【正文】 MI — 電機(jī)額定電流， A （ 2）運行機(jī)構(gòu) 采用變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)調(diào)速，運行機(jī)構(gòu)根據(jù)異步電動機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機(jī)實際運行中的電流值（最大值）來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（ ～ ）電動機(jī)的額定電流或電動機(jī)實際運行中的最大電流。這里選用適用于起重機(jī)使用的三菱公司的 FRF540系列變頻器。 計算及電機(jī)的選取 根據(jù)書上及網(wǎng)上所查得的有關(guān)本課題所需數(shù)據(jù)如下： 小車車輪直徑：Φ 315mm 大車車輪直徑：Φ 630mm 起重機(jī)總 重： 小車自重： 吊鉤自重： 500kg 小車運行摩擦阻力系數(shù) ? = 大車運行摩擦阻力系數(shù) ? = 計算如下： 主起升機(jī)構(gòu)： （ 1）初選電動機(jī) ? ? ? ? NNgGQG Q 2 2 0 1 1 0 0 0 0 0 00 ??????? smmv q / in/ ?? KWKWvGP qQj ????? ? 根據(jù)電動機(jī)樣本，選用 YZR225M8 電動機(jī)，當(dāng) S3， %25?JC 時，電動機(jī)允許功率為 26KW。 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電動機(jī)的選型 起重機(jī)起升和運行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于 1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在 60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。在上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 運行機(jī)構(gòu)正常停止時， 可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產(chǎn)中的運行情況設(shè)定，以盡量滿足司機(jī)操作橋式起重機(jī)的需要為主。變頻器運行的效率為依據(jù)。由于各機(jī)構(gòu)的特點不同，對調(diào)速要求也不相同。主要用作起重機(jī)、軋鋼機(jī)及其它生產(chǎn)機(jī)械磁力控制盤的主令控制。如用于間斷長期工作制時，其發(fā)熱電流不應(yīng)大于額定電流?？刂破?3對常閉觸點用來實現(xiàn)零位保護(hù)、并配合兩個運動方向的行程開關(guān)， SQl.. SQ2來實現(xiàn)限位保護(hù)。觸頭、接線柱和聯(lián)板等為電氣結(jié)構(gòu)。但是轉(zhuǎn)差頻率控制并未能實施對電機(jī)瞬間時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，而且動態(tài)電流相位的延時會影響系統(tǒng)的實際動態(tài)響應(yīng)。開關(guān)輸入接口接收外部的邏輯控制命令，開關(guān)輸出接口向外部發(fā)出變頻器運行、故障等狀態(tài)信號；模擬量輸出接口向外部提供變頻器的頻率、電流等運行參數(shù)。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。 圖 25 變頻器主電路 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 （ 1）電力電子開關(guān)器件 電力半導(dǎo)體器件己經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨型晶體管 (GTR)，功率 MOSFET、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)為代表的功率集成器件 (PID),以智能化功率集成電路 (SPIC)，高壓功率集成電路 (HVIC)為代表的功率集成電路 (PIC)等三個發(fā)展時期。 圖 23 基頻以上調(diào)速 時的機(jī)械特性 由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動勢必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。如果電動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電都能在溫升允許條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，所以轉(zhuǎn)矩也恒定。對于直流電動機(jī)來說，勵磁是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持 m?不變是很容易做到的。為此，有必要對橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。今后還會更加注重起重運輸機(jī)械的安全性，重視司機(jī)的工作條件。上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 為了考慮綜合效益，要求這部分起重運輸機(jī)械盡量減少外形尺寸，簡化結(jié)構(gòu)，降低造價和使用維護(hù)費用，按最新設(shè)計理論開發(fā)出來的這類設(shè)備比我國用傳統(tǒng)理論設(shè)計的同類產(chǎn)品自重輕 20％。將各種起重運輸機(jī)械的單元組合為成套系統(tǒng)，加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，提高自動化程度，改善人機(jī)系統(tǒng)。目前，世界上最大的浮式起重機(jī)起重重量達(dá)6500t，最大的履帶起重機(jī)起重重量為 3000t，最大橋式 起重機(jī)起重重量為 1200t。本章以吊鉤橋式起重機(jī)的電氣設(shè)備進(jìn)行討論與分析。 bridge crane。 特點，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)采用 PLC 控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。 針對橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)上，并進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計。 