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变频调速在浮吊电气控制系统中的应

1引言

 重钢股份有限公司运输部四码头双十吨浮吊自1992年投入使用，为重钢生产作

了重大贡献，是保证重钢生产得以持续进行的关键设备。但该浮吊原电气控制系统为

继电器--接触器控制系统，采用的是普通绕线型异步电动机转子串电阻调速控制方式，

调速性能差，在起停及调速过程中电气冲击很大，电气元件经常损坏，电机也常被

烧，电工的维护和维修任务很重。同时，由于电气控制系统的缺陷，安全隐患多，机

械磨损相当严重，如果不采用新的调速控制系统，浮吊面临提前报废的危险，将给正

常生产带来不可估量的损失。

 在对浮吊电气控制系统的特点与难点准确把握的前提下，确定把plc与变频调速

控制技术引入浮吊控制系统的技术改造方案，由于浮吊处于江边的囤船上，电气环境

十分恶劣，船体随着江面晃动，湿度大、粉尘多、夏天气温很高、电源质量差等，上

述因素导致很强的电气干扰，采取适当隔离措施以后，新系统终于开始正常工作。

 双十吨浮吊变频调速电气控制系统至今已投入运行1年多时间，统计数据表

明，这是一个非常成功的技改项目，它不但挽救了一个濒临报废的重要生产设备，并

且，在这一年中，浮吊的运输量不断地创造新纪录，直接带来了可观的经济效益。现

将应用中有关问题作简要讨论。

 2浮式起重机全机构控制的最佳调速控制方式

 变频器是输出频率可改变的交流电力拖动控制设备。对交流电动机来说，其转

速接近于由磁场旋转速度决定的同步转速，而同步转速是与电源频率成正比的，所以

改变频率也即改变电动机同步转速来调速。在电源频率、磁场强度和转差率等影响交

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流异步电动机转速的诸因素中，电源频率是关键性的主导因素，改变频率调速方式的

机械特性好，抗扰动能力强，能耗低，调速范围宽。因此，变频调速目前是交流异步

电动机最完美的调速方式。

 异步电动机用变频器调速组成的调速系统，其控制方法可分为2大类：

 （1）是常规控制方式，以输出频率作为主控制量，输出电压作为频率的单值函

数，并适当采取相关的补偿措施。由于缺乏有效控制磁通及力矩的手段，调速精度不

高、力矩响应速度慢、低速力矩衰减明显，动态控制参数差。采取速度闭环措施后，

可以明显提高稳态速度控制精度，但其他各项指标没有显著改进，只适合于调速要求

不高，调速范围较小，不在极低速度下持续工作的场合。

 （2）是先进的控制方式，其基本特点是间接实现对于磁通及力矩的有效控制，

保持磁通基本恒定以克服低速力矩衰减，控制力矩以改善动态调速性能。其中以矢量

控制法和直接转矩控制法为代表，而目前应用最为普遍和成熟的是矢量控制。矢量控

制原理是把异步电动机等效为经过变换的直流电动机模型，通过矢量变换将励磁电流

和力矩电流分解开，分别实现算法控制，再将两种电流计算值进行矢量合成，实行统

一输出，既可控制磁通，又可控制力矩，因而所得的控制效果可与直流电动机调速系

统相媲美。

 异步电动机采用变频调速，可以很好的改善电气传动系统的调速性能及动态品

质，实现有级平滑调速或无级调速，并且机械特性很硬，抗负载扰动能力强。还可以

很好的解决起重设备各运动机构的运行平稳性问题，可任意设定各级速度及速度变化

斜率，容易实现精确对位。利用变频器的低速力矩特性，可以很好地防止低速下的溜

钩问题发生。在行车电机频繁起动及变速的工况下，利用变频器可以很好地节约能

源。通过采用变频器控制，还可以很好地解决继电器接触器控制系统极易发生的主回

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路触点粘连的严重问题，系统的可控制性、安全性及可靠性大幅度提高。

 在重钢双十吨浮吊驱动调速控制系统中，选用的是日本安川公司的616g5系列

起重专用型变频器，这种品牌变频器能很好地适应起重领域对于变频器的要求，其速

度稳定性好、低速力矩特性好、力矩响应快。它有可以由用户自由设定的开环v/f控制

模式、闭环v/f控制模式、开环矢量控制模式及闭环矢量控制模式等共四种调速控制模

式，其中前2种模