【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流相位的延時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 （ 3）矢量控制 矢量控制通過坐標(biāo)變換將交流異步電機(jī)模型等效為直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 轉(zhuǎn)矩和電機(jī)磁通量的解耦，達(dá)到對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。磁場(chǎng)定向控制有兩種方法：磁通直接反饋型和磁通前反饋型。目前，實(shí)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(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無需檢測(cè)出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴與電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī) 參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)識(shí)別、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，有些收到了良好的效果。 橋式起重機(jī)中應(yīng)用的變頻器的型號(hào)見 章節(jié)。 凸輪控制器 簡(jiǎn)介 凸輪控制器的結(jié)構(gòu) 凸輪控制器從外部看，由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、防護(hù)結(jié)構(gòu)等三部分組成。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)。觸頭、接線柱和聯(lián)板等為電氣結(jié)構(gòu)。而上下蓋板、外罩及滅弧罩等為防護(hù)結(jié)構(gòu)。 圖 22為凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在手柄扳動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在軸上的凸輪同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪的凸起部位支住帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)杠桿上 的滾子時(shí)，便將動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開 ； 當(dāng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到凸輪凹處與滾子相對(duì)時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)在彈簧作用下，使動(dòng) 靜觸點(diǎn)緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)接通或斷開的目的。 圖 26凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理圖 (a)整體結(jié)構(gòu)圖 (b)某一層 凸輪 結(jié)構(gòu)圖 (c)結(jié)構(gòu)原理圖 1靜觸點(diǎn) 2動(dòng)觸點(diǎn) 3觸點(diǎn)彈簧 4復(fù)位彈簧 5滾輪 6絕緣方軸 7凸輪 8滅弧及上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 滅弧罩 9聯(lián)板 10手輪 凸輪控制器控制電路 圖 23 為 KT1025J/ KT1425J/ KT1060J/ KT1460J/1 型 凸輪控制器 原理圖，用來控制起重機(jī) 平移機(jī)構(gòu)或提升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。 圖 27 為 KT 型凸輪控制器原理圖 控制電路分析 由圖 27可知，凸輪控制器 SA在零位時(shí)有 9對(duì)常開觸點(diǎn)， 3對(duì)常閉觸點(diǎn)。其中4對(duì)主觸點(diǎn)用于電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 。另 5對(duì)主觸點(diǎn)用于接入與切除電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不對(duì)稱電阻?？刂破?3對(duì)常閉觸點(diǎn)用來實(shí)現(xiàn)零位保護(hù)、并配合兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的行程開關(guān)， SQl.. SQ2來實(shí)現(xiàn)限位保護(hù)。 控制電路設(shè)有過電流繼電器 KAIKA3實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過電流保護(hù)，緊急事故開關(guān) QS3實(shí)現(xiàn)事故保護(hù)，操縱室頂端艙口開關(guān) SQ4實(shí)現(xiàn)大車頂上無人且艙口關(guān)好才可開車的安全保護(hù)等。 凸 輪控制器是橋式起重機(jī)的主要電氣控制設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的起停、調(diào)速、反向上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 及正反轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖等功能都由凸輪控制器完成。目前應(yīng)用較多的是 KT KT12 及KT14 型，額定電流有 25A 和 60A 兩種。 一般 20/5 噸橋式起重機(jī)所用的凸輪控制器由三臺(tái) KT1225J/1 凸輪控制器分別控制大車、小車及吊鉤電動(dòng)機(jī)。凸輪控制器有電動(dòng)機(jī)工作電源供給部分、電阻器切換部分和安全保護(hù)部分。這三部分分別由凸輪控制的 12 對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行控制，其中 4對(duì)為電源控制用， 5 對(duì)為電阻切換用， 2 對(duì)起限位作用，還有 1 對(duì)為零位控制安全保護(hù)作用。 輪控制器按重復(fù)短時(shí)工 作制設(shè)計(jì)，其通電持續(xù)率為 25%。如用于間斷長(zhǎng)期工作制時(shí)，其發(fā)熱電流不應(yīng)大于額定電流。凸輪控制器技術(shù)數(shù)據(jù)見表 1。 表 1 KT14 系列凸輪控制器主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型 號(hào) 額定電壓/V 額定電流/A 位置數(shù) 最大功率/KW 額定操作 頻率 /次 /h 最大工作周期 /min 左 右 KT1425J/1 380 25 5 5 11 600 10 KT1425J/2 5 5 2* KT1425J/3 1 1 KT1460J/1 60 5 5 30 600 10 KT1460J/2 5 5 2*11 KT1460J/3 5 5 2*11 凸輪控制器的功能： ? 控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止。 ? 改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。 ? 控制電阻器來限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流并獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 ? 切換電阻器的電阻值調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 ? 可以適應(yīng)起重機(jī)所要求的頻繁啟動(dòng)與變速要求 ? 可以防止起重機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)超過極限位置 ? 保證在零位啟動(dòng) 根據(jù) 20/5T 橋式起重機(jī)特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)的因數(shù)，故選用型號(hào)為 KT1425J/1 的凸輪控制器。 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 主令控制器 簡(jiǎn)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。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。 主令控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理基本上與凸輪控制器相同，也是利用凸輪來控制觸點(diǎn)的斷合。主令控制器 由觸點(diǎn)、 凸 輪、定位機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸、面板及支承件等部分組成。 橋式起重機(jī)中常用的主令控制器有 LK1 LK18 系列。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：交流50HZ，額定工作電壓 380V 及直流 220V 一下；額定發(fā)熱電流 10A；額定操作頻率1200次 /h； LK18在 380V電壓，接通電流 26A， ?cos =,分?jǐn)嚯娏?， ?cos =時(shí)，電壽命為 100 萬次。圖 24 所示為 LK18 系列 主令控制器的 外形圖。 圖 24 主令 控制器 示意圖 根據(jù) 20/5T 橋式起重機(jī)特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)的因數(shù)，故選用型號(hào)為 LK1810/1102的主令控制器。 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3 橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選用 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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。由于各機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)不同，對(duì)調(diào)速要求也不相同。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 大車小車副鉤主鉤變頻器變頻器變頻器3 ~ M3 ~3 ~ M M3 ~3 ~ M變頻器PLCPLCPLCPLC主令控制器主令控制器變頻器 M變頻器變頻器變頻器 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面分別對(duì)各機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說明。 起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。不但要求高的轉(zhuǎn)速及起制動(dòng)的控制精度。而且對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求嚴(yán)格。 主起升和副起升兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)各自使用一個(gè)變頻器。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(dòng)機(jī)的額定電流，負(fù)載率。變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。通過計(jì)算，變頻器的額定電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的 倍以上。 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)二臺(tái)電動(dòng)機(jī)用一個(gè)變頻器；考慮到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速中運(yùn)行機(jī)構(gòu)共用一臺(tái)變頻器。變頻器的選擇，一般以電動(dòng)機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級(jí)的變頻器。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)時(shí)間應(yīng)盡量符合實(shí)際需要，起動(dòng)迅速而平穩(wěn) 。機(jī)構(gòu)的電氣制動(dòng)方式必須著重考慮。對(duì)不同的工況，可選擇自由制動(dòng)方式與強(qiáng)制制動(dòng)方式。在上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 運(yùn)行機(jī)構(gòu)正常停止時(shí)， 可選用自由停止方式，其停止時(shí)間可按實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)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。為保證起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以通過設(shè)定機(jī)械制動(dòng)器的打開時(shí)間、變頻器的最低運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流之間的關(guān)系，以滿足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求。 電動(dòng)機(jī)的選用 變頻調(diào)速對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動(dòng)時(shí)不同的特征。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(dòng)等方面。隨著高開關(guān)頻率的工 GBT 等電力電子器件的使用、 PWM 調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型 V/f 控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電動(dòng)機(jī)可以避開共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。