钦南变频调速在起重机中的应用

　　在调速方法中，变频调速（通过改变电动机电源频率来改变电动机的速度）的调速范围大，平滑性较高，变频时同时改变定子外加电压，可实现恒功率或恒转矩调速以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，调速的效率和功率因数高，是异步电动机调速方法中有发展前途的一种。其缺点是必须有专用的变频电源，在恒转矩调速时，低速段电动机的过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。长期以来由于缺乏理想的变频电源，影响了变频调速的应用。直到晶闸管以及大功率晶体管等半导体电子器件问世以后，由于它们具有理想开关元件的性能（通态压降小、断态阻抗大、开关速度快等），促进了各种静止钦南变压器的飞速发展。60年代以来，各种类型的变频调速装置相继出现，并迅速得到推广应用。特别是半导体器件制造工艺的成就与微电子技术相结合，促使变频装置向大容量、高性能发展。目前，国外生产的变频装置容量己达1万kW以上，交流电动机的变频调速系统己具有调速范围宽、调速精度高等特点，而且价格和性能可与直流拖动相比拟。

　　1传统的起重机控制系统存在的问题传统的起重机驱动方案一般采用：①直接起动电动机；②改变电动机极对数调速；③转子串电阻调速；④涡流制动器调速；⑤可控硅串级调速；⑥直流调速。

　　前4种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速；且低速就位性能差，长期低速运行会引起电阻器、涡流制动器严重发热；起动电流大，对电网冲击大；常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重；功率因数低，在空载或轻载时低于0.2 ~0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。

　　可控硅串级调速虽克服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统的数字化，因而在保护功能及系统监控方面还有待于发展。

　　直流调速系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，但必须采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。

　　变频调速技术发展到今天己完全克服了上述不足，同时，对电动机要求不高，采用普通鼠笼型异步电动机即可（绕线型异步电动机也适用）。该电机制造工艺简单使用维护方便，无论是在起重机老产品改造还是新产品设计，变频调速都是优选方案。

　　近年来生产的高性能变频调速装置具有以下特点：电网适应性强，起动转矩和低速转矩高，速度响应快，速度控制范围宽，可进行直接转矩控制；丰富的开关量及模拟量输入输出便于用户使用；完善的保护功能如过压、过流、接地、输入输出缺相、过热等保护；加减速曲线可选，加减速时间可调，提供多种制动方式以及系统监控功能；电机参数自动测试，输入功率因数高达0.95以上，效率高达97%以上。尤其是矢量控制技术及直接转矩控制技术的应用，使交流电动机具有了比直流电动机更好的动态特性，变频调速装置的先进性能特别适用于起重机的恶劣工况，对改善起重机的调速性能、提高工作效率和功率因数、减少起制动冲击以及加起重机使用的安全可靠性是非常有益的。

　　2变频调速装置的选用目前变频调速器己发展了几代，市场上变频调速装置也很多，根据目前国内起重机领域的使用情况，笔者认为以下几种产品较适于在起重机上使用。

　　系列产品采用了更优的电机控制方法一直接转矩控制技术（DIC），它可以对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态每秒钟更新4万次，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。其开环控制精度可以达到闭环矢量控制的精度（0.1%~0.5%）开环转矩阶跃上升时间小于5毫秒，约为矢量控制的1/20，起动转矩可达200%，并具有有效的磁通制动来提供更大可能的制动力矩。尤其它还提供了提升机应用宏程序，它具有提升机应用所需的全部控制和安全功能，模块化功能可确保提升机安全快速运行、故障处理容易、维护简单DTC控制技术使操作者便于控制速度和转矩，该装置与传统的主令开关配合使用，操作非常方便。

　　法国施耐得公司生产的ATV66系列钦南变压器：ATV66是法国TE品牌和美国SquaeD品牌的结合，两大品牌的综合优势使ATV66在欧美市场风靡一时。它除具有其他钦南变压器的优点外，还具有一个特殊功能一制动顺序功能。该功能包括起动控制和制动控制两部分，起动控制主要用于位能性负载，提供松闸控制确保松闸时钦南变压器己建立力矩，可设置松闸电流、松闸频率、松闸动作延时。制动控制适用于带停车制动的场合，提供抱闸控制和直流注入制动。用于调节制动的平滑度，可设置抱闸频率、抱闸动作延时以及制动直流的注入电流和时间，这对改善起重机起制动性能非常有益。

