【正文】 變頻器 FRA540 的技術(shù)參數(shù)見表 ,電氣端子定義見圖 4。 根據(jù)文獻 [4]， YZBF250M28 37KW 電動機的額定電流：當 JC=100%時為 60A， JC=25%時為 86A； 按電動機 JC=25%時的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據(jù)文獻 [10]，型號為 “ FRA54045KW” 型變頻的額定電流為 86A，能滿足 主鉤 電動機 FC=25%啟動電流的需要。 C. 變頻器型號確定 通過技術(shù)及性價比的綜 合考查，確定選用 三菱 品牌變頻器。對起重機類負載變頻器容量應加大到電動機額定功率的 倍左右。 主鉤副鉤變頻器選型 A. 變頻器選型一般要求 昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 計 說 明 書 第 28 頁 1）變頻器與機械類無關可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負載驅(qū)動 ,即使負載有很大波動也能夠保證連續(xù)運行 ,這要求變頻器本身必須具有電流控制功能； 2）變頻器本身應易與機械特性相適應、相配合，即具有容易適合機械特性的可選功能； 3）變頻器具有與電氣控制系統(tǒng)之間信息傳遞的輸入輸出功能。 綜上所述，起重機提升機構(gòu) 采 用變頻調(diào)速控制，要求不但要有寬廣的調(diào)速范圍和較高過載能力， 降速過程中的 轉(zhuǎn)矩 不能有較大減小 。重物上升時，是電動機克服各種阻力，包括重物的重力、摩擦阻力等而做功，屬阻力負載；重物下降時，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，當重物的重力大于傳動機構(gòu)的摩擦阻力時，重物本身的重力（位能）將成為下降的動力，電動機變成能量的接受者，故屬于動 力負載。 B. 電氣參數(shù)特點分析 1） 速度調(diào)節(jié)范圍通常 an 取 3， 但 考慮 用戶生產(chǎn)工藝實情，橋式起重機主要用于起吊發(fā)電機定子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機缸體、汽輪機轉(zhuǎn)子、風機轉(zhuǎn)子等等大型的精密設備，在作業(yè)過程中必須要做到慢、穩(wěn)、準， 吊鉤垂直速度調(diào)節(jié)范圍要求更寬些，一般an要 保證 在 5— 10 之間， 空載或輕載時速度應加快一些 ，重載時則較慢些； 2） 具有點動功能 ， 橋式起重機常常需要調(diào)整被吊物體在空中的位置，因此，點動功能是必須的； 3） 要有較強的過載能力，起重機起升機構(gòu)常要在重載情況下啟動，并且要 在 重物停在半空中再啟動，所以，對 電氣 過載能力要求較高。 主 鉤副鉤變頻器選型 起重機升降機構(gòu)運行特點分析 昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 計 說 明 書 第 27 頁 A. 轉(zhuǎn)矩 特點分析 1）原動 機轉(zhuǎn)矩是 來自 電 動 機產(chǎn)生的 電磁 轉(zhuǎn)矩 TM，屬主動轉(zhuǎn)矩，其方向可正可負； 2） 重力轉(zhuǎn)矩 TG 是重物及吊鉤、吊具等作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，其大小等于重物 吊鉤、吊具的重 量 G 與卷筒半徑 r 的乘積，即： TG=Gr ，它的方向永遠向下； 3） 摩擦轉(zhuǎn)矩 T0 是由于減速機構(gòu)的傳動比較大產(chǎn)生的，最大 λ=50 ，因此，減速機構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩（包括其它損失轉(zhuǎn)矩）不可小視。 B. 副 鉤電 動 機 功率 1） 副 鉤 電機初選功率 額定 載 重 :Q=5t=5000kg 吊鉤自重 : Gf==120kg 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 . 2 )1 2 0( 5 0 0 0 ? ??? = 根據(jù) 根據(jù)文獻 [4]，電動機選型為 YZBF160L6，當 S3， JC=25%時，電動機允許功率 13KW、電流 ，當 S3， JC=40%時，電動機允許功率 11KW、電流 。 異步電動機功率計算及選型 A. 主鉤電 動 機 功率 1） 主鉤 電動機初選功率 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 成 人 高 等 教 育 設 計 說 明 書 第 26 頁 根據(jù) 文獻 [4]，電動機選型為 YZBF250M28，當 S3， JC=25%時，電動機允許功率42KW、電流 86A，當 S3， JC=40%時，電動機允許功率 37KW、電流 80A。 昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 計 說 明 書 第 25 頁 卷筒 的轉(zhuǎn)速計算為 :nj= mv/Dπ =( 4)/( )=電動機的轉(zhuǎn)速計算為 :nd=nj i= =743 r/min 電動機極對數(shù)計算為 :p=60f1/nd=(60 50)/ 743= 計算結(jié)果結(jié)合 文獻 [9]定型生產(chǎn)的電動機參數(shù)，電動機應選用極數(shù)為 8 極電動機，同步轉(zhuǎn)速 750r/min，才能滿足額定起升速度要求。副鉤額定載重 Q=5t，副鉤吊鉤自重 Gf=,減速機型號 ZQ50,速比 40.17,額定起吊速度 V=，卷筒直徑 D=380mm，配用電動機 YZR160L6 11KW，動滑輪組速比 m=2。 輸入 /輸出接口是 PLC 與外界連接的接口 ，用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關、數(shù)字撥碼開關等的開關量輸入信號，另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等來的模擬量輸入信號；輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。中央處理單元 CPU 是 PLC 的核心部件，由運算器和控制器組成 ， 主昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 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 ， 進行系統(tǒng)診斷 ，解釋并執(zhí)行用戶程序 ， 完成通信及外設的某些功能。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、體積小、價格適宜等特點。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提 高， PLC 逐漸進入過程控制領域，其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的 占有絕對優(yōu)勢 ，在可預見的將來，是無法取代的。 PLC 原理和技術(shù)發(fā)展 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫 Programmable Controller（ PC）。目前，外資品牌在中國中、低壓變頻器市場占主導地位，主要是 ABB、西門子、富士電動機、三菱電動機、安川電動機、臺達、施耐德、艾默生等。 變頻器自 20 世紀 60年代問世，到 20 世紀 80 年代在主要工業(yè)化國家已廣泛使用。由于軟件的 靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能 ?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。 昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 計 說 明 書 第 23 頁 4）控制電路 ， 控制電路常由運算電路、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。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為 1。有規(guī)律的控制逆變器中主開關的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。 2）逆變器 ， 負載側(cè)面的 輸出部分 為逆變器。 通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。 7）過載能力系數(shù)λ T 可達 ，不僅可以滿足平滑寬廣調(diào)速范圍的要求，而且可以滿足重載頻繁啟動的要求。 5）提高 電動機 構(gòu)件固有頻率及整體的剛性 ， 避開與各次 諧 波產(chǎn)生共振現(xiàn)象 造成電動機的振動、噪聲問題。 3）變頻異步電動機的主磁路設計成不飽和狀態(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)矩而適當提高變頻器的輸出電壓（電壓補嘗）。 YZBF 系列冶金用變頻調(diào)速三相異步電動機，是在 YZ 系列冶金用三相異步電動機基礎上進一步開發(fā)的，是專為異步電動機工作于變頻調(diào)速工況 下設計的，其參數(shù)特點是： 1）設計減小了定子和轉(zhuǎn)子電阻，降低基波銅（鋁）耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加。 基于普通異步電動機運用變頻調(diào)速時發(fā)熱、電磁干擾明顯，電動機的最大轉(zhuǎn)矩會隨電源頻率改有所下的情況，電機廠家開發(fā)出不同類型的變頻異步電動機，以適應不同的工業(yè)生產(chǎn)特點。