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[摘 要]近些年来，随着工业自动化的不断发展，变频调速作为一种性能优异的交流调速方式，在各种起重机上已经得到广泛的应用。变频调速具有较完美的机械特性，其良好的起、制动性能实现了起重机吊钩的快速、准确定位，从而大大提高了作业效率。
[关键词]变频调速 变频器 起重机 吊钩
中图分类号：TM82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0033-01
前言
起重机俗称双梁行车，是工况企业中应用的十分广泛的一种机械设备。其分为大车、小车和升降机构，我国很多桥式起重机采用绕线转子异步电动机，通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻由接触器和时间继电器控制接入电阻的多少来控制电动机的转速。这种控制方式从原理上讲不具备调速功能，而是只具有起动性能。因为这种控制方式的速度是随着负载的变化而变化的，具有明显的缺陷，这种控制方式运行冲击大，低速性能差，电阻发热大，故障率高。而采用变频调速可以很好的解决起制动不稳定等问题。
一、工作状态分析
一般三相异步电动机调速方法有[1]：
（1）改变磁极对数P来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、1000，为有级调速；
（2）改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大效率低；
（3）改变定子电源频率f，其调速属于改变同步转速n调速，由于没有人为的改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高，是一种较为理想的调速方法，但改变定子电源频率f调速即变频调速需要较复杂的控制电路组成。
采用变频调速一方面可以实现节能，另一方面可以较好的保持机械特性负载能力。
起重机各部分的拖动系统都需要调速，电动机变频调速的机械特性是：
（一）重物起吊上升时，其旋转方向与电枢电流产生的转矩方向相同，即电动机受正向转矩作用其机械特性在第一象限，如图1-1中之曲线①所示，工作点为A，转速为n1。
当通过降低频率而减速时。在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换到曲线②了，工作点由A跳变至A’，进入第二象限，其转矩变为反向的制动转矩，使转速短时下降，并重新进入第一象限，至B点时，又处于稳定运行状态，B点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速已降为n2。
（二）空钩（包括轻载）下降时，吊钩自身是不能下降的，必须由电动机反向运行来实现。此时电动机的转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第三象限，如图1-2中之曲线③，工作点为C点，转速为n3。
当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线④、工作点由C点跳变至C’点，进入第四象限，其转矩变为正方向，以阻止吊钩下降，所以也是制动转矩，使下降的速度减慢，并重新进入第三象限，至D点时，又处于稳定运行状态，D点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速为n4。
（三）重载下降时，重物将因自身的重力而下降，电动机的旋转方向是反转（下降）的，但其转矩的方向却与旋转方向相反是正方向的，其机械特性如图1-3的曲线⑤所示，工作点为E点，转速为n5。这时电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。
二、变频器的选型原则及注意事项
在变频器类型的选择方面，要对使用机械的生产类型、调速范围以及各项参数要求等进行确定，然后再根据这些要求来确定变频器的类型，这样才能保证选择的变频器符合生产需要，而且发挥其最大的经济性和效益性。
在进行变频器的选型时，需要注意以下问题[2]：
1、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。
2、对于一些特殊的应用场合，如高温环境温度、高开关频率、高海拔等，这些会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。
3、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
三、采用变频调速需要注意的问题
（一）因重物起吊时起动转矩较大，通常在额定转矩下的150%以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，应按照额定转矩的150%-180%来进行选择
（二）起重机工作过程中，在重物刚离开原位上升的瞬间以及在重物刚到达新位下降的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。
（三）在调整起重机装置的钢丝绳松弛度时以及在进行定位控制时都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。
（四）在重物开始升降或停止时要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的動作过程需要一定的时间（约6s）而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧则重物必将下滑即出现溜钩现象。
四、结束语
变频调速彻底避免了绕线式异步电动机起制动速度无法准确控制的缺点，可靠性大为提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术必将更广泛应用于起重机械上，同时变频调速也必将获得更大的发展。
[关键词]变频调速 变频器 起重机 吊钩
中图分类号：TM82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0033-01
前言
起重机俗称双梁行车，是工况企业中应用的十分广泛的一种机械设备。其分为大车、小车和升降机构，我国很多桥式起重机采用绕线转子异步电动机，通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻由接触器和时间继电器控制接入电阻的多少来控制电动机的转速。这种控制方式从原理上讲不具备调速功能，而是只具有起动性能。因为这种控制方式的速度是随着负载的变化而变化的，具有明显的缺陷，这种控制方式运行冲击大，低速性能差，电阻发热大，故障率高。而采用变频调速可以很好的解决起制动不稳定等问题。
一、工作状态分析
一般三相异步电动机调速方法有[1]：
（1）改变磁极对数P来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、1000，为有级调速；
（2）改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大效率低；
（3）改变定子电源频率f，其调速属于改变同步转速n调速，由于没有人为的改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高，是一种较为理想的调速方法，但改变定子电源频率f调速即变频调速需要较复杂的控制电路组成。
采用变频调速一方面可以实现节能，另一方面可以较好的保持机械特性负载能力。
起重机各部分的拖动系统都需要调速，电动机变频调速的机械特性是：
（一）重物起吊上升时，其旋转方向与电枢电流产生的转矩方向相同，即电动机受正向转矩作用其机械特性在第一象限，如图1-1中之曲线①所示，工作点为A，转速为n1。
当通过降低频率而减速时。在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换到曲线②了，工作点由A跳变至A’，进入第二象限，其转矩变为反向的制动转矩，使转速短时下降，并重新进入第一象限，至B点时，又处于稳定运行状态，B点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速已降为n2。
（二）空钩（包括轻载）下降时，吊钩自身是不能下降的，必须由电动机反向运行来实现。此时电动机的转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第三象限，如图1-2中之曲线③，工作点为C点，转速为n3。
当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线④、工作点由C点跳变至C’点，进入第四象限，其转矩变为正方向，以阻止吊钩下降，所以也是制动转矩，使下降的速度减慢，并重新进入第三象限，至D点时，又处于稳定运行状态，D点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速为n4。
（三）重载下降时，重物将因自身的重力而下降，电动机的旋转方向是反转（下降）的，但其转矩的方向却与旋转方向相反是正方向的，其机械特性如图1-3的曲线⑤所示，工作点为E点，转速为n5。这时电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。
二、变频器的选型原则及注意事项
在变频器类型的选择方面，要对使用机械的生产类型、调速范围以及各项参数要求等进行确定，然后再根据这些要求来确定变频器的类型，这样才能保证选择的变频器符合生产需要，而且发挥其最大的经济性和效益性。
在进行变频器的选型时，需要注意以下问题[2]：
1、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。
2、对于一些特殊的应用场合，如高温环境温度、高开关频率、高海拔等，这些会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。
3、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
三、采用变频调速需要注意的问题
（一）因重物起吊时起动转矩较大，通常在额定转矩下的150%以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，应按照额定转矩的150%-180%来进行选择
（二）起重机工作过程中，在重物刚离开原位上升的瞬间以及在重物刚到达新位下降的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。
（三）在调整起重机装置的钢丝绳松弛度时以及在进行定位控制时都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。
（四）在重物开始升降或停止时要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的動作过程需要一定的时间（约6s）而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧则重物必将下滑即出现溜钩现象。
四、结束语
变频调速彻底避免了绕线式异步电动机起制动速度无法准确控制的缺点，可靠性大为提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术必将更广泛应用于起重机械上，同时变频调速也必将获得更大的发展。