淺析港口機(jī)械中變頻器的應(yīng)用

李立鮑

摘 要：近年來，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了許多的應(yīng)用，特別是在港口機(jī)械中的應(yīng)用，有效地提高了設(shè)備的運(yùn)行效率及安全性。文章首先分析了變頻器的常見故障，進(jìn)而對(duì)其在港口機(jī)械中的應(yīng)用做了重點(diǎn)研究。

關(guān)鍵詞：變頻器；港口機(jī)械；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0141-02

變頻器在港口機(jī)械中的應(yīng)用有效提升了設(shè)備的工作效率，但伴生而來的是不斷改變的交變頻率會(huì)形成電磁擾動(dòng)，這會(huì)對(duì)港口通訊造成一定的電磁干擾，因此在使用變頻調(diào)速來改進(jìn)港口機(jī)械的工作效能的同時(shí)，也需要盡可能避免電磁輻射對(duì)通訊功能的影響，使得創(chuàng)新科技為我們提供便捷服務(wù)的同時(shí)，不會(huì)破壞原有的生活、工作質(zhì)量。實(shí)踐表明，變頻調(diào)速有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而且其功能性與安全性還在隨著科技的發(fā)展不斷加以改善，尤其是節(jié)能效果顯著，且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

1 變頻器的常見故障

（1）充電起動(dòng)電路故障。一般情況下，應(yīng)用的是電壓型變頻器，通過交-直-交的方式來運(yùn)行，也就是開始輸入的是交流，經(jīng)過整流過程后變成直流，接著再通過逆變轉(zhuǎn)換為交流，并輸送到負(fù)載一側(cè)。當(dāng)開始工作時(shí)，因?yàn)橹绷饕欢说钠讲娙莅l(fā)起瞬時(shí)變大 （也就是瞬時(shí)電流變大），一般會(huì)在其中應(yīng)用到起動(dòng)電阻來限定開啟電流，當(dāng)瞬時(shí)充電完畢后，相應(yīng)電路經(jīng)過處理將其實(shí)現(xiàn)短路，該種故障大多表現(xiàn)為起動(dòng)電阻損壞，變頻器告警呈現(xiàn)出直流母線的電壓故障。實(shí)際上，當(dāng)變頻器的交流輸入次數(shù)過多時(shí)，或者當(dāng)接觸器的觸點(diǎn)連接存在問題時(shí)，或者當(dāng)晶閘管的連通阻值增大時(shí)，都有可能造成起動(dòng)電阻的損壞。一旦遭遇這類問題，應(yīng)用相同類型的電阻進(jìn)行調(diào)換，并迅速找到造成電阻損傷的具體原因。假如問題出在輸入側(cè)電源頻率的開合，就需要快速排除這一問題才能繼續(xù)應(yīng)用變頻器；假如問題出在繼電器觸點(diǎn)或晶閘管，就需要及時(shí)替換這些元件。

（2）無故障告警， 但又無法高速運(yùn)轉(zhuǎn)。有些情況下，變頻器工作一切正常，無告警產(chǎn)生，但實(shí)際運(yùn)行下，又不可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)變頻器進(jìn)行仔細(xì)的檢查，所有參數(shù)顯示正常、各個(gè)設(shè)置無異常、輸入信號(hào)準(zhǔn)確，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)檢測(cè)出變頻器的直流母線電壓較低，輸入側(cè)存在缺相，產(chǎn)生這一故障的原因多是，輸入端空氣開關(guān)存在連接問題或瞬時(shí)過熱而發(fā)生保護(hù)，實(shí)際情況下，變頻器缺一相來運(yùn)行是能夠正常工作的，大部分的母線電壓以400V為下限，也就是說當(dāng)其電壓下降到了低于400V時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)直流母線低電壓故障。

（3）顯示過流。該種情況的發(fā)生屬于較常見的，發(fā)生這一故障時(shí)，首先要確認(rèn)加速周期是不是過小，力矩提升參數(shù)是不是過高，再就是確認(rèn)負(fù)載是不是過大。假如以上問題都不存在，再切斷輸出端的電流互感器、直流端的霍爾電流檢測(cè)點(diǎn)，復(fù)位后開啟，觀察是不是發(fā)生過流，假如確實(shí)發(fā)生的話，就有可能是1PM模塊存在問題，因其中包含了以下各種功能：過壓、過載、短路等等，而以上故障顯示都是通過輸出Fn引腳發(fā)送到微控器的，獲取到故障信號(hào)后，一是關(guān)閉脈沖輸出，二是將故障呈現(xiàn)在面板上，這種情況下，多數(shù)要替換1PM模塊。

