥式起重机上的应用简介摘要：本文首先简单介绍了桥式起重机的概况，并通过对现有桥式起重机电力拖动方式的分析，指出了采用绕线式电动机串电阻调速方式运行存在的突出问题；其次，通过对变频技术的发展进程和研究现状的介绍，以及对变频调速控制原理的简单阐述，提出了变频器应用到桥式起重机运行控制上的可行性；再次，介绍了变频器在桥式起重机运行控制中应用和优点，最后，指出了一些在变频器选型和安装方面的注意要点。通过本文，使读者能对变频器在桥上起重机上的应用，有一个清晰地了解，并为具体的起重机变频控制提供些许启示或思路。

关键词：桥式起重机，变频器，控制，调速

引言

随着工业化大生产的不断发展，产业规模的不断扩大，生产场地内所需移动的物件也越来越多，越来越重，普通的单脚或多脚拔杆配上手拉葫芦的起重方式，已远远不能满足社会化大生产的需求。而作为电动起重设备的桥式起重机，由于其起重量大，运行速度高，吊运范围广，完全适应现有的工业化生产需要。改革开放以来，桥式起重机在工业化生产中的作用及重要性就大大显现，在各个生产领域中应用相当广泛。

桥式起重机一般有四个机构：主钩、付钩、大车、小车；各个机构都有正反转和调速的要求。现有的大部分电力拖动，均采用绕线式交流异步电动机转子串接电阻器的方式，运行冲击较大，运行

速度随着负载的变化也很难维持恒定档速。如为确保调速性能而采用直流电机拖动，其采购和使用成本较大且故障率高，维护强度相对较高；而采用变频器控制y系列鼠笼式异步电动机进行启停和调速，起重机的运动性能将大大改善，而且又能提高吊装要求的定位精度，使用方便可靠，通过参数设定可满足多种调速和运行要求。况且随着电力电子控制技术和制造技术的迅猛发展，变频器的价格已经有了大幅度的下降，使得大规模的应用变频器成为可能。本文将以上述思路进行展开，先介绍变频技术的相关内容，再根据桥式起重机各机构对运行的不同要求，分别提出变频控制方案。

1变频器概述

(一) 变频器的发展及研究现状

变频器是电力电子器件的组合，自20世纪60年代起，电力电子器件经历了scr（晶闸管）、gto（门极可关断晶闸管）、bjt（双极型功率晶体管）、mosfet（金属氧化物场效应管）、sit（静电感应晶体管）、sith（静电感应晶闸管）、mgt（mos控制晶体管）、mct （mos控制晶闸管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）、hvigbt（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的发展促进了变频技术的突飞猛进，同时随着电子器件制造技术的发展，变频器的体积和构造也发生了巨大的改变，使其更加地适应工业化大生产的应用环境。

在我国，随着20世纪80年代改革开放政策的实施，国外的一些先进应用技术开始流入国内的一些先进企业，变频器也是在这个

时候出现在我国当时的重点项目上。由于当时的变频器价格昂贵，应用范围并不广泛。随着电力电子器件研发和制造技术的不断进步，变频器的性价比有了显著提高，在我国经济发展浪潮的推动下，变频技术已在工业企业中得到了相当广泛的应用。目前，国内变频器控制在起重机运行控制上应用还比较少，绝大多数起重机还是采用绕线电机转子串电阻的启动调速方式。随着我国经济的快速发展，制造业水平的不断提高，对吊装精度和运行速度有了更高的要求，现有的绕线电机转子串电阻的控制方式相对制造工艺的要求来说，已经有些不能适应了。

(二) 变频器工作原理

根据交流电动机的转速表达式：

n=60f(1-s)/p

式中n——异步电动机的转速；

f——电源频率；

s——异步电动机转差率；

p——异步电动机极对数。

我们可以了解到，对于同一台电动机，转速n与电源频率f是成正比的，为此只要能改变频率f，就能改变电动机的转速；如果频率f在0~50hz的范围内变化，电动机的调速范围就非常宽了。

从异步电动机定子每相电势有效值公式：

e1=4.44f1w1kw1φm

式中f1——定子供电频率（hz）

w1——定子每相串联匝数

kw1——基波绕组系数

φm——每极气隙磁通（wb）

可以看出，一旦电机已经选定，w1和kw1就确定了，从而就有φm ∝e1 /f1

这就说明只要协调控制电机电压频率的比值，电机气隙磁通就能被有效的控制。为此，变频器在变频调速的同时，为确保电机能在有效频率下都能获得良好的运行性能、电磁转矩，必须要有效地控制电机电压。

变频器在使用中，输出给电机的电压和频率是按照先前设定的斜率逐渐变化加到电机上的，为此，电动机的启动电流和冲击可以比工频电源直接向电机供电的要小的多。变频器在低于50或60hz 时是以恒转矩的方式运行的；而在高于50或60hz时，由于电气耐压绝缘问题，定子电压不能超过额定电压，故频率和电压比值不再保持恒定，气隙磁场强度也开始变化，导致电机的输出转矩随着频率的升高、速度的提高而不断地减小，是以恒定功率的方式运行。变频调速是采用在频率发生变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，转速损失不增加的调速方式。所以变频调速是一种高效的调速方式。变频器的调速范围可达1%—100%，并在整个调速范围内具有较高的调速效率。变频调速方式尤其适合于调速范围宽、负荷经常变化运行的设备。选择最佳运转速度，可实现低速启动、平滑调速。最高速度不受电源影响，电动机可以高速化、小型化。

2现有桥式起重机电力拖动存在问题及原因分析

现有在用的桥式起重机的电力拖动，大部分采用绕线式交流异步电动机转子串接电阻的控制方式。通过改变转子串接电阻值的大小，进行启动和调速。采用该方式控制起重机的运行，冲击较大，速度随着负载的变化很难保持。具体存在以下问题：

(一) 调速的范围很小。调速比在3~6左右，一般只能实现有级调速，开环控制且轻载荷与重载荷时的相同档位运行速度差别较大。

(二) 调速精度低。转子串电阻调速因为无法改变同步转速，且转子串电阻后电机的机械特性很软，随着负载的变化，稳定运行点对应的速度间隔差别较大，使得速度的稳定性和调速精度很低。

(三) 运行可靠性差。电器元件一般为接触器，起重机启停或点动作业时，在大电流状态下分合非常频繁，触点烧蚀严重，容易造成触点熔焊，导致电机缺相或运行控制失败，严重时会使起重机运行失控而酿成事故。

(四) 保护措施不完善。由于采用继电器、接触器组合控制线路，要达到完善的系统保护，控制线路将相当的复杂和庞大，故障率会很高，加大维护难度；再者，由于串电阻调速方式的本质缺陷，也无法做到对系统的理想保护。

(五) 运行能耗大。起重机大多数运行状态下，为改善运行特性，电动机转子均带电阻运行，使大量的能量以电阻发热的形式消耗掉，作了大量的无用功。