一、 前言
　　門式起重機俗稱龍門吊，是現(xiàn)代工業(yè)生產中必不可少的重要機械設備。傳統(tǒng)的門式起重機拖動系統(tǒng)比較常見的是采用繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速，需要定期維護，調速系統(tǒng)故障率較高，極大地影響了起重機械的工作效率，現(xiàn)已不能滿足工業(yè)生產的特殊要求。基于行業(yè)的這種情況，合康變頻專注于電機調速驅動技術，自主研發(fā)的HID620系列起重專用變頻器憑借準確穩(wěn)定的調速控制、低頻高力矩輸出、快速制動等功能，全方位適應起重行業(yè)啟動轉矩高、負載變化頻繁、故障率高的工況特點，為企業(yè)取得了良好的生產效果和經濟效益。
　　二、門式起重機調速的幾種方式
　　根據(jù)電動機轉速的關系式：n=(1-s)60f/p，式中n為電動機轉速，r/min；f為供電電源頻率，Hz；p為磁極對數(shù)；s為轉差率，可得一般三相異步電動機調速方式如下：
　?。?）改變p進行調速，即變極調速。該方法調速范圍小，性能差，無法高速運行，啟動電流大，功率因素低。（2）改變s進行調速，即變轉差率調速。常用的方法是改變定子電壓調速和滑差電磁調速電機調速。該方法轉子損耗較大，效率低。（3）改變f進行調速，即變頻調速。由于沒有改變s，轉子中不產生附加的轉差功率損耗，所以效率高，是一種較為理想的調速方法，但需要較復雜的控制電路組成。
變頻調速技術發(fā)展至今已經克服了以上不足，它具有高性能的調速指標，可以使用結構簡單、工作可靠、維護方便的鼠籠異步電動機，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監(jiān)測功能完善，運行可靠性較傳統(tǒng)的交流調速系統(tǒng)有較大的提高。
　　三、HID620系列起重專用變頻器在門式起重機的應用

圖一：HID620系列起重專用變頻器應用現(xiàn)場近景

　　（一）項目基本介紹
　　項目名稱：湖南中鐵五新重工有限公司45t通用門式起重機
　　項目地點：湖南長沙地鐵2號線
　　門機電氣傳動系統(tǒng)： 
　　A、主起升機構：110KW變頻電機    1臺
　　C、 大車行走機構：11KW變頻電機   4臺
　　C、小車行走機構：3.7KW變頻電機  4臺
　?。ǘ?nbsp;選擇HID620系列起重專用變頻器的必要性
　　湖南中鐵五新重工長沙地鐵2號線45t門式起重機頻繁起、制動、反轉和變速運行，經常過載，機械振動較大，沖擊較強，調速不精準容易導致生產效率低下、機械磨損嚴重等問題，從而引發(fā)安全隱患。因此，選擇一款高性能的變頻調速設備無疑對門式起重機的高質量、高效率的運行起到至關重要的作用。HID620系列起重專用變頻器集高性能開環(huán)/閉環(huán)控制、抱閘時序控制與監(jiān)控、可調轉矩與轉差補償以及負載與速度自動調節(jié)等功能為一體，輕松解決起重機調速過程中遇到的各種問題。
　　（三）變頻器的選型
　　A、變頻器類型的選擇
　　45t門式起重機進行變頻調速常需考慮起重機啟動轉矩大、主鉤上行或下滑時易溜鉤、負載沖擊頻繁等情況。本項目選用的HID620系列起重專用變頻器，采用最新高性能電機控制專用DSP，磁場定向電流閉環(huán)矢量控制，定子電流完全解耦，具有低頻高力矩輸出的特點，高速、準確、平穩(wěn)、持久的完成起重控制任務，同時配合獨特、可靠的抱閘時序控制，可完全避免溜溝的現(xiàn)象。
　　B、變頻器功率的選擇
　　變頻器功率的選擇主要是以電機的額定功率為主要依據(jù)。主起升機構在選擇變頻器功率時還需考慮電網電壓波動以及安全勞動部門對起重機1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素，因此在選擇功率時，我們一般按照電機額定電流1.5倍的方式選擇變頻器功率。大車、小車運行機構屬于大慣量負載，其加減時間一般不超過20 s，變頻器的短時過載能力為150％，不同的加速時間對變頻器容量的計算不同，當加速時間>2 min時，變頻器功率選擇應放大些，以此來選擇大車、小車運行機構電動機的變頻器容量，我們一般按各行走機構電機額定功率總和來選擇相應的變頻功率即可。
　　C、制動單元及電阻的選擇
　　當起升機構向下運行或平移機構急減速時，電動機將處于再生發(fā)電狀態(tài)，對于連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案：1、在中間直流回路設置制動單元加電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉；2、采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網。制動單元加電阻器的處理方式成本較低，維護更方便，能量卻被電阻器消耗。整流回饋裝置成本較高，對電網要求較高，當起重機長時間工作時，具有良好的節(jié)能效果。
　　合康變頻根據(jù)現(xiàn)場實際情況，考慮到本類起重機的總工作時間并不長，能夠方便維護，綜合兩者的性價比后，本項目采用第一種處理方案，具體制動單元及電阻器的選型請參考合康變頻《HIB100制動單元選型說明》。
　　根據(jù)以上變頻器選型原則，45t門式起重機變頻器選型清單如下：