（4）顯示過壓。這種故障的出現(xiàn)，大多是在雷雨天氣時(shí)，因?yàn)槔纂姼Z入變頻器的電源之中，造成了變頻器直流端的檢測(cè)裝置發(fā)生反應(yīng)而跳閘，碰到這一故障，常常只需要切斷電源大約一分鐘之后，再打開，就能夠復(fù)位；還有一種可能是變頻器驅(qū)使大慣性載荷，就發(fā)生過壓，由于產(chǎn)生這種情況時(shí)，減速停止是再生制動(dòng)，變頻器的輸出頻率依照線性下落，而負(fù)載電機(jī)的頻率超過變頻器的頻率，其處在發(fā)電階段，機(jī)械能變?yōu)殡娔埽⒈幌鄳?yīng)的平波電容獲得，當(dāng)電能過高時(shí)，直流端的電壓會(huì)大于最高值而發(fā)生跳閘，如果遭遇這一情況，一是將減速周期設(shè)定的更長(zhǎng)或提升相應(yīng)的制動(dòng)電阻；二是將變頻器的停止模式設(shè)定成自由停止。

（5）電機(jī)工作狀態(tài)時(shí)過熱， 表現(xiàn)出過載。對(duì)于在運(yùn)轉(zhuǎn)中的變頻器來說，假如發(fā)生這一故障，就需要立刻檢驗(yàn)負(fù)載的情況；對(duì)于剛剛裝設(shè)的變頻器，假如發(fā)生這一故障，可能的原因是V/F曲線設(shè)計(jì)不合理或電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，因此在投入使用之前，需要首先設(shè)計(jì)好各種參數(shù)，此外，應(yīng)用到矢量控制形式時(shí)，缺乏準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)負(fù)載電機(jī)的額定電壓、電流等數(shù)值，也會(huì)造成電機(jī)過熱，再就是設(shè)計(jì)的載波率太高時(shí)，也會(huì)造成這一故障的產(chǎn)生，還有一種情況，其最初的設(shè)計(jì)是更多的被應(yīng)用在低頻段，而未能想到電機(jī)散熱情況的處理，這就會(huì)造成電機(jī)工作時(shí)間一長(zhǎng)的過熱過載。

2 變頻調(diào)速在港口中的應(yīng)用

在港口的起重機(jī)械中，變頻調(diào)速的應(yīng)用效果非常好，其調(diào)速范圍寬， 更為平滑，變頻時(shí)能夠轉(zhuǎn)變定子外加電壓，能夠得到恒功率從而符合各類負(fù)載的需要，低速期間特性的靜差率相對(duì)要高，工作效率以及功率數(shù)值較高，是調(diào)速方式中未來發(fā)展可能最為明顯的。但也有一定的缺點(diǎn)與不足，需要有專門的變頻電源，在調(diào)速階段，電機(jī)的過載數(shù)值明顯下降，更甚者難以承受負(fù)載。當(dāng)前的變頻調(diào)速技術(shù)有著以下特點(diǎn)：涉及范圍較寬，準(zhǔn)確度高等，而且不會(huì)對(duì)起重機(jī)械的正常運(yùn)行造成任何的影響。

變頻調(diào)速應(yīng)用的是磁通矢量控制方法或大轉(zhuǎn)矩提高方法，能夠有效地應(yīng)對(duì)港口機(jī)械開始轉(zhuǎn)矩過大、以及負(fù)載改變頻繁等問題；其加減速周期的設(shè)計(jì)，能夠有效地應(yīng)對(duì)港口機(jī)械制動(dòng)的不斷沖擊，使得機(jī)械設(shè)備的速率改變更具連續(xù)性，且運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定；其應(yīng)用的是到達(dá)或檢測(cè)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的閉合，只有在電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩相比負(fù)載轉(zhuǎn)矩更大的情況下，才會(huì)開啟，有效解決了溜鉤情況，還應(yīng)用電源回饋方法將電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)獲得的能量轉(zhuǎn)換為50赫茲的交流電，以回饋電網(wǎng)，確保變頻器不會(huì)擊穿；主控制回路是呈分開狀態(tài)，并進(jìn)行接地處理，有效防止強(qiáng)電對(duì)其的不利影響。變頻調(diào)速在港口中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)港口機(jī)械在大負(fù)載情況下的持續(xù)作業(yè)，且具有可觀的節(jié)能效果。

