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[摘 要]门座起重机是桥架通过两侧支腿支承在地面轨道上的桥架型起重机，广泛应用于造船企业、铁路货场和物流货场中对各种大型设备、大型集装箱、重型设备的装卸和移动，起重机的应用范围扩大要求起重机具有良好的工作性能，其中变频器调速性能的改善保证了装卸作业时的可靠和平稳，实现良好的低速就位性能。本文对交流电电动机变频调速的原理进行简要的分析，介绍了变频器的调速原理和控制方式，发现其运行的关键技术，保证变频器在起重机的使用中发挥优异的控制及调速性能。
[关键词]门座起重机；变频器；调速原理
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0326-01
门座起重机是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机，由上部旋转部分和下部运行部分构造组成，上部旋转部分安装在高大的门型底架上，相对于下部运行部分实现360度的任意旋转。门座起重机械是循环、简谐运动的机械，可以用来垂直升降物体或兼作物体的水平一定，满足货物转载、安装和装卸作业的多种要求，具有工作速度快、起制动频繁、装卸效率高等特点。
一、门座起重机的工作机构及工作原理
1、工作机构
1.1起升机构
起升机构是起重机升降货物的基础，起升机构的性能直接影响起重机的作业性能，包括驱动装置、传动装置、制动装置、取物装置、卷绕系统、安全装置构成。起升机构的工作原理是：驱动电机正反转，通过减速器带动卷筒，实现钢丝卷绳进或放出卷筒，实现吊钩及货物的升降。货物运行至指定目标地点，电机在操控系统的控制下切断电源，延时适当时间使制动器上闸保持系统停止运动，开始卸放货物或保持货物悬空状态。滑轮吊钩组上升到最高的极限位置时，起升高度限位系统会切断电源，制动器抱闸，吊钩停止运动，保证系统的安全运行。
1.2变幅机构
变幅机构是用于改变吊具或起吊货物水平幅度位置的机构。为降低变幅机构的阻力及驱动功率，提高变幅机构的作业性能，采用多种水平位移、臂架资中平衡措施。变幅驱动机构可以使臂架绕铰轴摆动以实现幅度的变化。
1.3旋转机构
旋转机构实现起重机旋转部分的旋转，使悬停在空中的货物垂直于起重机中心轴线的平面内进行旋转，在行走机构停止时改变货物的水平面位置。
1.4行走机构
行走机构实现起重机沿着轨道进行水平移动或调整作业位置，扩大起重机的工作范围。
2、门座起重机的工作原理
门座起重机通过起升机构实现货物的起升，通过变幅机构实现货物的径向移动，通过旋转机构实现货物的旋转，通过行走机构实现作业位置的调整，在较大范围内实现货物的移动。空钩下降到货物的上方，将货物与挂钩连接，起重机满载提升至能移动出遮挡物的高度制动，改变臂架伸出水平幅度至避开遮挡物制动，做臂架旋转值卸货方向制动，满载下降到目标地点制动，进行货物的摘钩操作，当目的地不能靠旋转或变幅机构到达时，进行行走操作。
二、门座起重机电气控制
1、门座起重机的控制原理
变频器作为起重机起升机构的拖动装置，是控制电力半导体器件的通断实现工频电源变换其他频率电能的控制装置，起重机多选择三相异步交流电机，具有良好的调速范围和特性。根据异步电机的转速公式得出，在异步电机确定的情况下，电机的转速与三相电源频率成正比，改变电源的频率可以改变电机的转速，改变工作的运行速度，改变工作的效率。
2、门座起重机起升机构的控制系统