frequency conversion。其中以吊鉤橋式起重機(jī)應(yīng)用最廣。 當(dāng)今，起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢有以下幾點： 、高效率化發(fā)展。 ，系統(tǒng)化和規(guī)模化發(fā)展。有相當(dāng)數(shù)量的起重運輸機(jī)械作業(yè)并不十分頻繁。開發(fā) 性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。相對發(fā)達(dá)國家而言，我國的相關(guān)技術(shù)水平差距較大，主要技術(shù)難度體現(xiàn)在：起重機(jī)對電控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性要求越來越高，起重機(jī)的起重量及運行速度等技術(shù)參數(shù)越來越大，起重機(jī)的自動化程度越來越高，起重機(jī)對管理和通訊的性能要求越來越嚴(yán)格。磁通太弱，沒有充分利用電動機(jī)的鐵心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁 通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因為繞組過熱而損壞電動機(jī)。 圖 21 基頻以下調(diào)速時的機(jī)械特性 這和他勵直流變壓調(diào)速的特性相似，所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，特性曲線就折回來了。 在基頻 1Nf 以上變頻調(diào)速時，由于電壓 1V = N1V 不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，如圖 23所示。 變頻器簡介 變頻器的主電路 這里 主要介紹電壓源型交 直 交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。 （ 3）逆變電路 逆變 電路是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。 變頻器的控制接口（包括模擬量輸入輸出接口和開關(guān)量輸入輸出接口）用于變頻 器與外部交換信息。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制引入可速度閉環(huán)，使轉(zhuǎn)速變化頻率與實際轉(zhuǎn)速同步上升 或降落，與 V/F 控制相比，更容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。其中手柄、轉(zhuǎn)軸、凸輪、杠桿、彈簧、定位棘輪為機(jī)械結(jié)構(gòu)。另 5對主觸點用于接入與切除電動機(jī)轉(zhuǎn)子不對稱電阻。 輪控制器按重復(fù)短時工 作制設(shè)計，其通電持續(xù)率為 25%。 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 主令控制器 簡介 主令控制器是 按照預(yù) 定程序 用以頻繁切換復(fù)雜的多回路控制電路的主令電器。 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 3 橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選用 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 控制系統(tǒng)由繼電器控制改為 PLC 控制，各機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。變頻器的選擇，應(yīng)以選 擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動機(jī)的額定電流，負(fù)載率。對不同的工況，可選擇自由制動方式與強(qiáng)制制動方式?，F(xiàn)在國內(nèi)推出的變頻專用電動機(jī)由普通電機(jī)加獨立風(fēng)扇組成，以解決電動機(jī)在低速運轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電動機(jī)過熱問題。但若電機(jī)要求在整個工作周期內(nèi)在大于 1:4 的速比下持續(xù)運行則必須采用他冷式電機(jī)。其中本系統(tǒng)選用三菱變頻器，三菱變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的放容損失。 斷路器 為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電動機(jī)額定電流的 — ，整定值為斷路器額定值的 3— 4倍。常在其直流電路中加接 — 檢測直流電壓的晶體管。 （ 2）制動轉(zhuǎn)矩 BT 的計算 BT =b2T2Mt375 2n1nGDGD ））（（ ? LT 式中 2MGD —— 電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和（ N外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的 輸入變量，他們經(jīng) PLC 外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng) PLC 內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行各種控制。 工作數(shù)據(jù)存儲器 也稱系統(tǒng) RAM 存儲器。 控制大車電動機(jī)。 抗干擾的主要措施有； （ 1）輸入信號電纜、輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。 （ 6）引至 PLC 柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置。 ，采用 PLC 該控制系統(tǒng)，使橋式起重機(jī)工作可靠，使用方便，同時具有動態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果好。 總結(jié)本文的主要工作有以下幾點 : 1. 根據(jù)橋式起重機(jī)的運行特點，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)主要由 PLC 控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。