门座起重机回转机构电控改造

门座起重机回转机构电控改造
易川;龙华荣
【摘要】港口机械大型化是一种发展趋势,传统的门座起重机回转机构切电阻调速方式已不能满足码头生产需求.通过对门座起重机回转机构调速方式进行变频调速改造,使设备安全性和利用率最大化,提高劳动生产率及自动化程度,节约能源,降低生产成本.
【期刊名称】《港口装卸》
【年(卷),期】2018(000)005
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】门座起重机;回转机构;变频;切电阻
【作者】易川;龙华荣
【作者单位】上海振华重工(集团)股份有限公司;上海振华重工(集团)股份有限公司【正文语种】中文
1 引言
20世纪90年代，变频调速技术不成熟，门座起重机(以下简称门机)回转机构调速方式均为切电阻的方式，并利用转子中串联电阻进行调速，通过切电阻来控制电机速度，同时用来制动。

随着港口机械的大型化发展，传统的门机切电阻方式已经不能满足码头高效、安全、节能的生产需求，尤其是现代码头门机的主流吨位都在40 t以上，如果仍使用切电阻方式控制，不仅将导致门机启动停止时转动惯量过
大，而且易造成撞船伤人的安全事故。

为此，有必要对门机回转机构调速方式进行改造，使设备安全性和利用率最大化。

2 传统的门机切电阻回转机构
切电阻调速就是绕线式电动机转子串电阻调速，通过改变转子回路的电阻，从而改变交流电动机的运行曲线，进而达到调速的目的，属于改变转差率调速的一种方式。

三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)，改变供电频率f、电动机的极对数p 及转差率s均可达到改变转速的目的。

从调速的本质来看，调速方式分为改变交流电动机的同步转速和不改变同步转速2种。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。

串入的电阻越大，电动机的转速越低。

此方法控制方便、成本可控，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。

这种调速方式属有级调速，机械特性较软，导致回转机构启动时冲击力很大，调速范围很小[1]。

操作回转机构时，接触器频繁启动，受力不均很容易过流，如果在
高速运转的过程中突然过流，回转机构报故障后造成急停，而此时司机室操作手柄的信号是无效的，没法控制回转机构，只能急踩刹车，很容易造成安全事故。

3 改造后的门机变频调速回转机构
以宁波镇海码头1台40 t装卸式门机为例，从设计、安装、调试、性能等方面来
分析传统门机回转机构切电阻改造成变频控制的过程。

3.1 设计原则
根据经验，改造增加的变频器等元器件对整机的功率改变很小，相对整机的装机容量来说可以忽略不记。

首先，需要更换2台电机。

改造前采用绕线式异步电机转子串入附加电阻，改造
后选用三相异步变频电机。

一般40 t门机常规选用的变频电机功率为55 kW,能保证回转机构的工作转速在0.8～1.2 r/min范围内。

其次,增加2个变频器。

通过查看A1000高性能矢量控制技术手册，考虑回转机构
的工作的恶劣性，选型时变频器的重载功率比电机的额定功率大2档，选配的变
频器容量为超重载90 kW，额定输出电流180 A。

之前的门机切电阻的电控柜中用于切换回转工作档位的AC-3型号的接触器全部取消，节省柜内空间，方便故障排查。

同时，增加2个大的AC-1型号的接触器，用来控制2个变频器。

接触器选型一般以电机的额定电流大小为准，参考对应厂商
的电机型号表，主接触器选用型号为施耐德LC1-D115M7C ，能满足实际应用需求。

更换之前的电阻箱。

之前的电阻箱串入电机转子部分，而新的电阻箱接在制动单元上，回转机构在减速过程中变频器多余的能量通过制动单元的通断，切换到制动电阻箱上以热量的方式释放。

可以参考A1000高性能矢量控制技术手册，确定制动单元的功率，选出变频器对应的型号的电阻。

增加空气开关、接触器、端子及辅助电气元件，并接线编程调试。

由于增加了2
台回转变频器，也增加了通讯回路，每台变频器上都须增加对应的通讯卡及PG卡，安川变频器一般选择DP通讯。

然后，让回转变频机构与整机通讯，在PLC程序
硬件配置里添加硬件型号及地址，在回转变频器里设置参数对应的通讯地址(F6-
30=DP通讯地址，F6-32=1,此参数为设置通讯方式有效)，就可以正常通讯了。

3.2 控制原理
改造后回转机构2套电机采用2台变频器主从控制，具体原理为：
2台变频器均采用闭环矢量控制，A台做速度控制(主)，B台做转矩控制(从)。

从A 台的2个模拟量FM、AM端子分别输出频率指令和转矩指令，频率指令(FM)用0～10 V的信号，转矩指令(AM)用-10～10 V的信号。

B台的A1(频率指令)接受
A台的FM输出信号作为速度限制，A3(转矩指令)接受A台的AM输出信号作为
转矩指令。

当开始工作的时候，A驱动负载时会产生一个实际的内部转矩指令，将此转矩指令输入给做转矩控制的B台，B台也会输出一个同样大小的转矩。

这样，
2台变频器输出的转矩一样，就不会存在负载分配不均匀的现象。

另外，A台的频率指令输入给B台作为速度限制，如此B台的速度被限制在和A台当前相同的运行速度[2]。

先对回转机构新增的电机分别进行自学习，然后用1根通讯电缆(型号为
RVVP2×2×1)连接主从变频器(注意需带屏蔽，以防模拟量信号干扰，确保接线的正确性)。

回转主从控制参数设定见表1。

表1 回转主从控制参数设定表代码参数名称设定值备注旋转主从H-参数MASTER 变频器H4-04端子AM 监视选择109力矩反馈值H4-05端子AM 监视增益50%H4-08端子AM 信号电平选择1-10 ～ 10 VH-参数SLAVE变频器H3-05端子A3信号电平选择1-10 ～ 10 VH3-06端子A3功能选择13转矩指令/速度限制限H3-07端子A3输入增益200%接线主变频器AM-------从变频器A3主变频器AC-------从变频器ACD5-01转矩控制选择1转矩控制 D5-03速度极限选择2通过D5-04设定值D5-04速度极限105%D5-03=2时有效
改造后的门机，回转机构启动时速度平滑,启动时电流冲击很小,机构运行平稳；司机在实际操作时更加得心应手，减少了驾驶疲劳，提高了生产效率，安全性得到了很大的保证。

改造完成后回转机构的运行状态见图1。

图1 改造完成后旋转机构的运行状态
此次改造完成了门机的回转机构控制方式由切电阻模式向变频器主从控制的转变，可以实现负载均匀地分配在2台电机之间。

通过变频器操作面板可实时监控回转机构的各种状态，例如速度电流电压力矩等，减少了门机设备因为不同步而导致门机回转运行时受力不均、剧烈抖动、过电流造成的各种安全隐患，为港口电气设备的智能化生产打下良好的基础。

4 结语
随着我国经济和社会的快速发展，对起重机的安全性能要求越来越高，传统的门机
回转机构切电阻调速方式已经不能满足码头高效、安全、节能的生产需求。

通过对港口机械中常用到的切电阻工况进行升级改造，可提高劳动生产率及自动化程度，节约能源，降低生产成本。

参考文献
【相关文献】
[1] 王喜艳. 三相异步电动机几种调速方式[J].丹东海工，2011(1)：19-21.
[2] 梁莉,邓保峰. 基于DTC技术的ACS800在装钢机控制上的应用[J].中国高新技术企业,
2013(17):36-37.。