门座起重机起升机构电气控制系统采用可编程序控制器，该编程控制器具有①模块种类丰富、功能强大，②背板总线集成在模板上、结构紧凑，③系统开放、组态灵活，④指令处理速度快，方便数据的传送和运算，⑤智能化的诊断系统可以连续监视系统的运行，保证系统的安全运行，控制任务可扩展PLC进行增加等特点。
3、门座起重机起升机构的控制要求
起升机构由2台37KW的电机拖动，每台电机都备有变频器，变频器采用编码器反馈的闭环控制方式，起升速度保持每分钟0.3到3米，起升卷筒对应减速箱的高速轴安装绝对值型的脉冲编码器，测量起升机构的高度和同步运行状况，将输出的信号传输至PLC控制系统，进行数据处理后得出同步的偏差值。根据预设的数值输出同步纠偏的控制信号，保持闸门的两吊点保持同步状态。
起升机构安装荷重传感器，传感器对监测数据以模拟量的形式传送至PLC控制系统，控制系统处理后将数据传输至司机室的操控触摸屏幕上，变频器接受指令后，控制零转速时电机产生零速力矩，放开制动器抱闸，变频器锁定电机的转子，保持重物的静止。
三、变频器在门座起重机的应用
1、门座起重机的变频器选用
门座起重机采用矢量型系列变频器，该变频器可以自动设定电机参数，实现全部电机的矢量控制，控制极低速情况下的平滑运行和高力距高精度的速度、力矩。起升机构采用带外接速度控制卡的脉冲编码器的矢量控制方案，实现速度反馈控制及零速全转矩控制。
变频器配置制动电阻和制动单元，消耗下降及制动的能量。需要选择额定电流大于放电电流的制动单元，选择功率大于负载功率的无感电阻。进线串入电抗器，可以限制电网的纵波干扰，防止峰值电流对变频器的损坏，降低电机的噪声，改善功率因数及起动转矩。
2、变频器的控制方式
矢量控制模式通过测量、控制电动机的定子电流矢量，根据磁场定向原理控制异步电动机的转矩电流和励磁电流，实现对异步电动机转矩的控制，其实质是将交流电动机等效为直流电动机进行控制。
3、变频调速的关键技术
3.1选用具有矢量、伺服等多种控制模式的变频器，选用闭环矢量控制模式控制起升机构的电机驱动，采用增量旋转传编码器反馈闭环控制的速度，保证系统的良好的低频转矩特性和足够的调速硬度，保证低频时起升机构应保持恒转矩的输出，避免起升机构在满负载、低频工况下带不动负载的状况发生。
3.2起升机构采用机械式制动器，变频器使用时注意机械制动器动作的延时时间与变频器加速、减速时间的匹配。在启动时控制起升制动器延时松闸，在停止时控制变频器零速度信号进行抱闸，避免溜钩现象的发生。
3.3运用制动单元和制动电阻来吸收或在直流侧设置公共母线的逆变桥将再生能量回馈到电网实现再生制动能量的处理。其中能耗制动方式中制动单元和电阻的选择要考虑起升机构属位能性负载特性，增加容量，保证再生制动能量的释放效果。
3.4采用变频调速，空载或只带吊具时起升机构的运行采用恒功率调速实现。实际控制时，通过超负荷限制器的重量信号来控制恒功率升速，提高运行的效率，提高生产率。
4、应用的优点
①可靠的抱閘逻辑控制，抱闸时间的可调动性保证了不溜钩，避免了电机的大冲击电流；②高性能闭环矢量控制，增加了系统的可靠性；③提升机械时用轻负载升速功能，提高了工作效率；④模拟量或多段速调速，加减速过程按照曲线模式，增加了工作稳定性，减小了机械冲击，延长了设备的使用寿命。
结束语
变频器调速技术的优异控制及调速性能，高效率、易维护的特点，在门座起重机的调速上广泛可靠的应用，应用时需要根据起重机的具体特点和使用环境等进行特殊的技术措施，保证变频调速在起重机的运行中发挥安全可靠的作用，提高工作效率，提高经济效益。
参考文献
[1]段苏振. 英威腾CHV190变频器在门座式起重机中的应用[J]. 起重运输机械，2010，04：68-72.
