【正文】 具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，當(dāng)重物的重力大于傳動機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時，重物本身的重力（位能）將成為下降的動力，電動機(jī)變成能量的接受者，故屬于動 力負(fù)載。 異步電動機(jī)功率計算及選型 A. 主鉤電 動 機(jī) 功率 1） 主鉤 電動機(jī)初選功率 額定 載 重 :Q=30t=30000kg 吊鉤自重 :Gz==810kg 額定起吊速度 :V=η取 ， g=根據(jù)公式： Pj=1000 η)gVG(Q q0?計算得 Pj= 0 . 9 51 0 0 0 0 . 1 )8 1 0( 3 0 0 0 0 ? ??? = 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 26 頁 根據(jù) 文獻(xiàn) [4]，電動機(jī)選型為 YZBF250M28，當(dāng) S3， JC=25%時，電動機(jī)允許功率42KW、電流 86A，當(dāng) S3， JC=40%時，電動機(jī)允許功率 37KW、電流 80A。中央處理單元 CPU 是 PLC 的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成 ， 主昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 24 頁 要用于接收并存儲從編程器輸入的用戶程序 ， 檢查編程過程是否出錯 ， 進(jìn)行系統(tǒng)診斷 ，解釋并執(zhí)行用戶程序 ， 完成通信及外設(shè)的某些功能。目前，外資品牌在中國中、低壓變頻器市場占主導(dǎo)地位，主要是 ABB、西門子、富士電動機(jī)、三菱電動機(jī)、安川電動機(jī)、臺達(dá)、施耐德、艾默生等。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 23 頁 4）控制電路 ， 控制電路常由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。 2）逆變器 ， 負(fù)載側(cè)面的 輸出部分 為逆變器。 3）變頻異步電動機(jī)的主磁路設(shè)計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓（電壓補(bǔ)嘗）。 圖 3 中曲線 1 為 U f1 為額定參數(shù)下固有機(jī)械特性；曲線 2 為降低頻率，即恒壓頻比不變的人為機(jī)械特性；曲線 3 為頻率更低時的人為機(jī)械特性。繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 20 頁 串級調(diào)速即屬于這一類，它將轉(zhuǎn)差功率通過整流和逆變作用，經(jīng)變壓器回饋到交流電網(wǎng)，但沒有以發(fā)熱形式消耗能量，即使在低速時，串級調(diào)速系統(tǒng)的效率也是很高的。 Ef 越大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速越低。 定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)就是在恒定交流電源與交流電動機(jī)之間接入晶閘管作為交流電壓控制器，這種調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)僅適用于一些屬短時與重復(fù)短時作深調(diào)速運(yùn)行的負(fù)載。 第二章 交流電機(jī)變頻調(diào)速和變頻器及 PLC 的原理和技術(shù) 交流異步電機(jī)變頻調(diào)速原理和技術(shù)發(fā)展 交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，維護(hù)容易，運(yùn)行可靠，價格便宜，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，檢修成本低歉，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣范運(yùn)用，但其調(diào)速機(jī)械 特性和性能遠(yuǎn)不及直流電動機(jī)，使其在工業(yè)生產(chǎn)需要調(diào)速運(yùn)行工藝中受限。 E. 變頻器有故障顯示、分析及參數(shù)臨控功能，便于使用和維修，也可實現(xiàn)自動及遠(yuǎn)程控制。 4 小車電機(jī) YZR160M16 1000 5 主鉤制動器 MZS145H 2400 6 副鉤制動器 MZD1300 1400 7 大車制動器 MZD1200 700 8 小車制動器 MZD1200 700 9 主鉤電阻器 RQ32YZR250M28 /6Y4 5700 10 副鉤電阻器 RT32YZR160M26/1B 3000 11 大車電阻器 RT32YZR160L6/2R1 1600 2 臺 12 小車電阻器 RT32YZR160M16/1B 700 13 保護(hù)配電柜 GQR5GCDD600*500*500 4000 14 總電源接觸器 LC1D245Q5C（施耐德） 3600 15 總過流繼電器 JL12300A 80 16 大車過流繼電器 JL1220A 120 2 臺 17 小車過流繼電器 JL1215A 114 2 臺 18 主鉤主令控制器 QTB2 12020 一體式起重控制臺 19 副鉤主令控制器 20 大車凸輪控制器 21 小車凸輪控制器 22 磁力控制屏 PQR10A250 1700*1100*450 5000 23 主鉤過流繼電器 JL12200A 146 2 臺 