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中山港口起重机变频调速及节能应用探讨
作者:中山起重机设备 时间：2015-10-04
这篇文章主要是作者联系多年来对港口机械相关方面的工作经验，论述了中山港口起重机调速体系的开展，变频调速计划及变频操控体系节能等三个方面，可供同行参考。
1.调速体系的开展
交流电机构造简略、价格低廉、工作牢靠、保护方便，所以被广泛应用于出产机械 电力拖动体系作为动力源。可是交流电机的起动特性一向改善甚微，因为在恒压下直接起动的电流约为额外电流的4～7倍，而转速要在这么时间短的时间内从零升至额外值必将发生极大的冲击，致使拖动对象(如传动组织设备)严峻磨损或损坏，在起动刹那间的大电流还会引起电网电压下降，严峻时乃至影响电网内别的设备正常工作， 因为电压俄然下降电机本身起动也难以完成，很容易形成电机堵转和焚毁。
避免或削减异步电机起动刹那间大电流冲击表象，是保证电机杰出工作的首要任务。为此，设法使电机起动处于低冲击或无冲击且滑润柔软的环境状况，各种限流起动办法便应运而生。就如今技能水准而言，在许多电机起动办法中变频操控为*好。
变频调速技能是随交流电机无级调速需要诞生的。20世纪60年代后半期开端，电力电子器材从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、SIT (静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管), MCT(MOS操控晶体管)、MCT(MOS操控晶闸管)开展到**的I G B T(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器材的更新促进电力改换技能不断开展。从2O世纪70年代开端，脉宽调制变压变频(PWM―VVVF)调速研讨引起了大家的高度重视，到20世纪8O年代，作为变频技能核心的PWM形式优化疑问引起了大家的浓厚兴趣，并得出许多优化形式，其间以鞍形波PWM形式效果为*好。自20世纪80年代后半期始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器开端投入市场并得到广泛应用。
2.变频调速计划
根据不一样出产工作办法和不一样的电机品种、变频器型式，可规划出各种变频调速操控办法。这儿仅评论交一向一交(AC―DC―AC)变频器，至于交一交循环变频器(AC―AC相控变频)以及自同步操控逆变器(不管AC―AC办法还是AC―DC―AC办法)，即俗称无换向器电机，均不加以评论。
2.1 开环操控的通用变频器三相异步电机变频调速体系
本操控计划构造简略，牢靠性高。因为是开环操控办法，其调速精度和动态响
应特性不十分抱负，尤其在低速区域电压调整对比艰难，不可能得到较大调速规模和较高调速精度。又因为异步电机存在转差率，转速随负荷力矩改变而改变，即便现在有些变频器具有转差补偿及转矩提升功用，也难以到达0.5%的精度请求，所以这种V/F操控的通用变频器异步电机开环变频调速办法仅适用于请求不高的场合(如风机、水泵等)。
2.2 无速度传感器 的矢量操控变频器异步电机变频调速体系
两者的不一样仅在于运用的变频器不一样。因为运用无速度传感器矢量操控的变频器，能够分别对异步电机的磁通和转矩电流进行检查、操控，自动改变电压和频率，使指令 值和检查实践值到达共同，然后完成矢量操控。虽然它是开环操控体系，但却大大提升了静态精度和动态质量，转速精度误差在0.5%摆布，且转速呼应较快。
对出产工作请求不十分高的景象，选用矢量变频器无传感器开环异步电机变频调速计划十分适宜，能够到达操控办法简略、牢靠性高的效果。
2.3 带速度传感器矢量操控变频器异步电机闭环变频调速体系
矢量操控异步电机闭环变频调速是一种抱负的操控办法。它具有许多优点：①可从零转速起进行速度操控(即超低速亦能工作)，故调速区域广大，可达100：1或1000：1的规模。②可对转矩实行准确操控。③体系动态呼应速度甚快。④电机加速度特性极好等。
2.4 永磁同步电机开环操控变频调速体系
