【正文】 根據(jù)文獻(xiàn) [4]， YZBF160L6 11KW 電動(dòng)機(jī)的額定電流：當(dāng) JC=100%時(shí)為 ，JC=25%時(shí)為 ； 按電動(dòng)機(jī) JC=25%時(shí)的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據(jù)文獻(xiàn)[10]，型號(hào)為 “ FRA54015KW” 型變頻的額定電流為 31A，能滿足 副鉤 電動(dòng)機(jī) FC=25%啟動(dòng)電流的需要。 2）按電動(dòng)機(jī) 低速時(shí)的最大電流 選擇 在橋式起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)中，因?yàn)樯⒔邓贂r(shí)的電流較大，尤其是低速時(shí)，選擇變頻器功率時(shí)應(yīng) 以 電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的最大電流，即 S3 工作方式時(shí) FC=25%的定子電流 IM（ 具體數(shù)據(jù)可以查電動(dòng)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。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(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性變 “ 軟 ” ，如圖 3 所示，并且會(huì)造成電動(dòng)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(dòng)機(jī) ， 而且在 f1 下降 時(shí)，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(jià)格較貴 。此外，還要考慮對(duì)位能的處理。 2） 副 鉤 電動(dòng)機(jī)過載校驗(yàn) 電動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許倍數(shù)λ T 為 ， 鼠籠異步電 動(dòng) 機(jī) 系數(shù) H 取值 ,電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù) m 為 1 臺(tái) 則TmλH 1000 η)gVG(Q q0? = ? =≤ 11KW (PN) 結(jié)論：電動(dòng)機(jī)過載能力 校驗(yàn)通過，所選電動(dòng)機(jī) YZBF160L6 能滿足需求。 B. 副 鉤電 動(dòng) 機(jī) 極數(shù) 額定起吊速度： v =； 卷筒直徑 : D = 380 mm = m； 動(dòng)滑輪組 : m = 2 減速機(jī)傳動(dòng)速比 :i= 卷筒 的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nj= mv/Dπ =( 2)/( )= m/min 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nd=nj i= =976 r/min 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)計(jì)算為 :p=60f1/nd=(60 50)/ 976= 計(jì)算結(jié)果結(jié)合 文獻(xiàn) [9]定型生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用極數(shù)為 6 極電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 1000r/min，才能滿足額定起升速度要求。 第三章 橋式起重機(jī)電氣設(shè)備參數(shù)計(jì)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(hào) ZQ85,速比 ,額定起吊速度 V=，卷筒直徑 D=650mm，配用電動(dòng)機(jī) YZR250M28 37KW，動(dòng)滑輪組速比 m=4。 PLC 是一種工業(yè) 控制計(jì)算機(jī) ， 基本結(jié)構(gòu) 有中央處理單元（ CPU 板） 、存儲(chǔ)器、 I/O接口 、系統(tǒng)總線。上世紀(jì) 80 年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 30～ 40%。進(jìn)入 2020 年后，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，變頻器的在我國(guó)應(yīng)用越來越普及，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)和人民的日常生活中，變頻器產(chǎn)品也從以大功率雙極晶體管 (GTR)為主的時(shí)代發(fā)展為以絕緣柵晶體管 (IGBT)為主的時(shí)代。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 3）中間直流環(huán)節(jié) ， 由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。變 頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成 ： 1）整流器 ， 電網(wǎng)側(cè)面的 輸入部分 是整流器，最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè) 二極管 成的三相橋式 電路， 它的作用是把三相（也可以是單相）交流整流成直流。 6） 冷卻 方式采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2）為抑制電流中的高次諧波，適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的電感。在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)，除了考慮一 般的異昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 21 頁(yè) 步電動(dòng)機(jī)參數(shù)滿足需求之外，還考察異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)發(fā)熱、電磁干擾、轉(zhuǎn)矩不變等要求。在恒壓頻比條件下（ U1/f1=常數(shù)），鼠籠異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性是，隨頻率降低時(shí)，機(jī)械特性基本是平行下移的，但頻率越低時(shí)，輸出最大轉(zhuǎn)矩會(huì)變小，如圖 3 所示。