岸边集装箱起重机的再生制动

摘要:岸边集装箱起重机的起升机构起吊下方重物的过程是一个能量转换的过程,此时电动机处于发电状态.如何吸取这部分能量,是岸边集装箱起重机电气控制必须解决的问题.随着半导体技术的大力发展,大功率隔离门双晶体管(IGBT)产生,特别是计算机技术的发展,变频技术的日趋成熟.交流调速控制系统被广泛应用于岸桥系统，使得再生制动能量反馈技术广泛应用于岸桥的起升控制系统。

关键词:交流调速;再生制动;IGBT

1．岸桥起升机构介绍

1．1起升机械结构

起升机构除了采用专用的集装箱吊具起吊集装箱外,还可以通过吊钩梁对重件,件杂货进行装卸作业.岸桥的起升机构由一组或两组对称布置的起升绞车(分别由一台或两台电机驱动),相应的连轴器,制动器,减速器等部件组成.

1．2 起升电机控制原理

三相工频电源送入主回路中，经控制回路后输出满足控制要求的电压和频率。电机端有速度检测，检测得到的信号送入控制回路参与控制。

主回路由整流、滤波、逆变及控制回路组成，交流电源经整流、滤波后变成直流电源。其中整流器是将工频电压转换为直流电压的部分，岸桥上的整流器采用两组晶闸管构成可逆整流器，可以根据其功率可逆的特性进行再生制动运行。滤波回路（储能单元）可以抑制整流回路和逆变回路中的电压脉动，由于岸桥上的电源输出阻抗和整流器容量够大，所以这里省去了直流电抗器而采用简单的阻容滤波回路。逆变器和整流器正好相反，逆变器的作用是在所确定的时间内有规则地使六个功率开关器件导通，关断，从而将直流功率变换为所需要的电压和频率的交流输出功率。现在变频器内普遍使用的功率开关器件是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) ，也就是绝缘栅双极型晶体管。

2．再生制动

岸桥起升机构上的负载是属于位能性负载，在由变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传动系统中，当电动机减速或所拖动的位能性负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态，传动系统中所存储的机械能经异步电动机转换成电能，通过逆变桥的功率器件回馈到直流侧。这时候根据整流侧所采用的不可控的二极管还是晶闸管，又可以分为两种不同的情况。

由于整流侧采用了不可控的二极管，所以通过机械能转换过来的电能将不能及时释放，从而导致中间直流回路电力电容的电压上升。如果电动机的减速很快，电容上的电压升高很快将有可能损坏变频器。如果可以采用晶闸管整流，就可以将这些电能回馈到电网中去。

在通用变频器中，对再生能量的处理方式有二种：

1. 耗散到“制动电阻”中（采用二极管整流）

这种处理方式是在变频器直流侧加装放电电阻，将能量消耗在功率电阻上转化为热能。这种方法的特点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是频繁制动时将要消耗大量的能量，随着技术的发展以及对能源利用率的要求越来越高，基本上已经被淘汰了。

2. 使能量回馈给电网（采用晶闸管整流）

由于岸桥起升机构是频繁往返运动的机构，且起升的负载重量大（约60T），所以起升减速或下降时将有很大的再生电能产生，要将这部分能量反馈回电网，就要采用晶闸管整流（又称可逆式整流）。下面就减速过程中的能量转换产生再生电能的况作简单的阐述。

当起升机构由稳定运行进入停机运行时，系统指令变频器的输出频率由稳定数值向零减小，此时变频器的输出频率（即同步频率）低于运行频率，电动机转入发电机状态运行，电机内部的能量流程如下： P1为发电机状态下电机的转动惯性所产生的输入功率，PΩ为机械损耗功率；PΔ为附加损耗功率；Pcu2为转子铜耗功率；Pcu1为定子铜耗功率；PFe为铁心损耗功率。P1减去以上各损耗候为净回馈的输出电功率P2。在电机减速过程中，实际转速逐步减少，既便在刚停机时由变频器给电机一个充分大的负载转矩，比如同步转速为零，转差率为无穷大，此时转子电流有功分量很小，没有再生电能输出。但随着实际转速的减小，转差率将逐渐减小到零，在这一减小的过程中，转子电流有功分量逐步增加，再生电能逐步增大，此时有一个回馈功率P2达到最大值的过程，由机械功率P1转换为电功率除了电机内部损耗外，多余部分都回馈到变频器上，这样会使变频器产生过电压，现在的变频器内普遍使用制动单元来解决这个问题。我们知道，要实现再生能量回馈给电网，只能使用可逆式整流器，两组晶闸管交流器采用环流反并联，这种电路只有在主回路总可以保证其电压不低于90%额定值的一个较高质量的交流电源下，变流器才能安全地进行回馈运行。岸桥的电源是直接从高压变电房内引出，属于供电局直接供电，电源的质量可以保证。

在电动工作状态下，直流回路电流由正向桥提供，在发电制动状态下，直流回路电流将按反方向流动，流经反向桥。这是的移相角应该设定在有源逆变所需要的角度上，将能量反馈回交流电网。为保证有源逆变器稳定地工作在发电制动状态，直流回路电压被减小到大约为额定时的85％，这意味这在85％额定时电压就达到了最大值。在这个频率以上，电动机则工作在弱磁工作区。因此，在发电制动时能得到变频器额定输出功率的85％。通过这部分能量的回馈，可以将岸桥设备的平均功率因素提高至0.99。

3 结束语

、岸边集装箱起重机在作业过程中，利用的晶体管技术，将起升机构再生制动产生的能量进行处理并反馈给电网，从而达到提高设备功率因素，增加经济效益以及节能的目的。