【正文】 都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性和系統(tǒng)跟蹤誤差產(chǎn)生較大的影響。目前，變頻器己經(jīng)發(fā)展到除非有超同步調(diào)速的要求或呈 1:20 以上的大速比、低調(diào)速要求或特低噪聲要求外，一般無(wú)須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電機(jī)。 ，橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)停車過(guò)程要盡量平穩(wěn)，避免吊鉤擺動(dòng)或者機(jī)構(gòu)搖晃。 使用這樣的設(shè)計(jì)，變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定能保證機(jī)構(gòu)練好的調(diào)速精度以及起制動(dòng)性能，由于起升機(jī)構(gòu)電機(jī)需要使用脈沖編碼器為速度的反饋裝置。通過(guò)這三部分的不同運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重物橫向縱向和垂直的運(yùn)送，大大 17 的提高了搬運(yùn)貨物的效率同時(shí)減少了對(duì)工人的工作量 ，如圖 31 所示 。另一種是從三角形改成雙星形，寫(xiě)成 △ /YY。如何讓電動(dòng)機(jī)按照希望的方式運(yùn)轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)調(diào)速是中多用戶的要求。根據(jù)這個(gè)理論，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來(lái)近似 正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法被稱為 SPWM。 變頻器類型 變頻器的分類方 法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為 PAM控制變頻器、 P WM 控制變頻器和高載頻 PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為普通用變頻器、高性能變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器。本文采用變頻調(diào)速經(jīng)行對(duì)電機(jī)的調(diào)速。 起重機(jī)采用 “三合一 ”驅(qū)動(dòng)裝置，吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，讓其不受主梁振的影響，有效的提高了運(yùn)行機(jī)構(gòu)的性能和壽命，并且使得結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，外形美觀等特點(diǎn)。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)相關(guān)的技術(shù)還相對(duì)落后。 1820 年法國(guó)人制造了第一臺(tái)木制的橋式起重機(jī)， 1880 年德國(guó)制造了第一臺(tái)用鋼材料、以電力拖動(dòng)的橋式起重機(jī)，他的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是集中驅(qū)動(dòng)，美國(guó)在 1889 年成功研制了一臺(tái)分別驅(qū)動(dòng)的 橋式起重機(jī)，俄國(guó)的普地洛夫斯基工廠 1890 年成功制造一臺(tái)集中驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)橋式起重機(jī)。這樣的系統(tǒng)存在諸多缺陷如： (1)控制系統(tǒng)中需要使用大量的繼電器，發(fā)出指令后需要各個(gè)繼電器 依次 做出動(dòng)作大大降低了系統(tǒng)的可靠性、操作性 ，同時(shí) 效率低下。橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的載物工具，為國(guó)民生產(chǎn)做出了重大的貢獻(xiàn)。 (4)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 ,機(jī)械特性軟 ,負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化 ,調(diào)速不理想。英國(guó)由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)，工業(yè)生產(chǎn)停滯不前，橋式起重機(jī)的生產(chǎn)今年來(lái)已無(wú)大發(fā)展。這些因素往往都影響了我國(guó)起重機(jī)行業(yè)在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)中敗下陣來(lái)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的橋式起重機(jī)制造產(chǎn)業(yè)正面臨著挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的新形勢(shì)。 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，若磁通量太弱，沒(méi)有充分的利用電動(dòng)機(jī)的磁芯；若磁通量增大又稱出現(xiàn)磁通飽和的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致過(guò)大的磁 通電流，引發(fā)繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，因此要盡量保持每級(jí)磁通量 m? 為額定值不變。變頻器用途主要如下三方面： （ 1） 調(diào)速：變頻器可把頻率固定的交流電變換成頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對(duì)稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號(hào)相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符 合 PSWM 控制的要求。由于恒壓頻比系統(tǒng)沒(méi)有形成環(huán)路反饋，控制參數(shù)需要根據(jù)負(fù)載的不同來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；又由于此系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率很低，轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)特性較差；此系統(tǒng)中存在定子電阻和逆變器的開(kāi)關(guān)延遲。 14 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過(guò)控制電流、磁鏈等量來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控矢量來(lái)控制。電動(dòng)機(jī)得到的可控頻率的交流電源來(lái)自變頻器，變頻器是實(shí)現(xiàn)電機(jī)可調(diào)速的關(guān)鍵 部件。 P L C 變 頻 器 交 流 電 機(jī)旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器+n 圖 33 電機(jī)速度控制系統(tǒng) 起升機(jī)構(gòu)。 