3 變頻器同步控制在港口中的應(yīng)用

港口翻車機(jī)的使用中，每次要進(jìn)行兩節(jié)車皮的翻卸工作，其組成有以下幾個(gè)部分：平臺(tái)、底梁、以及端環(huán)等。主體構(gòu)成是設(shè)計(jì)于翻車機(jī)的支撐輪上，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在這里可以運(yùn)用變頻器來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。不過，也要注意到翻車機(jī)在運(yùn)行階段可能存在的問題：一是，主驅(qū)動(dòng)與從驅(qū)動(dòng)的出力并不完全一致，會(huì)產(chǎn)生一定的差值，主變頻器相對(duì)的電流與從變頻器相比顯然要高一些；二是，依然是受到受力不均衡問題的影響，會(huì)造成變頻器的各個(gè)元器件工作壽命的減少，增加主驅(qū)動(dòng)的相應(yīng)受力，加大磨損的發(fā)生，最后造成翻車機(jī)常常發(fā)生的振動(dòng)問題；三是，因?yàn)樽冾l器應(yīng)用的是轉(zhuǎn)速控制，因此不能夠迅速地應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩的改變以給出快速反應(yīng)，這也會(huì)造成翻車機(jī)在力矩配置上的不均衡，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段還會(huì)出現(xiàn)異常抖動(dòng)等情況。

考慮到以上問題的存在，可以做出以下改進(jìn)：對(duì)變頻控制做出相應(yīng)的調(diào)整、優(yōu)化。改進(jìn)的最終目的是：增強(qiáng)控制的準(zhǔn)確度以及操作的反應(yīng)時(shí)間。并保證主、次變頻器相對(duì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速相一致，轉(zhuǎn)矩相一致。因此，經(jīng)研究可以采用以下設(shè)計(jì)方案：一是，基于主驅(qū)動(dòng)變頻器的設(shè)計(jì)，運(yùn)行功率設(shè)置為200.0kW，控制是以轉(zhuǎn)矩形式來實(shí)現(xiàn)，速度給定形式是PLC模擬量輸出，轉(zhuǎn)矩給定形式是負(fù)載以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；二是，基于從驅(qū)動(dòng)變頻器的設(shè)計(jì)，運(yùn)行功率設(shè)置為200.0kW，控制是以頻率形式來實(shí)現(xiàn)，速度給定形式是力矩運(yùn)算、機(jī)械構(gòu)成，轉(zhuǎn)矩給定形式是主驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩取值。

在變頻驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)過程中，在電機(jī)上裝設(shè)了自主運(yùn)行的檢測(cè)器，而且運(yùn)用可靠軟件來設(shè)置變頻器數(shù)值，并及時(shí)加以調(diào)整。此外，從對(duì)稱的方面上來講，將所相對(duì)的檢測(cè)器接線側(cè)進(jìn)行對(duì)換，以保證所得到的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向是與實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)相一致的，從而有效減少了運(yùn)轉(zhuǎn)階段出現(xiàn)誤差的可能性。經(jīng)過以上改進(jìn)，港口翻車機(jī)的工作更加平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)電機(jī)抖動(dòng)等問題。變頻器的輸送電流趨于一致，可以伴隨負(fù)載的改變相對(duì)發(fā)生變化，這就表明改進(jìn)的效果是明顯的。

4 結(jié)束語

隨著電力電子科技的飛速發(fā)展，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了許多的應(yīng)用，特別是在港口機(jī)械中的應(yīng)用，有效提高了設(shè)備的運(yùn)行效率及安全性，其在調(diào)速方面具有以下優(yōu)勢(shì)：涉及范圍較寬，準(zhǔn)確度高等，不斷被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。變頻調(diào)速技術(shù)因其高效的調(diào)速功能，高功率及節(jié)能效果，較多的適用領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)定為最具發(fā)展可能的調(diào)速形式。而變頻器同步控制在港口中的應(yīng)用效果也非常不錯(cuò)，通過進(jìn)一步的改進(jìn)，港口翻車機(jī)的工作更加平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)電機(jī)抖動(dòng)等問題?？梢哉f，將變頻器應(yīng)用到港口機(jī)械中，并嚴(yán)格把控其同步運(yùn)行，能夠進(jìn)一步提高各類機(jī)械驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、穩(wěn)定性，為我國(guó)港口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]周法金.關(guān)于港口設(shè)備中變頻器應(yīng)用問題探析[J].中國(guó)科技博覽，2015（9）：125.

[2]鄭超.港口裝卸設(shè)備中變頻器的應(yīng)用分析[J].工業(yè)b，2015（5）：00138-00139.

[3]張?jiān)迄i.PLC及變頻器在港口起重設(shè)備上的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2016（8）.