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前言

    橋式起重機在冶金企業及其它行業有著廣泛的應用，其作用主要用來實現物體的升降和轉運，橋式起重機工作環境惡劣,工作任務重。它能否正常工作直接影響到生產效率提高和工作任務的完成,甚至關系到人身、設備的安全。經過幾十年的發展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設計、制造工藝、設備使用維修、管理方面，不斷積累經驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術進步。但在實際使用中，結構開裂仍時有發生。究其原因是頻繁的超負荷作業及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞。因此，除了機械上改進設計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。

    傳統的起重機驅動方案一般采用：(1)直接起動電動機；(2)改變電動機極對數調速；(3)轉子串電阻調速；(4)渦流制動器調速；(5)可控硅串級調速；(6)直流調速。前四種方案均屬有級調速，調速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調速;起動電流大，對電網沖擊大；常在額定速度下進行機械制動，對起重機的機構沖擊大，制動閘瓦磨損嚴重；功率因數低，在空載或輕載時低于0.2-0.4，即使滿載也低于0.75，線路損耗大。目前串級調速產品的控制技術仍停留在模擬階段，尚未實現控制系統具有很好的調速性能和起制動性能，很好的保護功能及系統監控功能，所以有時采用直流電動機，而直流電動機制造工藝復雜，使用維護要求高，故障率高。

    本文所研究的橋式起重機是電動雙梁橋式起重機，該起重機由起重小車、橋架金屬結構、橋架運行機構以及電氣控制設備等四個部分組成。機構主要指主起升機構、副起升機構、小車運行機構、大車運行機構。應現場工作人員的要求，為照顧操作習慣，起重機的轉速控制仍采用原來的主令控制器和凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉速。電機加減速的時間可以通過變頻器的設定來進行改變。在電氣控制系統中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機機為低壓供電系統，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內，安全保護裝置裝在在適當的位置上。

1、變頻調速的基本原理

    圖1恒壓頻比控制特性

2、變頻器的控制電路構成

    包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分。控制電路的優劣決定了變頻器性能的優劣。控制電路的主要作用是完成對逆變器開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。

    隨著電力半導體器件和微型計算機控制技術的迅速發展，促進了電力變頻技術新的突破性發展，70年代后期發展起來的脈寬調制(PulseWidthModulation,PWM)技術成了現在最常用的變頻器功率開關器件的控制策略。SPWM(SinusoidalPWM)則是較為常用的技術。其通常是采用調制的方法，即把正弦波作為調制信號，把接受調制的信號作為載被，通過對載波的調制即可得到SAM波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關系，且左右對稱，當它與正弦波調制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調制波的頻率fr,之比即fc/fr=Nc稱為載波比。用生成的SPWM波控制逆變器開關器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率f1改變fr,便可改變f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現輸出電壓幅值的改變

3、變頻調速矢量控制

    矢量控制的基本思想是:將異步電動機的物理模型等效變換成類似直流電動機的模型，再仿照直流電動機去控制它，等效的原則是在不同坐標中產生的磁動勢相同。

    由電動機原理可知，異步電動機三相定子繞組電流在空間產生一個角速度為ω1的旋轉磁場。若有兩個互相垂直的M繞組和T繞組與旋轉磁場同步旋轉，繞組中分別通以直流電流iM和iT，產生的磁動勢可以與三相合成磁動勢等效且炳個磁動勢有相同的幅值、轉速和方向。又令M繞組的軸線與三相合成旋轉磁場方向平行，則iM相當于電動機的勵磁電流分量iT，相當于電動機的轉矩電流分量，調節iM的大小可以在磁場一定時改變轉矩。由這樣繞組組成的電動機其控制原理與直流電動機控制原理相同。

    在實際的等效變換中，先將異步電動機在三相靜止坐標系下的定子電流iA、iB、ic通過三相/兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標系下的交流電流iα、iβ再通過磁場定向的旋轉變換，等效為同步旋轉坐標系下的直流電流iM、iT。等效的電動機繞組模型如圖2所示。

4、變頻器的選用

    本系統選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。

    起升機構平均起動轉距一般來說可為額定力矩值的1.3-1.6倍。考慮到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，其最大轉距必須有1.8-2倍的負載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(Yz型電機)或同時提高變頻器和電機容量(Y型電機)來獲得200%力矩值。此時變頻器容量為

    表1各機構的變頻器參數

5、結論

    根據要求，此系統要能達到現場的運行狀況、運行數據都可以在司機控制室掌握，用戶在控制室可以通過人機界面來設置變頻器的運行頻率、啟動和停止電機，并且變頻器的故障信息可以在人機界面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實現起重機電機的調速運行，結合PLC的強大功能、可靠性以及基于組態軟件所開發出來的良好人機界面和通信能力，實現在司機控制室對電機的遠程控制運行參數調節。