劉東風(fēng)

摘要：早期傳統(tǒng)的門座式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱門機(jī)）起升機(jī)構(gòu)采用繼電器、接觸器進(jìn)行控制，交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法進(jìn)行調(diào)速，這種控制可靠性差，故障率高，維修困難，將變頻器改造，應(yīng)用于早期老式門機(jī)起升控制系統(tǒng)，通過(guò)變頻改造取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：門機(jī);變頻器;改造

一、概述

門機(jī)在港口碼頭有著廣泛的應(yīng)用，它能否正常工作直接影響到碼頭裝卸效率，早期門機(jī)電氣動(dòng)力控制系統(tǒng)，采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，這種調(diào)速方法，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性很軟，故障率較高，直接影響到港口的裝卸效率，而且設(shè)備維修、保養(yǎng)的費(fèi)用昂貴，調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足港口生產(chǎn)的特殊要求，對(duì)此，我們對(duì)早期營(yíng)口港16T/28T-33m/20m門機(jī)起升系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，并引入改造變頻調(diào)速裝置。

二、營(yíng)口港門座式起重機(jī)原來(lái)電氣控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)

改造前營(yíng)口港16T/28T-33m/20m門機(jī)，起升電氣控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：

1、門機(jī)工作任務(wù)重，頻繁高速的大負(fù)荷制動(dòng)沖擊造成門機(jī)金屬結(jié)構(gòu)變形、開焊問(wèn)題多次出現(xiàn)。

2、起升電機(jī)過(guò)載嚴(yán)重，頻繁的重載啟動(dòng)，多次造成電動(dòng)機(jī)滑環(huán)出現(xiàn)麻點(diǎn)、定子繞組燒毀。

3、接觸器銜鐵和線圈損壞嚴(yán)重，接觸器觸頭燒毀頻繁出現(xiàn)，主接觸器及加速接觸器太多，故障修理及維護(hù)費(fèi)用昂貴。

4、高負(fù)荷的機(jī)械抱閘制動(dòng)，造成起升機(jī)構(gòu)減速箱、變速箱及起升制動(dòng)裝置磨損嚴(yán)重。

5、電機(jī)轉(zhuǎn)子所串電阻器燒毀和斷裂時(shí)有發(fā)生，特別是夏季氣溫高，電阻散熱不好，存在火災(zāi)安全隱患。

6、現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)門機(jī)同時(shí)裝卸時(shí)，同時(shí)的電機(jī)啟動(dòng)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，電壓供電不足。

7、電氣線路復(fù)雜，保護(hù)性差，頻繁的出現(xiàn)電氣線路故障，直接影響到碼頭的裝卸生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

為了解決這些問(wèn)題，我們將變頻器調(diào)速控制，改造應(yīng)用于早期門機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，代替了原來(lái)調(diào)速方式。

三、交流調(diào)速常用的調(diào)速方案及其性能比較

由電機(jī)學(xué)知，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下：

式中 n——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

Pn——電動(dòng)機(jī)定子繞阻的磁極對(duì)數(shù);

f1——電動(dòng)機(jī)定子電壓供電頻率;

s ——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。

從式（1-1）中可以看出，改變交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方案。

（1） 改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（3）變頻調(diào)速

這三種調(diào)速方案，變頻調(diào)速是最理想的交流調(diào)速方案，門機(jī)起升系統(tǒng)須具備，零速時(shí)額定負(fù)載，能電制動(dòng)保持?jǐn)?shù)秒的功能，這非一般變頻器所能承擔(dān)，必須使用起重機(jī)專用變頻器。起重機(jī)專用變頻器必須具備以下最基本的功能：電源電壓波動(dòng)可為+10%～-15%，電源三相平衡度小于5%，具有大于150%過(guò)載60s及瞬間過(guò)電流200%的能力，能承受電網(wǎng)小于5%的三相不平衡度要求。

