【正文】 浪費(fèi)大，效率低。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問(wèn)題，變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。而變頻調(diào)速技術(shù)真正高速發(fā)展時(shí)期，應(yīng)該是在 PWM 調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)發(fā)展之后。1) 高性能的智能控制變頻器380V 系統(tǒng)的低壓變頻器是國(guó)內(nèi)的主要研究對(duì)象，應(yīng)用交流調(diào)速的基本理論，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制、模糊控制，或其他智能控制等手段，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)辨識(shí)，以期達(dá)到自適應(yīng)、自調(diào)整的最優(yōu)控制。這種控制方案要求計(jì)算機(jī)的控制速度較高，并有足夠的精度。多重化技術(shù)就是為了解決輸出波形問(wèn)題。而高壓電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果是比較明顯的，大功率的風(fēng)機(jī)和水泵用電動(dòng)機(jī)一般都是高壓電動(dòng)機(jī)。從某種意義上講，由于目前國(guó)內(nèi)還不能完全生產(chǎn)高質(zhì)量的合格電力電子器件，而且，國(guó)外低壓變頻器的性能價(jià)格比也比國(guó)內(nèi)自己研究的變頻器高得多。無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)。而且，也有一定的成果出現(xiàn)。 從交流驅(qū)動(dòng)來(lái)講：常規(guī)的常采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，為滿足重物下放時(shí)的低速，一般依靠能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)，后來(lái)還采用渦流制動(dòng)，還有靠轉(zhuǎn)子反饋控制制動(dòng)、反接制動(dòng)、單相制動(dòng)器抱閘松勁的所謂軟制動(dòng)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研制變頻調(diào)速，PLC 可編程序控制器的應(yīng)用控制系統(tǒng)的性能更加完美。2) 交流調(diào)速控制系統(tǒng)：對(duì)于起重機(jī)械來(lái)講，交流驅(qū)動(dòng)仍是國(guó)內(nèi)普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻來(lái)調(diào)速。法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等大電氣公司亦在這方面展開(kāi)了重點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)。3) 變頻調(diào)速：變頻調(diào)速技術(shù)是國(guó)際上各大電氣公司在 70 年代末 80 年代投入全力研制、開(kāi)發(fā)，也是國(guó)際國(guó)內(nèi)這幾年全力研制應(yīng)用的目標(biāo)與方向。 直流電動(dòng)機(jī)之所以與有良好的控制性能，其根本原因是當(dāng)勵(lì)磁電流恒定時(shí)，控制電樞電流的大小就能無(wú)時(shí)間滯后的控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的大小。而矢量控制是從根本上解決了這個(gè)問(wèn)題，使交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。 傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題 橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)橋式起重機(jī)制造廠和使用部門(mén)在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。由于傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子回路串接電阻進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，致使機(jī)械沖擊頻繁，振動(dòng)劇烈，因此電氣控制上應(yīng)采用平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速是解決問(wèn)題的有效手段。由于傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)通常采用轉(zhuǎn)子回路串接電阻進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，盡管起動(dòng)性能與調(diào)速性能較交流鼠籠型電動(dòng)機(jī)有很大改善，但由于采用有級(jí)調(diào)速，依然存在以下問(wèn)題：1)控制檔位較多時(shí)，控制電路復(fù)雜，系統(tǒng)的故障率較高；2)在換檔時(shí)依然存在電流與轉(zhuǎn)矩沖擊，重載情況下尤為突出；3)低速定位時(shí)由于采用“倒拉反接制動(dòng)”運(yùn)行方式，轉(zhuǎn)子中串入了較大電阻導(dǎo)致機(jī)械特性變得很軟，低速定位困難；4)能量損耗大，特別是重載低速時(shí)的損耗尤其嚴(yán)重第 2 章 調(diào)速系統(tǒng)介紹調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱為往下調(diào)。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。?4) 調(diào)速的穩(wěn)定性調(diào)速的穩(wěn)定性是用來(lái)說(shuō)明電動(dòng)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率來(lái)表示。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速 的大小有關(guān)。5) 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 電動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則這種調(diào)速的方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。另一類生產(chǎn)機(jī)械，例如起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等則要求電動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩，因此，它希望電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的性能。f 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素時(shí)希望保持每極磁通量 為額定值不變。三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： (26)mkNfE??114.