该计划具有操控电路简略、牢靠性高的特色。因为是同步电机，其转速一直等于同步转速N0=60F/P，所以其调速功用只取决于电机供电频率F，而与负载巨细无关(除非负载力矩大于或等于失步转矩。同步电机失步，滚动会敏捷中止)，其机械特性曲线为一根直线，为**硬特性。
假如选用高精度的变频器(数字设定频率精度可达0.01%)，在开环操控景象下，同步电机的转速精度亦为0.01%，因为在开环操控办法下，同步电机转速精度与变频器频率精度相共同，所以格外合适多电机同步传动。
3.变频操控体系节能
变频操控体系之所以可节能，是因为变频器在其间所表现的效果。变频器只要在低于工频工作或从高频降到低频过程中才干起到节能的成效 。
3.1 变频节能
为确保**出产，规划配用动力驱动的各种出产机械都留有必定的富余量，电机通常不会在满负荷状况下工作，因而除要到达额外驱动力请求外，剩余的力矩无疑增加了有功功率耗费，形成电能糟蹋。但是， 加变频器后就能够需要多少电能给多少，不会发生糟蹋表象。运用变频器操控时，功耗随外负载的改变而改变，也就是说变频器会自动调整输出功率，使其在满意工况的一起到达节省电能的意图。
3.2 电能回馈电网节能
选用变频器操控，电机改用变频鼠笼电机，不存在常规操控体系中绕线式异步电动机转子串电阻耗能的疑问，若运用带能量回馈设备的逆变体系，就可将货品下降时发生的能量转化为电能后反应电网，愈加节能。
3.3 提高功率因数节能
电机由定子绕组和转子绕组经过电磁效果发生力矩而工作。绕组线圈对电网而言电抗特性呈理性，电机在工作时吸收很多的无功功率，形成功率因数下降。选用变频节能调速器后，因为其功用已变为AC―DC ―AC，经整流、滤波、逆变后，线路特性发生了改变，电网回路的感抗减小，功率因数提高，显着削减了无功损耗。
3.4 低功耗**操控节能
选用变频操控后，因为变频电机不存在转子外接线疑问，变频器本身保护功用很强，变频器一旦检查到所控电机回路有对地漏电、匝间短路、三相输出不平衡，变频器当即保护停机，并报毛病缘由，不仅**了**隐患，而且不会因漏电、缺相、短路保护不牢靠而形成电能损耗。
4.结 语
1.调速体系的开展
交流电机构造简略、价格低廉、工作牢靠、保护方便，所以被广泛应用于出产机械 电力拖动体系作为动力源。可是交流电机的起动特性一向改善甚微，因为在恒压下直接起动的电流约为额外电流的4～7倍，而转速要在这么时间短的时间内从零升至额外值必将发生极大的冲击，致使拖动对象(如传动组织设备)严峻磨损或损坏，在起动刹那间的大电流还会引起电网电压下降，严峻时乃至影响电网内别的设备正常工作， 因为电压俄然下降电机本身起动也难以完成，很容易形成电机堵转和焚毁。
避免或削减异步电机起动刹那间大电流冲击表象，是保证电机杰出工作的首要任务。为此，设法使电机起动处于低冲击或无冲击且滑润柔软的环境状况，各种限流起动办法便应运而生。就如今技能水准而言，在许多电机起动办法中变频操控为*好。
变频调速技能是随交流电机无级调速需要诞生的。20世纪60年代后半期开端，电力电子器材从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、SIT (静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管), MCT(MOS操控晶体管)、MCT(MOS操控晶闸管)开展到**的I G B T(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器材的更新促进电力改换技能不断开展。从2O世纪70年代开端，脉宽调制变压变频(PWM―VVVF)调速研讨引起了大家的高度重视，到20世纪8O年代，作为变频技能核心的PWM形式优化疑问引起了大家的浓厚兴趣，并得出许多优化形式，其间以鞍形波PWM形式效果为*好。自20世纪80年代后半期始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器开端投入市场并得到广泛应用。
2.变频调速计划