[2]李道霖，韩绪鹏，刘远明. 变频器在门座起重机中的应用[J].，为湖南工业职业技术学院学报，2010，05：3-5.
[3]罗东焕. 门座起重机交流变频调速系统设计与实现[D].华南理工大学，2011.
[关键词]门座起重机；变频器；调速原理
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0326-01
门座起重机是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机，由上部旋转部分和下部运行部分构造组成，上部旋转部分安装在高大的门型底架上，相对于下部运行部分实现360度的任意旋转。门座起重机械是循环、简谐运动的机械，可以用来垂直升降物体或兼作物体的水平一定，满足货物转载、安装和装卸作业的多种要求，具有工作速度快、起制动频繁、装卸效率高等特点。
一、门座起重机的工作机构及工作原理
1、工作机构
1.1起升机构
起升机构是起重机升降货物的基础，起升机构的性能直接影响起重机的作业性能，包括驱动装置、传动装置、制动装置、取物装置、卷绕系统、安全装置构成。起升机构的工作原理是：驱动电机正反转，通过减速器带动卷筒，实现钢丝卷绳进或放出卷筒，实现吊钩及货物的升降。货物运行至指定目标地点，电机在操控系统的控制下切断电源，延时适当时间使制动器上闸保持系统停止运动，开始卸放货物或保持货物悬空状态。滑轮吊钩组上升到最高的极限位置时，起升高度限位系统会切断电源，制动器抱闸，吊钩停止运动，保证系统的安全运行。
1.2变幅机构
变幅机构是用于改变吊具或起吊货物水平幅度位置的机构。为降低变幅机构的阻力及驱动功率，提高变幅机构的作业性能，采用多种水平位移、臂架资中平衡措施。变幅驱动机构可以使臂架绕铰轴摆动以实现幅度的变化。
1.3旋转机构
旋转机构实现起重机旋转部分的旋转，使悬停在空中的货物垂直于起重机中心轴线的平面内进行旋转，在行走机构停止时改变货物的水平面位置。
1.4行走机构
行走机构实现起重机沿着轨道进行水平移动或调整作业位置，扩大起重机的工作范围。
2、门座起重机的工作原理
门座起重机通过起升机构实现货物的起升，通过变幅机构实现货物的径向移动，通过旋转机构实现货物的旋转，通过行走机构实现作业位置的调整，在较大范围内实现货物的移动。空钩下降到货物的上方，将货物与挂钩连接，起重机满载提升至能移动出遮挡物的高度制动，改变臂架伸出水平幅度至避开遮挡物制动，做臂架旋转值卸货方向制动，满载下降到目标地点制动，进行货物的摘钩操作，当目的地不能靠旋转或变幅机构到达时，进行行走操作。
二、门座起重机电气控制
1、门座起重机的控制原理
变频器作为起重机起升机构的拖动装置，是控制电力半导体器件的通断实现工频电源变换其他频率电能的控制装置，起重机多选择三相异步交流电机，具有良好的调速范围和特性。根据异步电机的转速公式得出，在异步电机确定的情况下，电机的转速与三相电源频率成正比，改变电源的频率可以改变电机的转速，改变工作的运行速度，改变工作的效率。
2、门座起重机起升机构的控制系统
门座起重机起升机构电气控制系统采用可编程序控制器，该编程控制器具有①模块种类丰富、功能强大，②背板总线集成在模板上、结构紧凑，③系统开放、组态灵活，④指令处理速度快，方便数据的传送和运算，⑤智能化的诊断系统可以连续监视系统的运行，保证系统的安全运行，控制任务可扩展PLC进行增加等特点。
3、门座起重机起升机构的控制要求