24 副鉤過流繼電器 JL12100A 134 2 臺 25 正轉(zhuǎn)接觸器 LC1D95Q7C（施耐德） 1802 2 臺 26 反轉(zhuǎn)接觸器 LC1D95Q7C（施 耐德） 1802 2 臺 27 反接制動接觸器 LC1D80Q7C（施耐德） 2798 4 臺 28 加速接觸器 LC1D80Q7C（施耐德） 5596 8 臺 29 制動接觸器 LC1D80Q7C（施耐德） 1399 2 臺 30 零壓保護(hù)繼電器 CJ1010 120 2 臺 31 主鉤限位開關(guān) LX311 270 32 副鉤限位開關(guān) LX311 270 33 小車限位開關(guān) LX1011 160 2 臺 34 大車限位開關(guān) LX1011 160 2 臺 35 門安全開關(guān) LX19111 28 36 緊急開關(guān) LX311H 30 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 15 頁 續(xù)表 起重機(jī)大修技術(shù)路線方案二的設(shè)備選型 序號 設(shè)備名稱 型號規(guī)格 市場價（元） 備注 合計 66369 元 起重機(jī)電氣系統(tǒng)大修技術(shù)路線三 起重機(jī)電氣系統(tǒng)大修技術(shù)路線三：采用目前應(yīng)用已很成熟的 PLC+變頻器組合實現(xiàn)寬范圍調(diào)速的先進(jìn)技術(shù)方案。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 12 頁 B. 起重機(jī)操作工雖通過熟練操作技藝，克服設(shè)備性能上的不足，基本保障了生產(chǎn)起吊作業(yè)，但這加速了起重機(jī)電氣設(shè)備技術(shù)性能進(jìn)一步惡化，同時也給起重機(jī)操作工帶來不小的安全生產(chǎn)壓力。保護(hù)設(shè)置有電動機(jī)過流保護(hù)、短路保護(hù)、失壓保護(hù)、控制器的零位聯(lián)鎖、司機(jī)室及欄桿門安全開關(guān)保護(hù)等。 D. 起重機(jī)大車、小車凸輪控制器觸頭經(jīng)常燒斷。 E. 起重機(jī)在操作中經(jīng)常陌名其妙的電磁響聲，還以為又出故障。 D. 起重機(jī)大修后，應(yīng)使起重操作工的勞動強(qiáng)度有所降低，減輕起重操作工生產(chǎn)壓力 。 關(guān)鍵詞 ： 起重機(jī)；常規(guī)控制；通用變頻器； PLC；可行性； 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 2 頁 第一章 設(shè)計項目來源 項目來源 概況 某企業(yè)現(xiàn)有一臺 30/5 噸橋式起重機(jī)， 由 重慶 起重機(jī)廠設(shè)計生產(chǎn)， 于 1990 年 安裝投 用至今 ，主要用來起吊發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)透平和轉(zhuǎn)子，完成必需的檢修或安裝等等作業(yè)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 。隨著使用年限增加，起重機(jī)電氣故障頻率逐年上升，已影響到單位 24 小時不間斷的生產(chǎn)。 橋式起重機(jī)電氣故障現(xiàn)狀調(diào)研 起重機(jī)操作工 現(xiàn)狀反映 起重機(jī)操作工是橋式起重機(jī)的使用和操作者，對起重機(jī)生產(chǎn)使用時存在故障情況反映整理如下： A. 起重機(jī)操作使用中，偶有發(fā)生瞬時溜鉤現(xiàn)象，操作工處理一失誤，將造成設(shè)備和人身傷害的重大事故，帶來起重操作工很大壓力，有時都不愿上起重機(jī)生產(chǎn)操作，想換崗位。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 4 頁 H. 起重機(jī)一出故障，經(jīng)常停在半 空中，上也上去，下也下不去，不得動彈。 G. 起重機(jī)一出故障，經(jīng)常停在半道上，處理故障時，不能通過起重機(jī)的正常上下梯道上到起重機(jī)操作，只能高空攀爬欄桿，進(jìn)到起重機(jī)上，非常不安全。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 6 頁 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 7 頁 起重機(jī)電氣設(shè)備及其功能 結(jié)合電氣主回路 圖 1 和主鉤、副鉤控制回路及總電源保護(hù)控制回路圖 2， 橋式起重機(jī)電氣 設(shè)備及其功能分析見表 。 橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)大修技術(shù)路線 起重機(jī)電氣系統(tǒng)大修技術(shù)路線一 起重機(jī)電氣系統(tǒng)大修技術(shù)路線一：采用電氣設(shè)備原型號更新方式，設(shè)備選型方案和市場參考價見表 。技術(shù)路線二的投資較省，接觸器選用進(jìn)口電氣，主鉤副鉤主令控制器、大車小車凸輪控制器選用一體式聯(lián)動臺，也不存在電氣設(shè)計問題，僅部分設(shè)備安裝尺寸變小了，此方案也是基本上保在原有技術(shù)水平上。 H. 點(diǎn)動功能實現(xiàn)十分簡單。