在改變 n0 的兩種調(diào)速方案中，又因變極對(duì)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 。 2)轉(zhuǎn)差功率回饋型 這種調(diào)速系統(tǒng)的大部分轉(zhuǎn)差功率通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或者加以利用，轉(zhuǎn)速越低回饋的功率越多，但是增設(shè)的裝置也要多消耗一部分功率。且采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度降低電機(jī)的起 動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁(yè) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)就是在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中引入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的反向電勢(shì) Ef，只要改變這個(gè)附加的，同電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓同頻率的反向電勢(shì) Ef，就可以對(duì)繞 線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行平滑調(diào)速。 電磁轉(zhuǎn)差離臺(tái)器調(diào)速系統(tǒng)，是由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、 電磁轉(zhuǎn)差離合器以及控制裝置組合而成。 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法很多，常用的方案有：異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速，電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速和繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，串級(jí)調(diào)速等。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁(yè) 從式中可以看出，調(diào)節(jié)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三大類方案 : 1)改變電動(dòng) 機(jī)的磁極對(duì)數(shù) 由異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù) P，即可改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0，從而達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)然技術(shù)路線方案三不足的是受資金限制大車、小車仍采用繞線式電動(dòng)機(jī)串電阻進(jìn)行調(diào)速方式。 H. 點(diǎn)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)十分簡(jiǎn)單。 D. 采用頻率檢測(cè)和電機(jī)電流檢測(cè)技術(shù)，只有在電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)才能開始轉(zhuǎn)動(dòng)，解決了溜鉤問題。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(dòng)臺(tái)，也不存在電氣設(shè)計(jì)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。 2 副鉤電機(jī) YZR160L6 11KW 2500 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 14 頁(yè) 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(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào)規(guī)格 市場(chǎng)價(jià)（元） 備注 3 大車電機(jī) YZR160M26 3000 電機(jī)利舊，送電機(jī)修理廠大修價(jià)。 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(hào)更新方式，設(shè)備選型方案和市場(chǎng)參考價(jià)見表 。 綜上所述，起重機(jī)電氣故障原因綜合分析 有以下機(jī)點(diǎn)： A. 橋式起重機(jī) 投用年限已久， 電氣 設(shè)備整體技術(shù)性能下降，導(dǎo)致近來起重機(jī)電氣故障頻發(fā)。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁(yè) 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 7 頁(yè) 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 。 大車、小車控制選用凸輪控制器直接 實(shí)現(xiàn) 平移機(jī)構(gòu)的 起停及運(yùn)行速度的控制 ，主鉤、副鉤選用常規(guī)接觸器繼、繼電器、主令控制器組合 實(shí)現(xiàn) 升降 機(jī)構(gòu)起停及運(yùn)行速度的控制 。 G. 起重機(jī)一出故障，經(jīng)常停在半道上，處理故障時(shí)，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。 C. 起重機(jī)主鉤、副鉤的主令機(jī)械磨損快，出現(xiàn)檔位定不位、檔位節(jié)點(diǎn)閉合順序錯(cuò)亂。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁(yè) 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(dòng)彈。 D. 起重機(jī)在操作中，常出現(xiàn)速度變動(dòng)大，要快速時(shí)，速度提不起，要慢速時(shí)，速度減不下，操作中找不著檔位。 