变频器配套设备供应商提醒您：港口机械设备具有较长的发展历史
，拖动系统采用过各种各样的方法。从早期的直流调速继电接触器控制系统，到近代的AC定子调压
、DC晶闸管调速装置。电动机主要以绕线式异步机和直流电机为主，其最大的缺点是滑差
、整流子
、碳刷的存在致使维修不便。进入20世纪80年代后，随着变频器的迅速发展，变频器进入港机设备的驱动领域，引起人们极大的重视。它克服了以往驱动系统的缺点，明显提高了可靠性的同时，还具有显著的节能效果
。由于异步电动机结构简单、维修方便、适合在有粉尘和振动大的环境中使用，故异步电机变频调速系统非常适合在港口机械上推广应用
。

　　一、港机设备的特点

　　1.1 使用环境

　　运行中的港机设备振动冲击大，空气中煤粉
、炭粉
、化学物质粉尘严重
，海边特有的湿度、盐碱等腐蚀性成分高。在电源质量方面普遍存在变压器容量小、动力电缆线路长、截面小，在大型设备启动工作时
，经常造成瞬时欠电压。电压波动范围为320～400V。

　　1.2 运行特点

　　港机设备具有以下运行特点：

　　①启动转矩大
，通常超过150%以上
，若考虑提升时电压降低及超载试验的要求

，至少应在启动加速过程中提供200%转矩。

　　②由于港机一般设有机械制动装置，为使电机转矩与机械制动转矩进行平滑切换，必须充分考虑电机切入与制动器的动作时序
。

　　③当提升或下降时

，重物产生的位势负载使电机处于发电状态，能量要向电源侧回馈。由于大多数通用变频器没有电能回馈能力
，此时必须通过制动单元
，将这部分能量经制动电阻以热能形式释放掉。

　　④提升机构在抓吊重物离开或接触地面的瞬间负载变化激烈
，变频器必须能适应这种冲击负载并对其进行平滑控制。

　　1.3 采用变频器的必要性

　　①就门式起重机而言，目前大多采用绕线式异步电动机转子串电阻的有级调速方案，但启动电流大，设备受冲击严重
，经常造成机械构件的损伤，严重影响设备使用寿命和正常生产。

　　②港机也有选用直流调压调速方案
，虽然可以平滑无级调速及软启动;但由于直流电机存在维护工作量大

、电机成本高、体积大等缺点
，不如经久耐用的交流电机。

　　③变频器具有显著的节能效果。

　　④变频器具有完善的保护及自诊断功能
，和PLC控制结合可提高系统的可靠性
。

　　二
、港机设备中变频器的选型

　　对不同设备选用适宜的变频器
，对提高系统可靠性十分重要

。目前，变频器有以下两种控制方式
：

　　(1) U/f控制

　　U/f控制方式是根据负载特性选择合适的U-F曲线进行控制。为了在低频区增大电机转矩
、变频器设有转矩补偿功能。变频器在线实时计算转矩，能在整个输出频率范围内根据负载大小自动调整U/f的比例，以满足负载特性要求。

　　此外
，在电机加速过程中
，如果负载转矩过大，超过电机峰值所决定的转矩值，则电机将无法跟踪变频器的输出频率，形成失速状态
，这在港机作业中是不允许的。为防止失速，当加速时电流峰值超过预先设置的保护值
，可通过自动减缓加速特性斜率
，以保证电机转速始终能跟踪变频器输出频率的变化，这就是变频器的失速防止功能。

　　(2)矢量控制

　　矢量控制根据直流电机的基本控制原理

，使异步电机和磁通矢量和电流矢量相互垂直，可以产生与直流电机相同的转矩及控制精度、响应速度：由于矢量控制方式能实现转矩控制，因此对于港口装卸设备这类恒转矩负载最为合适

。

　　三
、变频器及其周边设备的容量设计

　　3.1 计算容量前应考虑的因素

　　(1)负载特性

　　①负载类型重力
、摩擦、惯性
、流体
。

　　②负载性质恒转矩、恒功率
。

　　③负载变化恒定、冲击

、高启动
。

　　(2)运行方式

　　①连续运行。

　　②中、低速长时间运行。

　　③短时间运行
。

　　(3)电源质量

　　①电源变压器容量大小
。

　　②电压波动大小。

　　③频率
、相数。

　　(4)负载的最高输出功率和转速

　　3.2 电机功率计算

　　对于提升及变幅机构所需电机功率为

　　式中，W为负荷重量，kg;v为额定速度，m/min;η为机械效率。

　　行走及旋转机构计算公式与上相同，但需考虑风力造成的阻力
，故

　　式中
，μ为风阻系数。

　　启动加速转矩T为

　　式中，GD²为转动惯量
，kg·m²;n为电机额定转速，r/min;tmin为加速的最短时间，s。

　　3.3 变频器容量的计算

　　计算变频器容量P0(单位kVA)时
，应考虑如下三个原则：

　　(1)变频器容量必须满足负载功率的要求

，即

　　(2)变频器容量应大于电机容量，即

　　(3)变频器电流Ii应大于电机额定电流，即

　　    Ii≥K·IN

　　3.4 制动电阻的计算

　　当电机转速高于变频器频率所对应的同步转速时
，处于发电状态的电动机将把负载惯性产生的动能反馈到变频器中
。必须将这部分能量通过制动单元

，由外接的制动电阻释放掉。

　　(1)制动转矩TB的计算

　　式中，GDM²为电动机转动惯量
，kg·m²;GDL²为负载转动惯量，kg·m²;n1为减速初始速度，r)min;n2为减速结束速度，r/min;TL为负载转矩，kg·m
。

　　(2)制动电阻RB的计算

　　制动电流峰值由制动单元中的晶体管允许电流Ic决定
，即制动电阻的最小值

　　制动电阻所需功率PB计算如下：

　　式中，TB为电动机额定转矩，kg·m;0.2TN表示不加制动转矩
，依靠电机内部消耗亦可获得大约20%的制动转矩
，故在计算公式中要扣除0.2TN。