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[摘要]：随着科技的飞速发展，港口煤炭装卸作业中对自动化的要求越来越高，而随着变频器的更新换代，其在港口发展的进程中扮演着越来越重要的角色。本文主要对其基本原理以及在卸车作业中的各种优点进行了描述和讨论。
[关键词]：变频器 异步交流电动机 交流电 调速 控制 电压 电流
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）35- 0385-01
1、引言
在工业控制领域，传统的现场控制方式已经越来越不能满足港口卸车作业自动化的要求，这种控制方式不但耗时、费力而且很不完善。工业自动化控制系统发展到今天，随着通讯和电子技术的不断提高，摆脱了以传统的现场控制方式为主体的控制方式，出现了利用上位机通过现场总线通信来控制生产线的全新模式。本文主要阐述了变频器对现场设备良好的控制性和准确性。
2、变频器的工作原理
变频器就是把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置。
2.1变频器的作用
变频器的输入端（R，S ，T）接至频率固定的三相交流电源，输出端（U，V， W）输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电机。
现在黄骅港一期翻车机系统使用的变频器就是采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。在我们黄骅港翻车机房中的定位车、推车机和翻车机，都是通过变频器来改变三相异步交流电动机的电压和频率来实现变速、停止、转向和制动的。
2.2变频调速的构成
一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机和控制电路3大部分组成，静止式变频装置的输入是三相式单相恒频、恒压电源，输出则是频率和电压均可调的三相交流电。至于控制电路，变频调速系统要比直流调速系统和其他交流调速系统复杂得多，这是由于被控对象—感应电动机本身的电磁关系以及变频器的控制均较复杂所致。因此变频调速系统的控制任务大多是由微处理机承担。
2.3 交-直-交变频器
交-直-交变频器由主电路和控制电路组成。主电路由整流电路（交—直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直—交变换）组成。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入/输出电路和驱动电路等构成，其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及各种保护功能等，可采用模拟控制或数字控制。
2.4异步交流电动机比直流电动机的优点。
卸车作业中的定位车、推车机和翻车机调速都是通过异步交流电动机的速度的改變来完成的。三相交流异步电机的结构简单、坚固、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、化工、港口等工业领域发挥着巨大作用，变频器的出现实现了用可调速的交流电机来代替直流电机，从而降低了成本，提高了运行的可靠性。应用交流调速，每台电机将节能20%以上，而且在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能效果。
异步交流电动机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。变频调速是以变频器向交流电机供电，从而实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。
3、变频器在翻车机系统应用中的优点
变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制定位车和推车机行走的速度方向和停止的位置，同时也可以精确的控制翻车机翻转的角度、速度和方向。变频应用可以大大地提高卸车工艺的高效性（变速不依赖于机械部分），同时可以比原来的定速运行电机更加节能。
3.1 控制电机的启动电流。 当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动（也可适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。
3.2 降低电力线路电压波动。 在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降
3.3 启动时需要的功率更低。 电机功率与电流和电压的乘积成正比， 那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响， 从而将受到电网运行商的警告， 甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停， 就不会产生类似的问题。
3.4可控的加速功能。 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行均匀地加速，而且其加速曲线也可以选择（直线加速、S形加速或者自动加速）。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。
3.5 可调的运行速度。 运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。
3.6可调的转矩极限。 通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能达到3%～5%左右。在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。
3.7受控的停止方式。 如同可控的加速一样， 在变频调速中， 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择（减速停车、自由停车、减速停车+直流制动），同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。
3.8 节能 定位车、推车机和翻车机采用变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频后投资回报就更快。
3.9可逆运行控制 在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。
3.10 减少机械传动部件 由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出， 从而节省齿轮箱等机械传动部件， 最终构成直接变频传动系统。从而就能降低成本和空间， 提高稳定性。
4、结束语
本文讲述了变频器的变频调速在翻车机房系统中的应用。主要对其从操作性、安全性、精确控制以及节能等各个方面进行了论述，比传统的机械控制调速更安全、更准确、效率也更高。随着科技的发展，变频器在工业领域的广泛应用，必将大大的推进各个领域工业自动化的进程。
参考文献：
满永奎 等，通用变频器及其应用第3版[M].机械工业出版社，2012.
