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摘要：电机调速分为有级调速和无级调速，本文将以无级调速中的变频调速为中心，简要介绍变频调速运用在天车上运用的原理、优点以及实际中变频调速在天车上的应用，并对变频调速取代转子串电阻调速的理论依据进行分析。
关键词：变频调速；变频器；天车
目前我国工业技术中许多细节还都不完善，天车上的交流接触器大多比较落后，应用效果难以令使用者满意。随着科学技术的不断发展，变频器技术日渐成熟，变频器在各个工业领域的应用日渐广泛，变频技术给传统天车带来了革新的曙光，设备的更新换代已经势在必行。
二、变频调速简介
（一）电机调速方法
电动机有两种调速方法：无级调速，有级调速。无级调速指的是电动机可以稳定平滑的调节自身转速，所以它又被称为连续调速，需要频繁改变自身转速的机器和随动系统对这种调速的要求非常高。因此此种装备在工业中被广泛使用；有级调速通常只需要一个有级变阻箱或转换开关等设备来操纵，导致它的转速也只有有限的几级，所以有级调速也称为间断调速和分级调速，当调速需求不大时，采用有级调速就可以了。
过去，在调速性能要求较高的场合中，我们一般使用直流电动机，直流电动机具有节能、调速容易、转矩较大的优点。但是直流电动机的缺点也很明显，它的制造费用昂贵，有碳刷和明显的火花，后期维修的费用也比较昂贵。交流电动机与直流电动机相比，具有结构简单、造价低廉、维修方便等特点，随着现代变频技术的发展，尤其是矢量变频技术的运用，我们已经可以用变频电机模拟成直流电机了，所以变频电机取代传统直流电机已经是时代发展的必然趋势。
（二）变频调速基本原理
变频调速具有自动诊断故障的功能，其反应速度迅捷，调速却相对平滑，有效增加了机械的使用寿命，是取代传统接触器及电阻箱的理想选择。
异步电动机的转速：n=60f（1-s）/p。其中f为电源频率；S为转差率；p为电机极对数。
可以发现，通过调整电源频率f增加、减小分子大小可以改变转速n。
又，定子电压U为：
U≈E1=4.44f W1mkw1∝f m
其中E1为定子电势；w1为定子绕组每相串联匝数；m为气隙主磁通；kw1为定子绕组的绕组系数。
考虑到天车的工作性质，我们可以通过改变U/f的协调控制方式来达到不同的调速特性。例如：迅速降低频率，使转差变负。这种情况下电机将处于再生发电运行状态，在减速过程中，若频率始终比电机转速下降得快，则可以保持再生制动不变，其回馈的能量Wf如下：
Wf=Mn/975（kW）
其中为电动机效率；n为降低的转速，r/min；M为电动机转矩，为负值，N·m。
可见，通过提升、降低频率可以有效缩短控制系统起动、制动、反转的时间，具有很好的动态性。
三、变频调速在实际上的应用
（一）实例简述
本例以我單位6#行车（16T/16T）车天行走电机改造为例，简述变频调速在天车上的应用。该天车主要用于红渣翻渣区域，在改造前，采用控制器通过档位控制切除电阻接触器的通断，再分级切除电阻箱电阻，由于现场高温、灰尘多、水蒸汽大，接触器的主触头、辅助触头经常坏，备件消耗大、维修人员工作量大。为了提升工厂整体利益，2010年10月开始对其进行变频调速改造。
（二）改造过程
一、变频器容量的选用
大车电机选用的是两台YZP180L-6 15KW的变频电机，首先，变频器容量计算的公式为：I0=nKIe，其中：n为电动机台数；Ie为电动机的额定电流；K为常数，这里选取1.33。
起重机通常布置在较高的位置，最常见的为建筑物上方，这种位置通常灰尘浓度大、温度高，所以在选择变频器容量时，我们可以依据上述公式进行相应的计算，选择最适合的变频器。需注意的是，以笔者的经验来说，在上述情况下计算出的结果应该再放大一级，虽然投资会相应的增加，但却对安全运行维护有很大的好处。
通过计算变频器选用MM440 6SE6440-2UD33-7EB1 90A。
二、大车变频器的电气原理图
由于现场环境恶劣，在天车的大梁下建立电气室，所有的电气元器件放在电气室内，联动台放在驾驶室内。改造为变频调速的方法在原电动机的电源回路中串入变频器，采用变频调速恒转矩的控制方式，为变频器输入相应的参数设置，在使用时，变频器可以通过调节输入50HZ交流电的频率来改变电机的转速。
三、大车PLC输入、输出电气原理图