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，一般無須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)推出的變頻專用電動(dòng)機(jī)由普通電機(jī)加獨(dú)立風(fēng)扇組成，以解決電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電動(dòng)機(jī)過熱問題。 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選型 起重機(jī)起升和運(yùn)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)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致 。在連續(xù)工作時(shí)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(shí)的變頻驅(qū)動(dòng)特性比變頻電機(jī)稍差。 電動(dòng)機(jī)的冷卻 一般變頻器在調(diào)速比為 1:20 的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有 150%的過載力矩值。此外，起重機(jī)電機(jī)多用于大慣量短時(shí)工作制，通常不工作時(shí)間大于或略小于工作時(shí)間。電機(jī)在起動(dòng)過程中可承受 倍額定電流值，遠(yuǎn)大于變頻起動(dòng)上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 要求的 倍值，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時(shí)電機(jī)通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的 倍電流值可不予考慮。但若電機(jī)要求在整個(gè)工作周期內(nèi)在大于 1:4 的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。 計(jì)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(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = 大車運(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = 計(jì)算如下： 主起升機(jī)構(gòu)： （ 1）初選電動(dòng)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(dòng)機(jī)樣本，選用 YZR225M8 電動(dòng)機(jī)，當(dāng) S3， %25?JC 時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率為 26KW。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)的過載校驗(yàn) 按電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許的過載系數(shù) ?M? ，對(duì)繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)， H= 所以， KWKWvGm HP qQMN ???????? ?? 根據(jù)規(guī)定 , %25?JC ， CZ=150,此時(shí) ?NP ，即 所以電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)通過。 副起升機(jī)構(gòu)： （ 1）初選電動(dòng)機(jī) ? ? ? ? NNgGQG Q 1 5 0 0 0 00 ??????? 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 smmv q / in/15 ?? ?? KWKWvGP qQj 00 50 210 00 ?? ??? ? 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用 YZR180L8 電機(jī)，當(dāng) S3， %25?JC 時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率為 13KW。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)的過載校驗(yàn) KWKWvGm HP qQMN ?? ?????? ?? 根據(jù)規(guī)定 , %25?JC ， CZ=150,此時(shí) ?NP ，即 所以電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)通過。 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)： （ 1）運(yùn)行靜阻力，大車運(yùn)行部分總質(zhì)量： ? ? ? ? NNgGQG G 5 2 5 8 1 8 6 0 02 5 0 0 0 0 ???????? 因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力 01??G ，坡度阻力 0??G ，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = 則 NNGGG GZ 6 8 2 5 8 1 81 ????? ? ? (2)運(yùn)行靜功率： ?yv 75m/min=大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率 ?? KWKWvGP yz 0 0 0 6 8 01 0 0 01 ????? ? (3)運(yùn)行加速功率 取 stsm s ,/ 2 ??? KWKWgt vGPsyG 0 0 0 2 5 8 1 0 0 22 ??? ???? ?? （ 4）初選電動(dòng)機(jī) ? ? ? ? KWPPmP MN 11 1 ??????? ?? 上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用兩臺(tái) YZR160M16電動(dòng)機(jī)，當(dāng) %25?JC ， ?NP (5)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，該大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率 %25?JC ， CZ=600，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) G=，所以， KWKWvGGP yz 0 0 0 6 8 0 0 02 ?? ???? ? 根據(jù)《橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，當(dāng) %25?JC ， CZ=600 時(shí)， ?NP ， 即 ,所以電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)通過。 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)： （ 1） 運(yùn)行靜阻力，小車運(yùn)行部分總質(zhì)量： ? ? ? ? NNgGQG G 3 1 9 8 0 6 0 02 5 0 0 0 ???????? 因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力 01