式中： —?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為 V；1E — 定子頻率，單位為 Hz；f —定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；1N —定子基波繞組系數(shù)；k —每極氣隙磁通量，單位為 Wb；由公式可知，只要控制好 和 ，m? 1Ef便可以控制磁通中 不變，需要考慮基頻 (額定頻率)以下和基頻以上兩種情況；m1) 基頻以下調(diào)速當(dāng)電源頻率 在基頻以下調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，但在調(diào)節(jié)電源頻率的同1f時(shí)，必須同時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的定子電壓 ，且始終保持 常數(shù)，否則電動(dòng)機(jī)無(wú)1U?1/f法正常工作。可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)額基頻以下的調(diào)?NfUf139。所以，電源頻率上調(diào)時(shí)，只能維持電動(dòng)機(jī)定子相電壓 不變。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速” 。因此，在不同頻率下，最大轉(zhuǎn)矩保持不變，且對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速降也不變。所以起動(dòng)1212212 //)(/ fxfRCUxRfCUTst ????轉(zhuǎn)矩隨頻率下降而增加。此時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性如圖31f?1f29 所示： n123NnNf12f3ToNf?1如圖 29 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性第 3 章 變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速所用的變頻電源有兩種，一種是變頻機(jī)組，另一種是靜止的變頻裝置變頻器。前者是將頻率固定的交流電源變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源，其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換頻率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，一般在 ，故主要用于容量較2/01Nf?大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。 電壓型變頻器是指變頻器整流后是由電容來(lái)濾波，現(xiàn)在使用的交—直—交變頻器大部分為電壓型變頻器。這種調(diào)壓方式很少使用。 1)．整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。此外，由于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻以及其它輔助電路。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量就靠這之間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。為解決上述問(wèn)題，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制方式。從圖中可以看到，脈沖的寬度 越大，脈沖的間隔 越小，輸出電壓的平均值就越大。圖 32a 為調(diào)制前的波形，電壓周期為，圖 32b 為調(diào)制后的波形，電壓周期為 。2tDNXTa )b )a) 調(diào)制前的波形 b) 調(diào)制后的波形圖 32 脈寬調(diào)制的輸出電壓由于變頻器的輸出是正弦交流電，即輸出電壓的幅值是按正弦波規(guī)律變化，因此在一個(gè)周期內(nèi)的占空比也必須是變化的，也就是說(shuō)在正弦波的幅值部分，取大一些，在正弦波到達(dá)零處， 取小一些，如圖 33 所示。當(dāng) V1 導(dǎo)通時(shí)，在 A 相負(fù)載上得到的電壓與 V2 導(dǎo)通時(shí)在 A 相負(fù)載上得到的電壓方向相反。在這里，把希望得到的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到期望的 PWM 波形。正半周 trau?V1 導(dǎo)通 V2 截止正半周 tra?V1 關(guān)斷 V2 截止負(fù)半周 trau?V2 導(dǎo)通 V1 截止負(fù)半周 tra?V2 關(guān)斷 V1 截止表 35 單極性 SPWM 調(diào)制規(guī)律a 當(dāng) 時(shí)，逆變管 VV 2 導(dǎo)通，決定了 SPWM 系列脈沖的寬度 ；當(dāng)ru1 1t 時(shí)，逆變管 VV 2 截止，決定了 SPWM 系列脈沖的間隔寬度 。b 每半個(gè)周期內(nèi)逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變管中，只有一個(gè)按規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)則完全截止。由于控制對(duì)象只有一個(gè) ，所以控制電路相對(duì)要簡(jiǎn)單。a 雙極性 SPWM 調(diào)制規(guī)律：不分正、負(fù)半周， 時(shí)，V 1 導(dǎo)通，V 2 截止，rat輸出為正，即為 的正脈沖寬度； 時(shí)，V 2 導(dǎo)通，V 1 截止， 輸出為負(fù)，即OuAOuraut AOu為 的負(fù)脈沖寬度，見(jiàn)圖 37b 同理可畫(huà)出 、 的輸出波形，見(jiàn)圖 37c 與圖 3A BOC7d。 rutrarburctAO2/dU?BOuCO wttwttwtBOABu??dU ab cde)))))2/d/d2圖 37 雙極性 SPWM 調(diào)制波形第 4 章 可編程序控制器 概述 可編程控制器的產(chǎn)生隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷的涌現(xiàn)。當(dāng)時(shí)人們把第一臺(tái)可編程控制器叫做可編程序邏輯控制器 PLC，只是用來(lái)取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時(shí)、記數(shù)等較少的功能。 可編程序控制器的主要功能近年來(lái) PLC 把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體。此外，PLC 還具有很強(qiáng)的自診斷功能，可以迅速方便地檢查判斷出故障，縮短檢修時(shí)間。4) 功能強(qiáng) PLC 具有很強(qiáng)的功能，能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC 自診斷能力強(qiáng)，能判斷和顯示出自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時(shí)只需更換插入式模塊，維護(hù)方便。從上述 PLC 的功能特點(diǎn)可見(jiàn)，在許多方面可以取代繼電接觸控制。