起升机构由2台37KW的电机拖动，每台电机都备有变频器，变频器采用编码器反馈的闭环控制方式，起升速度保持每分钟0.3到3米，起升卷筒对应减速箱的高速轴安装绝对值型的脉冲编码器，测量起升机构的高度和同步运行状况，将输出的信号传输至PLC控制系统，进行数据处理后得出同步的偏差值。根据预设的数值输出同步纠偏的控制信号，保持闸门的两吊点保持同步状态。
起升机构安装荷重传感器，传感器对监测数据以模拟量的形式传送至PLC控制系统，控制系统处理后将数据传输至司机室的操控触摸屏幕上，变频器接受指令后，控制零转速时电机产生零速力矩，放开制动器抱闸，变频器锁定电机的转子，保持重物的静止。
三、变频器在门座起重机的应用
1、门座起重机的变频器选用
门座起重机采用矢量型系列变频器，该变频器可以自动设定电机参数，实现全部电机的矢量控制，控制极低速情况下的平滑运行和高力距高精度的速度、力矩。起升机构采用带外接速度控制卡的脉冲编码器的矢量控制方案，实现速度反馈控制及零速全转矩控制。
变频器配置制动电阻和制动单元，消耗下降及制动的能量。需要选择额定电流大于放电电流的制动单元，选择功率大于负载功率的无感电阻。进线串入电抗器，可以限制电网的纵波干扰，防止峰值电流对变频器的损坏，降低电机的噪声，改善功率因数及起动转矩。
2、变频器的控制方式
矢量控制模式通过测量、控制电动机的定子电流矢量，根据磁场定向原理控制异步电动机的转矩电流和励磁电流，实现对异步电动机转矩的控制，其实质是将交流电动机等效为直流电动机进行控制。
3、变频调速的关键技术
3.1选用具有矢量、伺服等多种控制模式的变频器，选用闭环矢量控制模式控制起升机构的电机驱动，采用增量旋转传编码器反馈闭环控制的速度，保证系统的良好的低频转矩特性和足够的调速硬度，保证低频时起升机构应保持恒转矩的输出，避免起升机构在满负载、低频工况下带不动负载的状况发生。
3.2起升机构采用机械式制动器，变频器使用时注意机械制动器动作的延时时间与变频器加速、减速时间的匹配。在启动时控制起升制动器延时松闸，在停止时控制变频器零速度信号进行抱闸，避免溜钩现象的发生。
3.3运用制动单元和制动电阻来吸收或在直流侧设置公共母线的逆变桥将再生能量回馈到电网实现再生制动能量的处理。其中能耗制动方式中制动单元和电阻的选择要考虑起升机构属位能性负载特性，增加容量，保证再生制动能量的释放效果。
3.4采用变频调速，空载或只带吊具时起升机构的运行采用恒功率调速实现。实际控制时，通过超负荷限制器的重量信号来控制恒功率升速，提高运行的效率，提高生产率。
4、应用的优点
①可靠的抱閘逻辑控制，抱闸时间的可调动性保证了不溜钩，避免了电机的大冲击电流；②高性能闭环矢量控制，增加了系统的可靠性；③提升机械时用轻负载升速功能，提高了工作效率；④模拟量或多段速调速，加减速过程按照曲线模式，增加了工作稳定性，减小了机械冲击，延长了设备的使用寿命。
结束语
变频器调速技术的优异控制及调速性能，高效率、易维护的特点，在门座起重机的调速上广泛可靠的应用，应用时需要根据起重机的具体特点和使用环境等进行特殊的技术措施，保证变频调速在起重机的运行中发挥安全可靠的作用，提高工作效率，提高经济效益。
参考文献
[1]段苏振. 英威腾CHV190变频器在门座式起重机中的应用[J]. 起重运输机械，2010，04：68-72.
[2]李道霖，韩绪鹏，刘远明. 变频器在门座起重机中的应用[J].，为湖南工业职业技术学院学报，2010，05：3-5.
[3]罗东焕. 门座起重机交流变频调速系统设计与实现[D].华南理工大学，2011.