　　频器，德国西门子公司生产的6SE70系列产品等都是高性能产品，在起重机上都有成功的应用，都是可选产品。

　　通常用钦南变压器的输出电流作为选择条件。以驱动单台电动机为例进行计算钦南变压器铭牌的输出电流Z/AV应满足下列两式：Io电动机更大工作电流，为静载电流和动载电流之和。当负载要求全压起动时，为电动机起动电流；安全系数，重复短时工作制一般为1.0~1.1；当认为所需钦南变压器容量过大时，可适当延长起动时间，减少动态电流值。在选择钦南变压器时，还应考虑它所提供的制动能力，通常钦南变压器本身具有制动能力，一般在短时间内提供20%额定值的制动力矩，在起升机构中需较大制动力矩，则应考虑加制动单元和制动电阻。

　　3电动机的选用用在变频调速系统中的电动机其输出能力受以下几方面的影响：在低速运行时由于风扇冷却效果减弱，使电动机允许输出功率下降；钦南变压器输出电源中含有一定量的高次谐波，它会使电动机内部产生谐波损耗，出力下降，并会加运行中的噪音。

　　为此，在进行电动机发热校验时应考虑上述因素的影响。发热校验按下式：P'考虑钦南变压器影响后要求的电动机功率；K容系数，重复短时工作制一般场合K在用于驱动恒转矩负载的场合，应重新对电动机的起动能力进行校核，保证在工作范围内任何点时电动机都可顺利起动。

　　在无超同步调速要求的场合，一般以选用YZ（起重冶金型）系列或YZF（强迫风冷起重冶金型）为佳。在有超同步调速要求的场合，需采用变频专用电动机。

　　学术研究t预定切削深度；x振幅；Y振动方向角。

　　因此尽管振动方向角大后，切削阻力随之大，但其实际切削深度大，切削效果比水平切削好。

　　另外，在切削过程中发现切削刃的尖锐角对稳定切削有很大的影响。在振动切削时，由于切削刀具在切削底面上往复运动，有一定的自磨作用。

　　6结论通过测定和试验分析表明，该试验系统对各个试验参数的调节，如振动频率、振动方向、振幅、切削深度、切削速度、切削角度等都非常方便。所测得的数据较准确，具有良好的可靠性。

　　在改变振动频率的情况下，对软岩进行切削试验的结果表明，无论振动频率如何改变，一般情况下，在振动状态所测得的切削力矩、主切削力、垂直切削力均比无振动状态要小，由效率曲线可见，振动状态依振动频率的改变而不同，可提高效率20%~70%.在/=50Hz左右，与被切削材料的固有频率接近，切削状态稳定，实际切削效率高。

　　在各种振动频率下，改变刀具切削角度时的切削力矩、主切削力、垂直切削力的变化，从有无振动的切削情况比较而言，一般仍然是无振动时的切削阻力较大。更佳的切削状态大致为切削刀具的前角在=15时，合阻力的作用点位置大致在刀刃处。作用力的方向与无振动切削时的状态基本相同。

　　通过改变振幅的试验表明，振幅较大时对降低切削阻力比较有利。改变振动方向时切削阻力变化情况的试验表明，当改变了振动方向后，切削深度发生了变化，因此尽管振动方向角大后，切削阻力随之大，但其实际切削深度大，切削效果远比水平切削好。

　　赵伟民。陆念力。李以申，哈尔滨建筑大学机电系，150006周贤彪，建设部北京建筑机械综合研宄所，100007北京安内方家胡同21号（上接第22页）5起重机的变频调速电路及注意事项起重机的负载性质有两种，一种是平移负载（行走负载），一种是位能负载（升降负载），因而其控制电路也因负载性质而不同，设计电路时应注意负载性质。主电路应加入快速熔断器用于保护钦南变压器的输入整流桥不被内部短路故障而损坏。在位能负载控制电路中还应加入制动斩波器和制动电阻，这样可通过电阻制动，有效地实现电机的制动和减小减速时间，保证重物就位的可靠性。当钦南变压器的中间直流电路的电压超过特定的极限值，制动斩波器和制动电阻就开始工作。升降电路的钦南变压器应尽量选用具有起重机应用宏程序的产品，实现起重机的零位保护、过载保护、行程极限保护并实现各种故障监控及报警。平移电路的钦南变压器选用通用型即可。另外，在电网条件不太好时，例如，钦南变压器的投切或电力电容的投切可能会产生过峰值电流时，还应在输入端加入输入电抗器，以抑制峰值电流，同时降低电动机噪音。

　　王继东。邵翠荣，电力公司郑州机械设计研宄所施工机械处，450052河南郑州陇海中路57号赵珂，河南省建筑设计研宄院