石秋洁，变频器应用基础[M].机械工业出版社，2003.
[关键词]：变频器 异步交流电动机 交流电 调速 控制 电压 电流
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）35- 0385-01
1、引言
在工业控制领域，传统的现场控制方式已经越来越不能满足港口卸车作业自动化的要求，这种控制方式不但耗时、费力而且很不完善。工业自动化控制系统发展到今天，随着通讯和电子技术的不断提高，摆脱了以传统的现场控制方式为主体的控制方式，出现了利用上位机通过现场总线通信来控制生产线的全新模式。本文主要阐述了变频器对现场设备良好的控制性和准确性。
2、变频器的工作原理
变频器就是把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置。
2.1变频器的作用
变频器的输入端（R，S ，T）接至频率固定的三相交流电源，输出端（U，V， W）输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电机。
现在黄骅港一期翻车机系统使用的变频器就是采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。在我们黄骅港翻车机房中的定位车、推车机和翻车机，都是通过变频器来改变三相异步交流电动机的电压和频率来实现变速、停止、转向和制动的。
2.2变频调速的构成
一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机和控制电路3大部分组成，静止式变频装置的输入是三相式单相恒频、恒压电源，输出则是频率和电压均可调的三相交流电。至于控制电路，变频调速系统要比直流调速系统和其他交流调速系统复杂得多，这是由于被控对象—感应电动机本身的电磁关系以及变频器的控制均较复杂所致。因此变频调速系统的控制任务大多是由微处理机承担。
2.3 交-直-交变频器
交-直-交变频器由主电路和控制电路组成。主电路由整流电路（交—直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直—交变换）组成。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入/输出电路和驱动电路等构成，其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及各种保护功能等，可采用模拟控制或数字控制。
2.4异步交流电动机比直流电动机的优点。
卸车作业中的定位车、推车机和翻车机调速都是通过异步交流电动机的速度的改變来完成的。三相交流异步电机的结构简单、坚固、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、化工、港口等工业领域发挥着巨大作用，变频器的出现实现了用可调速的交流电机来代替直流电机，从而降低了成本，提高了运行的可靠性。应用交流调速，每台电机将节能20%以上，而且在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能效果。
异步交流电动机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。变频调速是以变频器向交流电机供电，从而实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。
3、变频器在翻车机系统应用中的优点
变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制定位车和推车机行走的速度方向和停止的位置，同时也可以精确的控制翻车机翻转的角度、速度和方向。变频应用可以大大地提高卸车工艺的高效性（变速不依赖于机械部分），同时可以比原来的定速运行电机更加节能。
3.1 控制电机的启动电流。 当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动（也可适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。
3.2 降低电力线路电压波动。 在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降
3.3 启动时需要的功率更低。 电机功率与电流和电压的乘积成正比， 那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响， 从而将受到电网运行商的警告， 甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停， 就不会产生类似的问题。
3.4可控的加速功能。 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行均匀地加速，而且其加速曲线也可以选择（直线加速、S形加速或者自动加速）。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。
3.5 可调的运行速度。 运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。
3.6可调的转矩极限。 通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能达到3%～5%左右。在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。
3.7受控的停止方式。 如同可控的加速一样， 在变频调速中， 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择（减速停车、自由停车、减速停车+直流制动），同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。
3.8 节能 定位车、推车机和翻车机采用变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频后投资回报就更快。
3.9可逆运行控制 在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。
3.10 减少机械传动部件 由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出， 从而节省齿轮箱等机械传动部件， 最终构成直接变频传动系统。从而就能降低成本和空间， 提高稳定性。
4、结束语
本文讲述了变频器的变频调速在翻车机房系统中的应用。主要对其从操作性、安全性、精确控制以及节能等各个方面进行了论述，比传统的机械控制调速更安全、更准确、效率也更高。随着科技的发展，变频器在工业领域的广泛应用，必将大大的推进各个领域工业自动化的进程。
参考文献：
满永奎 等，通用变频器及其应用第3版[M].机械工业出版社，2012.
石秋洁，变频器应用基础[M].机械工业出版社，2003.