近幾年來(lái)國(guó)外 PLC 產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)已有許多單位在消化吸收引進(jìn) PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，仿制或研制 PLC 產(chǎn)品。1) 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，CPU 通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。4) 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V，+12V，+24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作，電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部：對(duì)于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。 當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；當(dāng)與監(jiān)視器 (CRT)相連時(shí)，可將過(guò)程圖像顯示出來(lái)；當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤(pán)和發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。程序可以存盤(pán)或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。完成上述 3 個(gè)階段稱作 1 個(gè)掃描周期。PLC 控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源。主要抗干擾措施 1)采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 2) 電纜選擇的敖設(shè) 3) 硬件濾波及軟件抗干擾措施 4) 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)第 5 章 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部件選型 概述 橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成 橋式起重機(jī)俗稱行車，是工礦企業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛的一種起重機(jī)。 橋式起重機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)和對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求1) 負(fù)荷特點(diǎn) 各拖動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩 都與 “阻力” 和回轉(zhuǎn)半徑 的乘積成正比：LTLFLR = (51)R在大車和小車拖動(dòng)系統(tǒng)中， 是摩擦力，而在吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)中， 是被吊LF物和吊鉤的重力。所以，拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)LT有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；c 重物下降時(shí)，除空鉤和極輕負(fù)載外，在絕大多數(shù)情況下，都是依靠自身的重力而下降的。a 首先，通過(guò)變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動(dòng)和直流制動(dòng)把運(yùn)動(dòng)中的大車、小車或吊鉤迅速而準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)速降為 0(使它們停住)；b 對(duì)于吊鉤，常常需要重物在半空中停留一段時(shí)間(如重物在空中平移時(shí))，而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾(如在平移過(guò)程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電)，可靠性較差。a 上升運(yùn)行 重物的上升，完全是電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果。nBA39。a 上升運(yùn)行 工作點(diǎn)右移至 點(diǎn)和 點(diǎn)。C39。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要求橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制動(dòng)作包括：大車的左、右行；小車的前、后行；吊鉤的升、降等。防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題是：1) 電磁制動(dòng)器在通電到松開(kāi)(或從斷電到抱閘)之間是需要時(shí)間的，約 (視型號(hào)和大小而定) 。2) 重物升降的控制過(guò)程a 設(shè)定一個(gè) “升降起始頻率 ” ，當(dāng)變頻器的工作頻率上升到 時(shí)，將暫RDf RDf停上升。b 啟動(dòng)前的直流強(qiáng)勵(lì)磁功能變頻器可以在啟動(dòng)前自動(dòng)進(jìn)行直流強(qiáng)勵(lì)磁。采用變頻調(diào)速后，操作手柄的受力將很小，不易損壞；d 控制系統(tǒng)的故障率大為下降 原系統(tǒng)是十分復(fù)雜的接觸繼電器系統(tǒng)進(jìn)行控制的，故障率較高。3) 調(diào)速質(zhì)量明顯提高 采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達(dá) 1：50 以上，調(diào)速精度達(dá) 1%。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 56 所示：圖 56 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要技術(shù)規(guī)格1) 起重量 10t ；2) 起升速度 ；3) 運(yùn)行速度 ； 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)要求1) 起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:10；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:6；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:4。4) 起升機(jī)構(gòu)應(yīng)保證能起吊 倍額定載荷的重物，能在空中停住，且不溜鉤。c 使用 F 級(jí)絕緣系統(tǒng)，在高次諧波作用下仍可保證可靠絕緣。2) 變頻器的選型某些公司已有針對(duì)起重機(jī)的專用變頻器，但價(jià)格昂貴。b 可配備制動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。表 56 變頻調(diào)速系統(tǒng)的配置變頻器型號(hào) 電機(jī)型號(hào)（容量/kW） 備注起升機(jī)構(gòu) 6SE64402AD315DA1 YTP160L4(15