表一：45T門式起重機變頻器選型清單

　　（四）系統(tǒng)原理

 圖二：系統(tǒng)原理圖

　　電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制起升、大車、小車變頻器的運行。起升機構由單臺變頻器控制單臺電機運行，使用SVC（開環(huán)矢量）控制模式，其中抱閘控制由變頻器發(fā)出信號給PLC，PLC接到信號后控制報閘閉合與分斷。大（小車）機構均由單臺變頻器控制多臺電機運行，采用VF控制模式，其報閘控制與起升機構相同。
　　（五）調試過程
　　A、起升機構：
　　將變頻器的速度控制模式設為“無PG矢量控制”，對電機進行參數(shù)自學習后對端子功能進行設置，將變頻器的起停方式設為“先直流制動再起動”，根據(jù)現(xiàn)場情況設置報閘控制組參數(shù)，使抱閘開啟和閉合控制時序滿足現(xiàn)場工況要求，通過抱閘實時狀態(tài)反饋和起動預轉矩補償，確?？刂频陌踩院涂煽啃浴?br />　　B、行走機構：
　　由于大小車機構均為“一拖多”的模式，所以速度控制模式需設為“V/F控制”，電機參數(shù)均采用變頻器默認參數(shù)即可，設置對應的端子控制功能，起停方式設為“直接起動”，報閘參數(shù)組可使用默認參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場情況適當降低報閘控制延時時間，保證行走機構的響應速度。
表二：HID620起重專用變頻器主要參數(shù)表
 
　　四、45t門式起重機應用HID620變頻調速后的效果
　　A、 起重機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準確，減少了負載波動，安全性大幅提高。
　　B、 完善的保護功能，保證電機安全運行，極大降低故障率，減少了設備維護費用。
　　C、 準確的抱閘開啟和閉合控制時序，安全可靠，性能穩(wěn)定，避免了溜鉤現(xiàn)象。
　　D、 系統(tǒng)運行的開關器件實現(xiàn)了無觸點化，電磁制動器在低速時動作，其閘皮的磨損很小，延長了設備使用壽命。
　　E、 PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議，實現(xiàn)變頻與變頻或變頻與PLC之間的通訊連接，減少控制布線，降低故障率，提高設備使用效率。
　　F、 由于電動機啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，降低了對電網的沖擊，抑制諧波電流，可實現(xiàn)10%左右的節(jié)能效果。

　　五、總結
　　從HID620起重專用變頻器在湖南中鐵五新重工45T通用門式起重機上的實際應用來看，該變頻器能調速平穩(wěn)、，控制精確，有效保證了起重機安全、穩(wěn)定地運行，系統(tǒng)生產效率得到了極大提高，同時方便操作，易于維護，為客戶節(jié)約了運行成本，提高了工作效率，值得廣泛推廣和使用。