、多機(jī)構(gòu)同時(shí)工作的要求，對(duì)電氣傳動(dòng)的同步性有較高的要求。在 gt 時(shí)間，電動(dòng)機(jī)溫度有所上升來(lái)不及達(dá)到溫度值，而 0t 期間，溫升也來(lái)不及下降到 0 。 25 PKgvCKPMpMCN ????? c os1000c ??? （ KVA） （ 33） 其中： ?cos 電機(jī)的功率因數(shù)， ?? P 起升額定負(fù)載所需功率， KW M? 電動(dòng)機(jī)效率， M? = CNP 變頻器容量， KVA K 系數(shù)， K =2 通過(guò)負(fù)載功率計(jì)算得到起升機(jī)構(gòu)變頻器容量的數(shù)據(jù)，在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上一般都選擇高一等級(jí)的方法選擇變頻器容量。因此起重機(jī)采用 4 級(jí)電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻電機(jī)。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，是由于在實(shí)現(xiàn)能量變換過(guò)程中在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗并變 成熱量使電動(dòng)機(jī)的溫度上升 [1 2 ]。 如圖 34 所示。一般來(lái)說(shuō)都選擇功率大一級(jí)的變頻器。在電氣控制系統(tǒng)中 ,其供電一般是通過(guò)電纜卷筒將電源輸送到中心電器上 ,起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng) ,電氣控制部分集中在操作室和電氣房?jī)?nèi) ,安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。?dāng)磁極對(duì)數(shù)減少一半，同步轉(zhuǎn)速就提高一倍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也提高一倍。微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波 形變得比較容易。 變頻器的控制電路 變頻器的控制電路包括主控電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路、信號(hào)電路和保護(hù)電路等幾個(gè)電路部分，這些電路構(gòu)成了變頻器的核心部分。低頻時(shí)， 1E 和 1U 數(shù)值較小，定子阻抗壓降所占的比重顯著，不能忽略，可以把電壓 U 提高一些，便于近似的不補(bǔ)償定子壓降。 PLC 配置方式和數(shù)目，設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)硬件部分。此外遙控裝置用于起重機(jī)在國(guó)外也使用的很廣泛，特別是大型的冶金廠已經(jīng)成功的應(yīng)用。橋式起重機(jī)在其他行業(yè)中也被廣泛地應(yīng)用如今在生產(chǎn)車間、貨運(yùn)碼頭、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所都有它的身影，可以說(shuō)橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的重型運(yùn)輸機(jī)械。橋式起重機(jī)具有一種承載能力大，工作可靠性高，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)操作員和 P LC的通信，從而達(dá)到對(duì)橋式起重機(jī)的運(yùn)行控制和故障監(jiān)測(cè)。近年來(lái)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也得到了極大的進(jìn)步。于是在可編程控制系統(tǒng)（ P LC）下結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)的橋式起重機(jī)孕育而生，同時(shí)在此系統(tǒng)中加入 了 PG 卡構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路系統(tǒng)有效地提增了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，使起重機(jī)工作可靠，使用方便，操作簡(jiǎn)單，還具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果明顯 [1 ]。改革開(kāi)放后，中國(guó)的橋式起重機(jī)行業(yè)才有機(jī)會(huì)和國(guó)外（特別是西方）國(guó)家接觸，學(xué)習(xí)了很多先進(jìn)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝，逐漸減少了與西方的差距。 ，提高整機(jī)性能 法國(guó) Patain 公司采用窄偏軌箱形梁作為主梁，其高、寬比外 4～ 左右，大筋板間距為梁高的 2 倍，不用小筋板，主梁與端梁的連接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁 的上蓋板，有此刻降低端梁的高度，便于運(yùn)輸。 隨著計(jì)算機(jī)特別 是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不多發(fā)展，才促使變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)，這是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然趨勢(shì)，這些技術(shù)都適合發(fā)展大起重重量的起重機(jī)；提高機(jī)器運(yùn)行的速度，擴(kuò)大調(diào)速的范圍，提高了起重機(jī)的精確度，增強(qiáng)了起重機(jī)機(jī)體和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命，改善了操作工人的操作環(huán)境；保證操作員和地面人員的人身安全，提高自動(dòng)化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)程距控制的范圍，滿足了頻繁使用橋式起重機(jī)的倉(cāng)庫(kù)、環(huán)境惡劣的礦物冶煉的車間等場(chǎng)所。 公式（ 22）需要考慮基頻（額定功率）以下和基頻以上兩種情況。變頻器結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示 ： 圖 21 變頻器機(jī)構(gòu)示意圖 整流電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；儲(chǔ)能電路具有儲(chǔ)能和平穩(wěn)直流電壓的作用，主要原因是變頻器的負(fù)載一般為電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)載，運(yùn)行是儲(chǔ)能電路和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率。三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變 [7 ]。轉(zhuǎn)差率控制與開(kāi)環(huán)的 V/F 控制相比，該系統(tǒng)的加減平滑，閉環(huán)的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。 