四、變頻器的選擇

在門機(jī)起升機(jī)構(gòu)變頻改造過(guò)程中利用原電動(dòng)機(jī)，將繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)短接，在選取變頻器時(shí)驗(yàn)證其驅(qū)動(dòng)電流是否大于電動(dòng)機(jī)額定電流即可，結(jié)合港口實(shí)際情況，經(jīng)對(duì)變頻器產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格等因素綜合考慮，在我公司16T/28T-33m/20m門機(jī)的改造中，最終確定了YASKAWA（安川）高性能變頻器的驅(qū)動(dòng)方案，以營(yíng)口港改造門機(jī)型號(hào)為16T/28T-33m/20m為例，此門機(jī)最大起重量為28T，起升速度為30m/min，起升電動(dòng)機(jī)功率為160KW，定子電流338 A，根據(jù)變頻器說(shuō)明書，結(jié)合實(shí)際電機(jī)的最大負(fù)荷電流，我們選用日本YASKAWA（安川）CIMA-G74220變頻器，此變頻器保護(hù)功能完善，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，變頻器效率可達(dá)98%以上，功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，頻率控制精度為+0.01Hz，該變頻器標(biāo)稱輸出功率為220KW，額定輸出電流為450A則Icn =450A> Ie =338A，經(jīng)查詢驗(yàn)算通過(guò)。

變頻器應(yīng)用在門機(jī)起升機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)是，起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放或急減速制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，若不采取相應(yīng)的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后，變頻器將過(guò)電壓報(bào)警，解決變頻器過(guò)電壓有兩種方案，一種為加裝制動(dòng)單元檢測(cè)直流母線電壓，由制動(dòng)電阻消耗多余電能降低直流母線電壓，另一種為直流母線回饋電網(wǎng)，降低直流母線電壓。目前第二種方案一次性投資成本太高，后期維護(hù)投入成本較高，所以我們采用第一種方案，來(lái)降低直流母線電壓，我們結(jié)合《安川變頻器手冊(cè)》，推薦單臺(tái)160千瓦電機(jī)，選用YASKAWA（安川）CBDR 4220制動(dòng)單元，匹配制動(dòng)電阻器，將再生制動(dòng)能量迅速釋放，在調(diào)速過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)電壓、溜鉤、零速制動(dòng)這些關(guān)鍵技術(shù)，我們?cè)诟脑煺{(diào)試過(guò)程中通過(guò)修改變頻器參數(shù)都迎刃而解。

五、變頻調(diào)速技術(shù)在門座式起重機(jī)上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：

經(jīng)改造后的門機(jī)，減少了電氣維護(hù)的人力、物力消耗，改造后的門機(jī)5至10年內(nèi)基本上不用投入更換配件，門機(jī)的設(shè)備完好率據(jù)統(tǒng)計(jì)能達(dá)到99.6%，徹底解決了以前故障率高的問(wèn)題，多年來(lái) ，采用變頻調(diào)速的起升電機(jī)幾乎沒有損壞 ，另外門機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)性能非常好 ，采用變頻調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)零速抱閘 ，減少抱閘閉合時(shí)的振動(dòng)及磨損 ，從而使制動(dòng)平穩(wěn) ，大大降低了對(duì)門機(jī)整體金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)沖擊，徹底解決了門機(jī)因制動(dòng)沖擊，使金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開焊、開裂的現(xiàn)象，在制動(dòng)器維護(hù)、保養(yǎng)、檢查方面也大大降低了維護(hù)成本。

六、總結(jié)

近年來(lái)，我們陸續(xù)對(duì)營(yíng)口港20多臺(tái)16T/28T-33m/20m門機(jī)起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了變頻改造，變頻器在營(yíng)口港老舊門座式起重機(jī)上改造應(yīng)用，經(jīng)過(guò)近幾年的作業(yè)實(shí)踐，也進(jìn)一步證明改造費(fèi)用物有所值，大大提高了生產(chǎn)收益率，老舊設(shè)備的連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行記錄也再創(chuàng)新高，通過(guò)設(shè)備改造，提高了營(yíng)口港機(jī)械公司技術(shù)人員的技能，也深刻認(rèn)識(shí)到新技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的重要性，同時(shí)對(duì)港口老舊起重設(shè)備的新技術(shù)改造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《變頻器使用說(shuō)明書》，株式會(huì)社安川電機(jī)，2007年4月.

[2]黃柏辰《電機(jī)與拖動(dòng)》，上?？茖W(xué)普及出版社， 1996年.

（作者單位：營(yíng)口港務(wù)集團(tuán)股份有限公司）