四、液力制动器的必要性
在实际的施工过程中，我们常常需要快速而准确的停车，这就涉及到一个很重要的问题：当天车突然停止时，异步电动机将仍处于再生制动状态，如果此时不对电压进行限制，过高的电压很有可能会造成变频器损坏，影响正常施工。为了防止上述情况的产生，液力制动器的必要性显而易见。
五、抗干扰方法
变频调速系统一般由PLC进行控制，而外界若对变频调速系统产生干扰，则最受影响的是变频器以及PLC系统。并且干扰的主要来源是谐波干扰。若要有效抑制由这种干扰所造成的不良影响，可采取隔壁、屏蔽电缆、滤波以及接地等措施。
六、计算变频器制动电阻及功率
变频器的功率主要与电阻每次工作能够消耗多少能量以及消耗能量的过程中间隔了多少时间有关。电阻每次工作的能量消耗也依靠功率来决定。一般而言，在选择电阻时，保证其在变频器功率的50%左右即可。
七、改造结果
通过本例的改造，该天车运行正常，不仅大幅降低了运转过程中的能源损耗，还大幅降低了故障率，改造至今，通过定期维护，还未出现过一次突发故障。通过进一步分析变频调速的特点，我们发现，此改造具备如下优势：第一，控制回路极其简单，调速稳定、平滑；第二，具备故障自诊及自我保护功能，运行安全性极高；第三，控制元件过载能力高，响应快。总之，变频调速能够有效保证天车的运行效果，只要对元器件进行合理选择，无疑是能够提高工厂生产效率的。
结束语：
综上所述，变频调速控制线路简单、调速平滑、故障自动检测、反应速度快、过载能力高的特点可以很容易达到现代工艺所需的要求：正反转、多段调速、迅捷的启动和停止速度、方便快捷的故障信息检索。因此，在环境恶劣、运行速度严苛、调速需求频繁等要求下，采用绝缘栅双极型晶体管技术，具有通态压降小、断态抗阻大、开关频率高等优点的变频调速技术具有其他调速技术无可比拟的优势。
参考文献：
[1]唐荣伟，董建新.变频器在250/30t天车改造中的应用[J].包钢科技，2010（6）.
[2]浦汉军，谢小鹏，梁广炽.变频调速起重机起升动载特性[J].西安交通大学学报，2013（2）.
[3]李纯元，李联兴.西门子6SE70变频器在300T天车变频调速中的设计应用[J].消费电子，2012（9）.
[4]路义萍，邓海燕等.变频调速同步电机转子三维温度场数值模拟[J].电机与控制学报，2011（6）.
关键词：变频调速；变频器；天车
目前我国工业技术中许多细节还都不完善，天车上的交流接触器大多比较落后，应用效果难以令使用者满意。随着科学技术的不断发展，变频器技术日渐成熟，变频器在各个工业领域的应用日渐广泛，变频技术给传统天车带来了革新的曙光，设备的更新换代已经势在必行。
二、变频调速简介
（一）电机调速方法
电动机有两种调速方法：无级调速，有级调速。无级调速指的是电动机可以稳定平滑的调节自身转速，所以它又被称为连续调速，需要频繁改变自身转速的机器和随动系统对这种调速的要求非常高。因此此种装备在工业中被广泛使用；有级调速通常只需要一个有级变阻箱或转换开关等设备来操纵，导致它的转速也只有有限的几级，所以有级调速也称为间断调速和分级调速，当调速需求不大时，采用有级调速就可以了。
过去，在调速性能要求较高的场合中，我们一般使用直流电动机，直流电动机具有节能、调速容易、转矩较大的优点。但是直流电动机的缺点也很明显，它的制造费用昂贵，有碳刷和明显的火花，后期维修的费用也比较昂贵。交流电动机与直流电动机相比，具有结构简单、造价低廉、维修方便等特点，随着现代变频技术的发展，尤其是矢量变频技术的运用，我们已经可以用变频电机模拟成直流电机了，所以变频电机取代传统直流电机已经是时代发展的必然趋势。
（二）变频调速基本原理
变频调速具有自动诊断故障的功能，其反应速度迅捷，调速却相对平滑，有效增加了机械的使用寿命，是取代传统接触器及电阻箱的理想选择。
异步电动机的转速：n=60f（1-s）/p。其中f为电源频率；S为转差率；p为电机极对数。
可以发现，通过调整电源频率f增加、减小分子大小可以改变转速n。
又，定子电压U为：
U≈E1=4.44f W1mkw1∝f m
其中E1为定子电势；w1为定子绕组每相串联匝数；m为气隙主磁通；kw1为定子绕组的绕组系数。
