英威腾CHV起重机专用变频器 门座式起重机 电气制动

摘要：本文分析了门座式起重机的运行特点，详细阐述了英威腾CHV190起重机专用变频器用于门座式起重机调速时的电动机、变频器及其制动方式的选型原则和变频器周边设备的容量计算方法，最后介绍了CHV190变频器在门座式起重机中的应用案例。

关键词：英威腾CHV190起重机专用变频器门座式起重机电气制动Abstract: This paper analyses the operation characteristic of portal jib crane,and discuss selecting principle and calculation formulas of motor and capacity which frequency inverter and it’s brake type and accessory of the AC variable frequency and speed regulation applied to portal jib crane , finally introduce case whichCHV190 inverter applied in portal jib crane。

Keyword: INVT CHV190 special crane inverter Portal jib crane Electric brake1 前言随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，常用传统的起重机调速方法如：绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能满足工业生产的特殊要求。

交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。

它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。

所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。

交流变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著效益。

（1）采用交流变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有精确定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以提高装卸作业的生产率。

（2）变频起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命。

--（3）机械制动器在电动机低速时动作，主钩以及大、小车的制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。

（4）采用结构简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。

（5）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。

（6）交流变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。

（7）交流变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，因此比老式调速系统大量节电。

（8）变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性。

2 门座式起重机的特点门座式起重机是一种用来起吊、放下和搬运重物，并使重物在一定范围内移动的起重、搬运设备，在生产过程中起着重要作用。

门座式起重机系统分为起升（抓斗门机由支持、闭合机构组成）、变幅、旋转、行走四部分。

门座式起重机是随着港口事业的发展而发展起来的，在发展过程中，门座式起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。

按用途可分为3类：①装卸用门座起重机:主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或吊钩装卸。

起重量一般不超过25吨，不随幅度变化。

工作速度较高，故生产率常是重要指标。

②造船用门座起重机：主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进行船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。

最大起重量达300吨,幅度大时起重量相应减小。

有多档起升速度，吊重轻时可提高起升速度。

有些工作机构还备有微动装置，以满足安装要求。

门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业生产率不高。

③建筑安装用门座起重机：主要用在水电站进行大坝浇注、设备和预制件吊装等，一般用吊钩。

起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。

它具有整机装拆运输性好、吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。

2.1 使用环境门座式起重机大多用于港口码头、货场、重工企业等的露天环境，室外温度变化剧烈，有些场所存在多粉尘、有腐蚀气体等，使用环境恶劣。

门座式起重机运行中振动、冲击较大，供电电源方面普遍存在变压器容量小，供电电缆截面小、线路长;在大型设备启动时，常造成瞬时欠电压。

2.2 机构组成及运行特征--门座式起重机有起升、回转、变幅和运行机构，前3种机构装在转动部分上,每一周期内都参加作业。

转动部分上还装有可俯仰的倾斜单臂架或组合臂架及司机室。

运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置;带斗门座起重机还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，以提高门座起重机用抓斗装卸散状物料时的生产率。

除电气保护装置外，还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全装置。

门座式起重机的各类机构都属于恒转矩负载;此外，不同的机构还具有各自的特点。

（1）起升机构由于重物在空间具有位能，是位能性负载。

其特点是：重物上升时，电动机克服各种阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而作功，属于阻力负载;重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力（位能）是下降的动力，电动机成了能量的接受者，属于动力负载;但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍需由电动机拖动下降，属于阻力负载。

（2）变幅、旋转、行走机构都是阻力负载。

但室外起重机的这些机构有时在较大风力情况下成为动力负载。

（3）起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩。

（4）由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序。

（5）当起升机构向下运行或行走机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量。

（6）起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

3 电动机的选用笼型异步电动机由变频器供电时，因为市场上出售的变频器大多采用PWM调制方式，会由于高次谐波的影响和电机运行速度范围的扩大，出现一些工频电源供电时没有的新问题。

（1）谐波的影响采用PWM调制方式的通用变频器给笼型异步电动机供电时，电动机定子电流中含有丰富的高次谐波，高次谐波造成电动机的铁损和铜损增加，致使电动机的温度上升。

统计资料表明，电动机在额定状态下，变频器供电的电动机比工频供电时，电流增加10%，而温升增加20%左右。

选择电动机容量时，应留有裕量，防止电动机温升过高，影响其寿命。

--另外，当电动机的尺寸大于280时，为了避免出现因高次谐波引起的轴电流，应在电动机的非传动端安装绝缘轴承，为进一步减小轴承电流，应使用屏蔽电机电缆，并且电动机外壳应很好接地。

（2）散热能力的影响标准笼型电动机的散热能力，是按额定转速下安装在电动机轴上的冷却风扇的冷却风量考核的。

当电动机调速运行时，额定转速以下会随着转速的降低其散热能力变差。

门座式起重机的起升、行走机构均为恒转矩负载，为了保证低速运行时电动机温升在容许值内，须采用变频专用电动机。

现在国内推出的变频专用电动机由普通笼型异步电动机加装独立风扇组成，并且提高了电机绕组的绝缘能力，扩大了电动机的调速范围，可在3—100Hz范围内连续运行。

3—50Hz范围内为恒转矩运行，50—100Hz范围内为恒功率运行。

（3）电动机绝缘的影响现在市场上出售的通用变频器大多采用PWM调制方式的IGBT逆变器技术，其输出电压由高压脉冲组成，峰值约为电网电压的1.35倍。

根据电机电缆特性及供电距离的不同，脉冲电压的峰值在电动机接线端子处可能加倍，这就对电动机的绝缘提出了更高的要求，详细情况应参阅变频器生产厂家提供的使用手册或向电动机生产厂商咨询。

4 变频器的选用4.1 英威腾CHV190起重机专用变频器简介4.1.1 主要功能简介CHV190起重机专用变频器是英威腾针对起重行业专业应用设计的一款高性能矢量变频器，用于各类起重机的起升、俯仰、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。

主要的功能及特点如下：（1）抱闸逻辑控制与监控、预励磁及起动预转矩补偿准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。

预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。

--（2）轻负载升速（电子副钩）和松绳检测起重机空钩或轻载时实现2倍速运行，提高装卸效率。

轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来提高装卸效率;重载时自动降低速度以确保设备和人身的安全。

变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判断负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率;当负载轻时，变频器自动提高输出频率。

松绳检测功能防止在起重机绳索松弛的情况下，轻负载升速功能误动作引发的不安全运行。

（3）控制回路电源和主回路电源可以分别控制,提高了用户调试时的安全性，便于故障诊断与维护。

（4）主从控制功率平衡与速度同步技术在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀;在双起升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保安全。

（5）第二电机控制及切换功能一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制;便于电气传动系统的控制，降低用户成本。