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(duì)起重機(jī)生產(chǎn)使用時(shí)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(shí)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(shí)都不愿上起重機(jī)生產(chǎn)操作，想換崗位。 C. 在外購(gòu)設(shè)備費(fèi)用不超的情況下，應(yīng)采用當(dāng)前較為先進(jìn)技術(shù)方案進(jìn)行大修，且電氣設(shè)備盡量換新 。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(shí)不間斷的生產(chǎn)。并 結(jié)合 生產(chǎn)工藝需求 ， 對(duì) 橋式起重機(jī) 的主鉤、副鉤電動(dòng)機(jī)、主、副鉤變頻器、 PLC 等主要電氣設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型，完成了電氣控制原理圖設(shè)計(jì)， PLC 程序設(shè)計(jì)以及對(duì)改造設(shè)計(jì)后的橋式起重機(jī)進(jìn)行通電調(diào)試。 。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為 獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 。 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(jì) 說 明 書 第 2 頁(yè) 第一章 設(shè)計(jì)項(xiàng)目來源 項(xiàng)目來源 概況 某企業(yè)現(xiàn)有一臺(tái) 30/5 噸橋式起重機(jī)， 由 重慶 起重機(jī)廠設(shè)計(jì)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)。鑒于此，用戶單位擬計(jì)劃對(duì) 30/5 噸橋式起重機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行大修，以恢復(fù)起重機(jī)能無(wú)故障連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行的基本技術(shù)要求，滿足企業(yè)生產(chǎn)。 D. 起重機(jī)大修后，應(yīng)使起重操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低，減輕起重操作工生產(chǎn)壓力 。 B. 主鉤、副鉤未設(shè)點(diǎn)動(dòng)功能，起重機(jī)操作工在重物作微量移動(dòng)時(shí)，只能靠快速操作控制器手柄來實(shí)現(xiàn)，安全方面取決于操作 工的熟練程度。 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。 I. 起重機(jī)主鉤、副鉤、大車、小車操作分屬四個(gè)獨(dú)立操作控制器，操作工操作量大，緊急情況下，搞得手忙腳亂的。 D. 起重機(jī)大車、小車凸輪控制器觸頭經(jīng)常燒斷。 H. 對(duì)起重機(jī)操作使用 中，發(fā)生瞬時(shí)溜鉤時(shí)，即時(shí)組織人員對(duì)起重機(jī)進(jìn)行全面檢查，均未發(fā)現(xiàn)任何故障點(diǎn)，然后對(duì)吊車進(jìn)行滿負(fù)荷試重，也未再出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象，讓檢修維護(hù)人員很是困惑。保護(hù)設(shè)置有電動(dòng)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。 表 起重機(jī)電氣設(shè)備及其功能 序號(hào) 符號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào)規(guī)格 功能 1 ZD 主鉤電機(jī) YZR250M28 37KW 輸出主鉤拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩起放重物 2 FD 副鉤電機(jī) YZR160L6 11KW 輸出副鉤拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩起放重物 3 1DD、 2DD 大車電機(jī) YZR160M26 輸出大車拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩平移大車 4 DX 小車電機(jī) YZR160M16 輸出小車拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩平移小車 5 ZDT 主鉤制動(dòng)器 MZS145H 產(chǎn)生制動(dòng)力矩，固定重物位 6 FDT 副鉤制動(dòng)器 MZD1300 產(chǎn)生制動(dòng)力矩，固定重物位 7 1DT、 2DT 大車制動(dòng)器 MZD1200 產(chǎn)生制動(dòng)力矩，固定大車位 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 8 頁(yè) 續(xù)表 起重機(jī)電氣設(shè)備及其功能 序號(hào) 符號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào)規(guī)格 功能 8 TX 小車制動(dòng)器 MZD1200 產(chǎn)生制動(dòng)力矩，固定小車位 9 ZR 主鉤電阻器 RQ32YZR250M28/6Y4 得到不同轉(zhuǎn)矩和主鉤轉(zhuǎn)速 10 FR 副鉤電阻器 RT32YZR160M26/1B 得到不同轉(zhuǎn)矩和副鉤轉(zhuǎn)速 11 1DR、 2DR 大車電阻器 RT32YZR160L6/2R1 得到不同轉(zhuǎn)矩和大車轉(zhuǎn)速 12 XR 小車電阻器 RT32YZR160M16/1B 得到不同轉(zhuǎn)矩和小車轉(zhuǎn)速 13 BFG 保護(hù)配電柜 GQR5GCDD 總電源控制及保護(hù)電氣總成 14 XC 總電源接觸器 CJ12B250/3 總電源的通斷 15 LJ 總過流繼電器 JL12300A 總電源的過流繼保護(hù) 16 1LJ、 2LJ 大車過流繼電器 JL1220A 大車的過流繼保護(hù) 17 3LJ 小車過流繼電器 JL1215A 小車的過流繼保護(hù) 18 Kz 主鉤主令控制器 LK112/90 主鉤的控制指令人機(jī)接口 19 Kf 副鉤主令控制器 LK112/91 副鉤的控制指令人機(jī)