考虑到天车的工作性质，我们可以通过改变U/f的协调控制方式来达到不同的调速特性。例如：迅速降低频率，使转差变负。这种情况下电机将处于再生发电运行状态，在减速过程中，若频率始终比电机转速下降得快，则可以保持再生制动不变，其回馈的能量Wf如下：
Wf=Mn/975（kW）
其中为电动机效率；n为降低的转速，r/min；M为电动机转矩，为负值，N·m。
可见，通过提升、降低频率可以有效缩短控制系统起动、制动、反转的时间，具有很好的动态性。
三、变频调速在实际上的应用
（一）实例简述
本例以我單位6#行车（16T/16T）车天行走电机改造为例，简述变频调速在天车上的应用。该天车主要用于红渣翻渣区域，在改造前，采用控制器通过档位控制切除电阻接触器的通断，再分级切除电阻箱电阻，由于现场高温、灰尘多、水蒸汽大，接触器的主触头、辅助触头经常坏，备件消耗大、维修人员工作量大。为了提升工厂整体利益，2010年10月开始对其进行变频调速改造。
（二）改造过程
一、变频器容量的选用
大车电机选用的是两台YZP180L-6 15KW的变频电机，首先，变频器容量计算的公式为：I0=nKIe，其中：n为电动机台数；Ie为电动机的额定电流；K为常数，这里选取1.33。
起重机通常布置在较高的位置，最常见的为建筑物上方，这种位置通常灰尘浓度大、温度高，所以在选择变频器容量时，我们可以依据上述公式进行相应的计算，选择最适合的变频器。需注意的是，以笔者的经验来说，在上述情况下计算出的结果应该再放大一级，虽然投资会相应的增加，但却对安全运行维护有很大的好处。
通过计算变频器选用MM440 6SE6440-2UD33-7EB1 90A。
二、大车变频器的电气原理图
由于现场环境恶劣，在天车的大梁下建立电气室，所有的电气元器件放在电气室内，联动台放在驾驶室内。改造为变频调速的方法在原电动机的电源回路中串入变频器，采用变频调速恒转矩的控制方式，为变频器输入相应的参数设置，在使用时，变频器可以通过调节输入50HZ交流电的频率来改变电机的转速。
三、大车PLC输入、输出电气原理图
四、液力制动器的必要性
在实际的施工过程中，我们常常需要快速而准确的停车，这就涉及到一个很重要的问题：当天车突然停止时，异步电动机将仍处于再生制动状态，如果此时不对电压进行限制，过高的电压很有可能会造成变频器损坏，影响正常施工。为了防止上述情况的产生，液力制动器的必要性显而易见。
五、抗干扰方法
变频调速系统一般由PLC进行控制，而外界若对变频调速系统产生干扰，则最受影响的是变频器以及PLC系统。并且干扰的主要来源是谐波干扰。若要有效抑制由这种干扰所造成的不良影响，可采取隔壁、屏蔽电缆、滤波以及接地等措施。
六、计算变频器制动电阻及功率
变频器的功率主要与电阻每次工作能够消耗多少能量以及消耗能量的过程中间隔了多少时间有关。电阻每次工作的能量消耗也依靠功率来决定。一般而言，在选择电阻时，保证其在变频器功率的50%左右即可。
七、改造结果
通过本例的改造，该天车运行正常，不仅大幅降低了运转过程中的能源损耗，还大幅降低了故障率，改造至今，通过定期维护，还未出现过一次突发故障。通过进一步分析变频调速的特点，我们发现，此改造具备如下优势：第一，控制回路极其简单，调速稳定、平滑；第二，具备故障自诊及自我保护功能，运行安全性极高；第三，控制元件过载能力高，响应快。总之，变频调速能够有效保证天车的运行效果，只要对元器件进行合理选择，无疑是能够提高工厂生产效率的。
结束语：
综上所述，变频调速控制线路简单、调速平滑、故障自动检测、反应速度快、过载能力高的特点可以很容易达到现代工艺所需的要求：正反转、多段调速、迅捷的启动和停止速度、方便快捷的故障信息检索。因此，在环境恶劣、运行速度严苛、调速需求频繁等要求下，采用绝缘栅双极型晶体管技术，具有通态压降小、断态抗阻大、开关频率高等优点的变频调速技术具有其他调速技术无可比拟的优势。
参考文献：
[1]唐荣伟，董建新.变频器在250/30t天车改造中的应用[J].包钢科技，2010（6）.
[2]浦汉军，谢小鹏，梁广炽.变频调速起重机起升动载特性[J].西安交通大学学报，2013（2）.
[3]李纯元，李联兴.西门子6SE70变频器在300T天车变频调速中的设计应用[J].消费电子，2012（9）.
[4]路义萍，邓海燕等.变频调速同步电机转子三维温度场数值模拟[J].电机与控制学报，2011（6）.