刘东风

摘要：早期传统的门座式起重机（简称门机）起升机构采用继电器、接触器进行控制，交流绕线式异步电动机，转子回路串电阻的方法进行调速，这种控制可靠性差，故障率高，维修困难，将变频器改造，应用于早期老式门机起升控制系统，通过变频改造取得了良好效果。

關键词：门机;变频器;改造

一、概述

门机在港口码头有着广泛的应用，它能否正常工作直接影响到码头装卸效率，早期门机电气动力控制系统，采用交流绕线式异步电动机，转子回路串电阻的方法进行启动和调速，这种调速方法，电动机的机械特性很软，故障率较高，直接影响到港口的装卸效率，而且设备维修、保养的费用昂贵，调速系统的综合技术指标较差，已不能满足港口生产的特殊要求，对此，我们对早期营口港16T/28T-33m/20m门机起升系统进行变频改造，并引入改造变频调速装置。

二、营口港门座式起重机原来电气控制系统的主要缺点

改造前营口港16T/28T-33m/20m门机，起升电气控制系统的主要缺点有：

1、门机工作任务重，频繁高速的大负荷制动冲击造成门机金属结构变形、开焊问题多次出现。

2、起升电机过载严重，频繁的重载启动，多次造成电动机滑环出现麻点、定子绕组烧毁。

3、接触器衔铁和线圈损坏严重，接触器触头烧毁频繁出现，主接触器及加速接触器太多，故障修理及维护费用昂贵。

4、高负荷的机械抱闸制动，造成起升机构减速箱、变速箱及起升制动装置磨损严重。

5、电机转子所串电阻器烧毁和断裂时有发生，特别是夏季气温高，电阻散热不好，存在火灾安全隐患。

6、现场多台门机同时装卸时，同时的电机启动造成电网电压波动大，电压供电不足。

7、电气线路复杂，保护性差，频繁的出现电气线路故障，直接影响到码头的装卸生产效率和经济效益。

为了解决这些问题，我们将变频器调速控制，改造应用于早期门机的起升机构，代替了原来调速方式。

三、交流调速常用的调速方案及其性能比较

由电机学知，交流异步电动机的转速公式如下：

式中 n——电动机的转速

Pn——电动机定子绕阻的磁极对数;

f1——电动机定子电压供电频率;

s ——电动机的转差率。

从式（1-1）中可以看出，改变交流异步电动机的转速有三种方案。

（1） 改变电动机的磁极对数（2）变转差率调速（3）变频调速

这三种调速方案，变频调速是最理想的交流调速方案，门机起升系统须具备，零速时额定负载，能电制动保持数秒的功能，这非一般变频器所能承担，必须使用起重机专用变频器。起重机专用变频器必须具备以下最基本的功能：电源电压波动可为+10%～-15%，电源三相平衡度小于5%，具有大于150%过载60s及瞬间过电流200%的能力，能承受电网小于5%的三相不平衡度要求。

四、变频器的选择

在门机起升机构变频改造过程中利用原电动机，将绕线式异步电动机转子滑环短接，在选取变频器时验证其驱动电流是否大于电动机额定电流即可，结合港口实际情况，经对变频器产品质量、价格等因素综合考虑，在我公司16T/28T-33m/20m门机的改造中，最终确定了YASKAWA（安川）高性能变频器的驱动方案，以营口港改造门机型号为16T/28T-33m/20m为例，此门机最大起重量为28T，起升速度为30m/min，起升电动机功率为160KW，定子电流338 A，根据变频器说明书，结合实际电机的最大负荷电流，我们选用日本YASKAWA（安川）CIMA-G74220变频器，此变频器保护功能完善，保养维护简单，变频器效率可达98%以上，功率因数可达0.95以上，频率控制精度为+0.01Hz，该变频器标称输出功率为220KW，额定输出电流为450A则Icn =450A> Ie =338A，经查询验算通过。

变频器应用在门机起升机构的关键点是，起升机构拖动位能性负载下放或急减速制动时，电动机将处于再生发电状态，若不采取相应的措施，当直流回路电容电压升到保护极限值后，变频器将过电压报警，解决变频器过电压有两种方案，一种为加装制动单元检测直流母线电压，由制动电阻消耗多余电能降低直流母线电压，另一种为直流母线回馈电网，降低直流母线电压。目前第二种方案一次性投资成本太高，后期维护投入成本较高，所以我们采用第一种方案，来降低直流母线电压，我们结合《安川变频器手册》，推荐单台160千瓦电机，选用YASKAWA（安川）CBDR 4220制动单元，匹配制动电阻器，将再生制动能量迅速释放，在调速过程中出现的过电压、溜钩、零速制动这些关键技术，我们在改造调试过程中通过修改变频器参数都迎刃而解。

五、变频调速技术在门座式起重机上应用的优点：

经改造后的门机，减少了电气维护的人力、物力消耗，改造后的门机5至10年内基本上不用投入更换配件，门机的设备完好率据统计能达到99.6%，彻底解决了以前故障率高的问题，多年来 ，采用变频调速的起升电机几乎没有损坏 ，另外门机起升机构制动性能非常好 ，采用变频调速，可以实现零速抱闸 ，减少抱闸闭合时的振动及磨损 ，从而使制动平稳 ，大大降低了对门机整体金属结构的振动冲击，彻底解决了门机因制动冲击，使金属结构出现开焊、开裂的现象，在制动器维护、保养、检查方面也大大降低了维护成本。

六、总结

近年来，我们陆续对营口港20多台16T/28T-33m/20m门机起升机构进行了变频改造，变频器在营口港老旧门座式起重机上改造应用，经过近几年的作业实践，也进一步证明改造费用物有所值，大大提高了生产收益率，老旧设备的连续无故障运行记录也再创新高，通过设备改造，提高了营口港机械公司技术人员的技能，也深刻认识到新技术对现代工业的重要性，同时对港口老旧起重设备的新技术改造积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]《变频器使用说明书》，株式会社安川电机，2007年4月.

[2]黄柏辰《电机与拖动》，上海科学普及出版社， 1996年.

（作者单位：营口港务集团股份有限公司）