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 18 頁 從式中可以看出，調(diào)節(jié)交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三大類方案 : 1)改變電動 機(jī)的磁極對數(shù) 由異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0=60f1/p 可知，在供電電源頻率 f1 不變的條件下，通過改接定子繞組的連接方式來改變異步電動機(jī)定子繞組的磁極對數(shù) P，即可改變異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 電磁轉(zhuǎn)差離臺器調(diào)速系統(tǒng)，是由鼠籠式異步電動機(jī)、 電磁轉(zhuǎn)差離合器以及控制裝置組合而成。且采用變頻起動更能顯著改善交流電動機(jī)的起動性能，大幅度降低電機(jī)的起 動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。在改變 n0 的兩種調(diào)速方案中，又因變極對數(shù)調(diào)速為有極調(diào)速，且極數(shù)很有限，調(diào)速范圍窄，所以，目前在交流調(diào)速方案中，變頻調(diào)速是最理想 最有前途的交流調(diào)速方 。在進(jìn)行電動機(jī)選擇時，除了考慮一 般的異昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計 說 明 書 第 21 頁 步電動機(jī)參數(shù)滿足需求之外，還考察異步電動機(jī)變頻調(diào)速時發(fā)熱、電磁干擾、轉(zhuǎn)矩不變等要求。 6） 冷卻 方式采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電動機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電動機(jī)驅(qū)動。 3）中間直流環(huán)節(jié) ， 由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。上世紀(jì) 80 年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30～ 40%。 第三章 橋式起重機(jī)電氣設(shè)備參數(shù)計算和選型 橋式起重機(jī)改造前升降機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) 主鉤額定載重 Q=30t，主鉤吊鉤自重 Gz=，減速機(jī)型號 ZQ85,速比 ,額定起吊速度 V=，卷筒直徑 D=650mm，配用電動機(jī) YZR250M28 37KW，動滑輪組速比 m=4。 2） 副 鉤 電動機(jī)過載校驗 電動機(jī)過載能力必須滿足條件： PN≥TmλH 1000 η)gVG(Q q0? 根據(jù) 文獻(xiàn) [4]， 電動機(jī)轉(zhuǎn)矩允許倍數(shù)λ T 為 ， 鼠籠異步電 動 機(jī) 系數(shù) H 取值 ,電動機(jī)個數(shù) m 為 1 臺 則TmλH 1000 η)gVG(Q q0? = ? =≤ 11KW (PN) 結(jié)論：電動機(jī)過載能力 校驗通過，所選電動機(jī) YZBF160L6 能滿足需求。一般的 PWM、 SPWM 通用變頻器是使 U1/f1=常數(shù)，保持主磁通 Φ 1 不變來調(diào)速， f1 下降到較低時，會導(dǎo)致電動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性變 “ 軟 ” ，如圖 3 所示，并且會造成電動機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，故橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)用變頻調(diào)器 選 用 PWM、 SPWM 的通用變頻器一般 只適用于小功電動機(jī) ， 而且在 f1 下降 時，變頻器必須帶定子電壓補(bǔ)嘗特性， 當(dāng)然 采用矢量控制方式的變頻器 很理想，只是目前價格較貴 。 根據(jù)文獻(xiàn) [4]， YZBF160L6 11KW 電動機(jī)的額定電流：當(dāng) JC=100%時為 ，JC=25%時為 ； 按電動機(jī) JC=25%時的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據(jù)文獻(xiàn)[10]，型號為 “ FRA54015KW” 型變頻的額定電流為 31A，能滿足 副鉤 電動機(jī) FC=25%啟動電流的需要。 2）按電動機(jī) 低速時的最大電流 選擇 在橋式起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)中，因為升、降速時的電流較大，尤其是低速時，選擇變頻器功率時應(yīng) 以 電動機(jī)在低速時的最大電流，即 S3 工作方式時 FC=25%的定子電流 IM（ 具體數(shù)據(jù)可以查電動機(jī) 產(chǎn)品規(guī)范）為參考，按 變頻器的額定電流 IN＞ IM 的原則來選取。此外，還要考慮對位能的處理。 B. 副 鉤電 動 機(jī) 極數(shù) 額定起吊速度： v =； 卷筒直徑 : D = 380 mm = m； 動滑輪組 : m = 2 減速機(jī)傳動速比 :i= 卷筒 的轉(zhuǎn)速計算為 :nj= mv/Dπ =( 2)/( )= m/min 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速計算為 :nd=nj i= =976 r/min 電動機(jī)極對數(shù)計算為 :p=60f1/nd=(60 50)/ 976= 計算結(jié)果結(jié)合 文獻(xiàn)