根据不一样出产工作办法和不一样的电机品种、变频器型式，可规划出各种变频调速操控办法。这儿仅评论交一向一交(AC―DC―AC)变频器，至于交一交循环变频器(AC―AC相控变频)以及自同步操控逆变器(不管AC―AC办法还是AC―DC―AC办法)，即俗称无换向器电机，均不加以评论。
2.1 开环操控的通用变频器三相异步电机变频调速体系
本操控计划构造简略，牢靠性高。因为是开环操控办法，其调速精度和动态响
应特性不十分抱负，尤其在低速区域电压调整对比艰难，不可能得到较大调速规模和较高调速精度。又因为异步电机存在转差率，转速随负荷力矩改变而改变，即便现在有些变频器具有转差补偿及转矩提升功用，也难以到达0.5%的精度请求，所以这种V/F操控的通用变频器异步电机开环变频调速办法仅适用于请求不高的场合(如风机、水泵等)。
2.2 无速度传感器 的矢量操控变频器异步电机变频调速体系
两者的不一样仅在于运用的变频器不一样。因为运用无速度传感器矢量操控的变频器，能够分别对异步电机的磁通和转矩电流进行检查、操控，自动改变电压和频率，使指令 值和检查实践值到达共同，然后完成矢量操控。虽然它是开环操控体系，但却大大提升了静态精度和动态质量，转速精度误差在0.5%摆布，且转速呼应较快。
对出产工作请求不十分高的景象，选用矢量变频器无传感器开环异步电机变频调速计划十分适宜，能够到达操控办法简略、牢靠性高的效果。
2.3 带速度传感器矢量操控变频器异步电机闭环变频调速体系
矢量操控异步电机闭环变频调速是一种抱负的操控办法。它具有许多优点：①可从零转速起进行速度操控(即超低速亦能工作)，故调速区域广大，可达100：1或1000：1的规模。②可对转矩实行准确操控。③体系动态呼应速度甚快。④电机加速度特性极好等。
2.4 永磁同步电机开环操控变频调速体系
该计划具有操控电路简略、牢靠性高的特色。因为是同步电机，其转速一直等于同步转速N0=60F/P，所以其调速功用只取决于电机供电频率F，而与负载巨细无关(除非负载力矩大于或等于失步转矩。同步电机失步，滚动会敏捷中止)，其机械特性曲线为一根直线，为**硬特性。
假如选用高精度的变频器(数字设定频率精度可达0.01%)，在开环操控景象下，同步电机的转速精度亦为0.01%，因为在开环操控办法下，同步电机转速精度与变频器频率精度相共同，所以格外合适多电机同步传动。
3.变频操控体系节能
变频操控体系之所以可节能，是因为变频器在其间所表现的效果。变频器只要在低于工频工作或从高频降到低频过程中才干起到节能的成效 。
3.1 变频节能
为确保**出产，规划配用动力驱动的各种出产机械都留有必定的富余量，电机通常不会在满负荷状况下工作，因而除要到达额外驱动力请求外，剩余的力矩无疑增加了有功功率耗费，形成电能糟蹋。但是， 加变频器后就能够需要多少电能给多少，不会发生糟蹋表象。运用变频器操控时，功耗随外负载的改变而改变，也就是说变频器会自动调整输出功率，使其在满意工况的一起到达节省电能的意图。
3.2 电能回馈电网节能
选用变频器操控，电机改用变频鼠笼电机，不存在常规操控体系中绕线式异步电动机转子串电阻耗能的疑问，若运用带能量回馈设备的逆变体系，就可将货品下降时发生的能量转化为电能后反应电网，愈加节能。
3.3 提高功率因数节能
电机由定子绕组和转子绕组经过电磁效果发生力矩而工作。绕组线圈对电网而言电抗特性呈理性，电机在工作时吸收很多的无功功率，形成功率因数下降。选用变频节能调速器后，因为其功用已变为AC―DC ―AC，经整流、滤波、逆变后，线路特性发生了改变，电网回路的感抗减小，功率因数提高，显着削减了无功损耗。
3.4 低功耗**操控节能
选用变频操控后，因为变频电机不存在转子外接线疑问，变频器本身保护功用很强，变频器一旦检查到所控电机回路有对地漏电、匝间短路、三相输出不平衡，变频器当即保护停机，并报毛病缘由，不仅**了**隐患，而且不会因漏电、缺相、短路保护不牢靠而形成电能损耗。
4.结 语
如今，在起重机中选用*新的PLC、变频器技能(电气操控体系)对整机操作进行操控，又有**的毛病监控、报警、记录以及毛病诊断和扫除体系，为保护人员进行维修判别起到了极好的辅导与协助效果。
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