表 變頻器調(diào)速和串 電阻 調(diào)速 比較 名稱 變頻器 串電阻 調(diào)速精度 高 低 沖擊電流 小 大 加減速 平穩(wěn) 波動(dòng)大 節(jié)能效果 平均節(jié)能 20% 不能節(jié)能 閘瓦磨損 較小 嚴(yán)重 維護(hù)費(fèi)用 低 高 安全性 高 低 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 故障率 低 高 15 發(fā)熱量 小 大 觸頭氧化 無(wú) 嚴(yán)重 停車位 準(zhǔn)確 不準(zhǔn)確 機(jī)械震動(dòng) 小 大 控制線路 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 16 第 3 章 橋式起重機(jī)頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 橋式起重機(jī)是減輕笨重體力勞動(dòng)，提高作業(yè)效 率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備。 如圖 32 所示。 主起升和副起升兩臺(tái)電機(jī)分別使用一臺(tái)變頻器。 22 電機(jī)、變頻器和常用輔件的選擇 選擇系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首要的是在工作條件下電動(dòng)機(jī)的功率的選擇，同時(shí)還要確定電動(dòng)機(jī)的電流種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。這類電機(jī)的共同特點(diǎn)是起動(dòng)能力強(qiáng)、過(guò)載能力大、慣性小、機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣材料的等級(jí)高，較多采用封閉式結(jié)構(gòu)、臨界轉(zhuǎn)差率 ms 設(shè)計(jì)得較高 [1 4 ]。m At 加速時(shí)間， s N 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速， r/min 如果運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)在 300s 內(nèi)電動(dòng)機(jī)有大于 60s 加速時(shí)間的 26 時(shí)候，變頻器容量應(yīng)該按下式計(jì)算 )(c o s MjMCN PPKP ?? ??。在這種工作制中通常通電率在 6 0%以下（國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有 15%、 25%、 40%、60%四種，一個(gè)周期的總時(shí)間規(guī)定為 min100 ??ttg ），負(fù)載一般都為大慣性系統(tǒng)。 顯示故障點(diǎn)，放置事故的發(fā)生。 控制方面采用 PG 卡的矢量控制方式。 18 用旋轉(zhuǎn)編碼器使得電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)的負(fù)反饋，給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)由 P LC 高速計(jì)數(shù)模塊的反饋可知道實(shí)際的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相差多少。由于變頻器具有軟啟動(dòng)、軟停止的功能，對(duì)閘瓦的磨損較小，加減速平穩(wěn)，安全性高，且四象限運(yùn)行節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，因此采用變頻調(diào)速為最佳方案。但是矢量控制在設(shè)計(jì)是需要了解電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，需要考慮參數(shù)識(shí)別、參數(shù)補(bǔ)償?shù)姆桨?，?huì)起到一定的效果。正弦調(diào)制波的頻率 rf 即是逆變器的輸出頻率 1f 改變 rf 便可改變 1f 。 （ 3）提高自動(dòng)化控制水平：變頻器內(nèi)置有 32 位或 16 位的中央 10 處理器，具有多種邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度高；外部有較多開(kāi)關(guān)信號(hào)或模擬信號(hào)和通信接口，控制功能強(qiáng)，并且可以實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)控制。 8 從式（ 22）可知， m? 的值由 1E 和 f 共同決定，對(duì) 1E 和 f 進(jìn)行適當(dāng)控制，就可以使磁通 m? 保持額定值不變。改變橋式起重機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)可以有效的減少開(kāi)啟、制動(dòng)對(duì)其的沖擊，所以采用何種調(diào)速方式也決定了橋式起重機(jī)的性能好壞。起重機(jī)的大車小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用三合一的驅(qū)動(dòng)裝置，這樣結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重較輕，簡(jiǎn)化了總體布置。 解放前我國(guó)的橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)都處于空白狀態(tài)，解放后由于國(guó)家對(duì)該行業(yè)的重視，才有了高速的發(fā)展。 P LC 的出現(xiàn)撼動(dòng)了工業(yè)控制領(lǐng)域中繼電 2 器的主導(dǎo)地位， P LC 體積小采用模塊化的設(shè)計(jì)思路其程序編譯簡(jiǎn)單易于上手安裝方便，在很多領(lǐng)域中已經(jīng)取代了輸了龐大易于出錯(cuò)的繼電器。這樣的控制系統(tǒng)存在著效率底下、可靠性差、操作復(fù)雜、耗能巨大、維修困難等缺點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 橋式起重機(jī) 變頻器 可編程控制器 II ABSTRACT Bridge crane is a kind of mon goods transport, has been widely used in factories, docks, warehouses. Bridge crane is the modern industrial production important slide in the tool, efficiency is very high. Traditional bridge crane USES is the manner in which the rotor series resistance of the line of control of the bridge crane. Under such control systems there is efficiency, poor reliability, maintenance difficulties shortings and so on. In order to make the bridge crane more in line with the current production demand, adopting new type of control system instead of the original rotor loop se