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應(yīng)用案例

矢量控制型變頻器應(yīng)用于港口門(mén)機(jī)上

一、概述
本文闡述變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其在門(mén)機(jī)中的應(yīng)用，并著重對(duì)兩電平控制、三電平控制的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，對(duì)變頻器靜止型自學(xué)的新特點(diǎn)進(jìn)行了描述，并對(duì)三電平控制技術(shù)在門(mén)機(jī)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和展望。
二、門(mén)機(jī)電控系統(tǒng)的變頻改造
港口門(mén)座式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱門(mén)機(jī))是港口碼頭前沿裝卸一般散雜貨的通用港口裝卸起重機(jī)，在各海港、內(nèi)河碼頭都廣泛使用。多數(shù)港口的舊門(mén)機(jī)多采用轉(zhuǎn)子串電阻方式調(diào)速進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，因此整機(jī)的沖擊大、尤其在停車與起動(dòng)時(shí)震動(dòng)較為厲害，加速了門(mén)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)磨損，也使工人的維修量大大增加。近年來(lái)隨著港口自動(dòng)化水平的提高，交流變頻調(diào)速技術(shù)在門(mén)機(jī)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近兩年各港口新配備的門(mén)機(jī)中已全部加入了變頻技術(shù)。在這種情況下舊門(mén)機(jī)電控系統(tǒng)的變頻改造就顯得尤其迫切。
三、門(mén)機(jī)變頻控制的優(yōu)點(diǎn)
1.由于起升機(jī)構(gòu)電機(jī)功率一般較大，對(duì)起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造一次性投資過(guò)高；大車部分工藝要求相對(duì)簡(jiǎn)單，變頻改造后效果不是很明顯，所以目前國(guó)內(nèi)的舊門(mén)機(jī)變頻改造多采用只改變幅、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。變幅機(jī)構(gòu)多為繞線式電機(jī)控制帶動(dòng)齒條的變幅，為常規(guī)控制的有級(jí)調(diào)速，因此變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)沖擊增大、尤其在停車與起動(dòng)時(shí)震動(dòng)較為厲害，造成減速器密封不嚴(yán)，漏油加劇，加速機(jī)構(gòu)磨損，也增大了維修量。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多為轉(zhuǎn)柱型、其回轉(zhuǎn)軸承的支撐重量較重，造成門(mén)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起制動(dòng)過(guò)程中晃動(dòng)較大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的壽命產(chǎn)生了一定的影響；且門(mén)機(jī)剎車腳踏力較大，從而造成司機(jī)的操作疲勞。通過(guò)對(duì)上述原因進(jìn)行分析，我們認(rèn)為變幅、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的撞擊是由于起、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能無(wú)法很好的吸收造成的，通過(guò)引入變頻調(diào)速系統(tǒng)我們解決了上述問(wèn)題。
2.變頻器能在很寬范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以根據(jù)需要自由設(shè)定加減速時(shí)間；良好的低速力矩特性使電機(jī)在起動(dòng)和加速時(shí)可獲得足夠大且平滑的加速度；制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻的接入使電機(jī)在減速和停車時(shí)能夠獲得足夠的制動(dòng)力矩。變頻器的上述特性保證了變頻調(diào)速系統(tǒng)具有很好的速度響應(yīng)性能。
3.根據(jù)港口門(mén)機(jī)的現(xiàn)狀，我們采用變頻調(diào)速時(shí)一般不更換原電機(jī)，僅把繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路短接。由于去掉了逐級(jí)切除電阻調(diào)速用的接觸器，實(shí)現(xiàn)了調(diào)速的無(wú)級(jí)和無(wú)觸點(diǎn)控制；又由于變頻器本身是高可靠性的通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，故障率極低，因而大大降低了設(shè)備的故障率，減少了門(mén)機(jī)維護(hù)人員的工作量，間接提高了作業(yè)效率。由于安川變頻器針對(duì)起重機(jī)行業(yè)的功能設(shè)計(jì)，通過(guò)PLC部分的邏輯判斷，真正保證了電機(jī)能夠在“零速”抱閘，實(shí)現(xiàn)了變頻器的平穩(wěn)的起、制動(dòng)，從而減輕了各個(gè)機(jī)構(gòu)在機(jī)械起、制動(dòng)時(shí)對(duì)門(mén)機(jī)機(jī)械部分造成的沖擊，延長(zhǎng)了門(mén)機(jī)機(jī)械部分的壽命。因變頻器采用交-直-交控制方式，配有進(jìn)線電抗器，可使重載作業(yè)時(shí)的平均功率因數(shù)達(dá)85%以上，大大超過(guò)了普通電控門(mén)機(jī)的60%，節(jié)能率達(dá)到30%。
四、新型三電平控制變頻器的原理及在港口的應(yīng)用前景
1.安川變頻器由于其在起重機(jī)行業(yè)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)和多年在港口應(yīng)用的成功案例，目前已成為門(mén)機(jī)變頻改造的首選。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)范圍內(nèi)的變頻門(mén)機(jī)有90%以上采用的是安川變頻器。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷進(jìn)步，安川公司已正式在中國(guó)市場(chǎng)推出了采用了三電平控制的真正電流矢量控制型G7系列變頻器，是目前世界上唯一采用三電平控制的低壓變頻器。

2.眾所周知，現(xiàn)在我們?cè)谧冾l器市場(chǎng)上所見(jiàn)到的變頻器均采用“2電平控制”方式(這其中包括安川的G5系列變頻器)，這種變頻器原則上要求配用的電機(jī)應(yīng)為變頻電機(jī)。但實(shí)際上，幾乎所有需要改造的門(mén)機(jī)所采用的電機(jī)都為普通繞線電機(jī)，這種電機(jī)不但啟動(dòng)

電流要比同功率的變頻電機(jī)大，而且絕緣等級(jí)也比變頻電機(jī)低(變頻電機(jī)一般為F級(jí)，而普通繞線電機(jī)一般為B)。

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