所以，對數(shù)字信號和模擬信號，在任何情況下，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。 控制升降機(jī)。輸出接口也含開關(guān)量輸出接口及模擬量輸出接口。 PLC 進(jìn)入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序命令，解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算術(shù)運算，根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像儲存器的內(nèi)容，再經(jīng)過輸出部件實現(xiàn)輸出控制。 6. 電纜選購 由于高次諧波的驅(qū)動效應(yīng)，電纜的實際使用面積減少，單位實際工作電阻增大，電纜壓降有增大的趨勢，故所配電纜一般大于常 規(guī)使用值。 m）； MT —— 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 (在附加電阻制動的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的 20%左右 )（ N 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 交流電抗器容量按電機(jī)容量配置，可參見變頻器生產(chǎn) 廠推薦的配置表或按下列公式計算 : L=TfI2 U%5%2 ）（ 式中 : L—— 電抗器容量（ H）； U—— 額定電壓（ V）； I—— 電機(jī)額定電流（ A）（電抗電流值為電機(jī)額定電流的 — ）； F—— 最大周波數(shù)（ Hz）。而且要求盡可能地快速起動、制動。 變頻器選擇及電流驗證 （ 1）起升機(jī)構(gòu) 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的 倍。 （ 2） 電動機(jī)的過載校驗 KWKWvGm HP qQMN ?? ?????? ?? 根據(jù)規(guī)定 , %25?JC ， CZ=150,此時 ?NP ，即 所以電動機(jī)校驗通過。在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動等方面。變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。 起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。 橋式起重機(jī)中常用的主令控制器有 LK1 LK18 系列。 ? 改變電動機(jī)的運動方向。目前應(yīng)用較多的是 KT KT12 及KT14 型，額定電流有 25A 和 60A 兩種。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在手柄扳動下轉(zhuǎn)動時，固定在軸上的凸輪同軸一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪的凸起部位支住帶動動觸點杠桿上 的滾子時，便將動觸點與靜觸點分開 ； 當(dāng)轉(zhuǎn)軸帶動凸輪轉(zhuǎn)動到凸輪凹處與滾子相對時，動觸點在彈簧作用下，使動 靜觸點緊密接觸，從而實現(xiàn)觸點接通或斷開的目的。目前，實用中較多采用后者，又稱為轉(zhuǎn)差率矢量控制，由于其沒有實現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測出磁通，因而容易實現(xiàn)。 現(xiàn)在變頻調(diào)速的控制方法 交流電機(jī)的控制遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜的多?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器的優(yōu)劣。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。 把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來，可得圖 14 所示的異步電動機(jī)變頻調(diào)上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 速控制特性。這時，可以人為的把電壓 1V 抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。有上式（ ）可知，要保持 m? 不變，當(dāng)頻率 1f 從額定值 1Nf 向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低1E，使1E/1f =常數(shù)，即采用電動勢與頻率之比恒定的控制方式。大車運行速度為 75m/min，小車運行速度為 45m/min。 課題研究的目的和意義 近年來，隨著計算技術(shù)和電力電子 器件的迅猛發(fā)展，同時也帶動電氣傳動和自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展。通過計算機(jī)模擬與仿真，開展對起重運輸機(jī)械載 荷變化規(guī)律、動態(tài)特性和疲勞特性的研究，尋求參數(shù)與機(jī)種的最佳匹配與組合；開展對可靠性的試驗研究，全面采用極限狀態(tài)設(shè)計法、概率設(shè)計法和可靠性設(shè)計等，利用 CAD 提高設(shè)計效率與質(zhì)量，與計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)相銜接，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與制造一體化。許多通用起重運輸機(jī)械是成系列成批量的產(chǎn)品。 、智能化、集成化和信息化發(fā)展。 圖 11 橋式起重機(jī)整體示意圖 1駕駛室 2輔助滑線 3磁力控制器 4起重小車 5大車拖動電動機(jī) 6端梁 7主滑線 8主梁 9電阻箱 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢 起重機(jī)作為一種古老的機(jī)械，時至今日，在其承 載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、取物裝置、控制系統(tǒng)及安全裝置各方面都有了很大的發(fā)展，其設(shè)計理論、制造工藝。根據(jù)其運動形式不同，分為橋式類起重機(jī)與臂架式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 控制橋式起重機(jī)