橋式起重機起升機構(gòu)對最大轉(zhuǎn)矩的要求是較高的，它經(jīng)常工作于低速狀態(tài)，并且頻繁啟動、重載啟動，因此，采用一般的鼠籠異步電動機進行變頻調(diào)速用于橋式起重機的起升機構(gòu)并不是很理想。 圖 3 中曲線 1 為 U f1 為額定參數(shù)下固有機械特性；曲線 2 為降低頻率，即恒壓頻比不變的人為機械特性；曲線 3 為頻率更低時的人為機械特性。為此，在降低供電電源的頻率同時，為保持電動機主磁通Φ 1 不變，必須同步降低供電電源（變頻器輸出）電壓，使 U1/f1=常數(shù)，以期獲得良好的調(diào)速性能。 交流異步電動機恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速主要是通過降低供電電源的頻率 f1來實現(xiàn)降低鼠籠異步電動機的同步轉(zhuǎn)速 n0，從而使電動機獲得平滑的速度變化。如變極對數(shù)調(diào)速，變頻調(diào)速即屬于這一類，由于在調(diào)速過程中改變同步轉(zhuǎn)速 n0，轉(zhuǎn)差率 s 是一定的，故系統(tǒng)效率不會因調(diào)速而降低。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子昆 明 理 工 大 學 成 人 高 等 教 育 設 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。定子調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速及繞線式異步電 動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這三種方法屬于這一類，這類調(diào)速系統(tǒng)存在著調(diào)速范圍愈寬，轉(zhuǎn)差功率 PS 愈大，系統(tǒng)效率愈低的問題，故不值得提倡。 在交流異步電動機中，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 PM 可以分成兩部分：一部分 P2=（ 1— s） PM 是拖動負載的有效功率，另一部分是轉(zhuǎn)差功率 PS=sPM，與轉(zhuǎn)差率 s 成正比，它的去向是調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標志。變頻調(diào)速調(diào)速范圍大，低速特性較硬，基頻 f=50Hz 以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，在基頻以上，屬于恒功率調(diào)速方式，與直流電動機的降壓和弱磁調(diào)速十分相似。 Ef 越大，電動機轉(zhuǎn)速越低。 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速就是通過改變轉(zhuǎn)子回路所串電阻來進行調(diào)速，這種調(diào)速方法簡單，但調(diào)速是有級的，串入較大附加電阻后，電動機的機械特性很軟，低速運行損耗大，穩(wěn)定性差。鼠籠式電動機作為原動機以恒速帶動電磁離合器的電樞轉(zhuǎn)動，通過對電磁離合器勵磁電流的控制實現(xiàn)對其磁極的速度調(diào)節(jié)。所使用的電動機可以是繞線式異電動機或是有高轉(zhuǎn)差率的鼠籠式異步電動機。 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短時作深調(diào)速運行的負載。 2)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 從式（ 2— 1）中可以看出，當異步電動機的磁極對數(shù) P 一定，定子繞組的供 電頻率 f1— 定時，改變轉(zhuǎn)差率 s 可以達到調(diào)速目的 。這種控制方式比較簡單，只要求電動機定子繞組有多個抽頭，然后通過觸點的通斷來改變電動機的磁極對數(shù)。 由電機學知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式如下： n=p s)60f1(1 （ 2— 1） 式中 P—— 電動機定子繞阻的磁極對數(shù)； f1—— 電動機定子電壓供電頻率； S—— 電動機的轉(zhuǎn)差率。 第二章 交流電機變頻調(diào)速和變頻器及 PLC 的原理和技術(shù) 交流異步電機變頻調(diào)速原理和技術(shù)發(fā)展 交流異步電動機結(jié)構(gòu)相當簡單，維護容易，運行可靠，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)中得到廣范運用，但其調(diào)速機械 特性和性能遠不及直流電動機，使其在工業(yè)生產(chǎn)需要調(diào)速運行工藝中受限。 結(jié)果：用戶單位采用 PLC+變頻器的技術(shù)方案，對橋式起重機電氣系統(tǒng)進行技術(shù)升級改造，這也是橋式起重機未來技術(shù)發(fā)展和普及方向。 I. 能精確實現(xiàn)起重機吊裝設備過程中的對位和定位精準度。 G. 采用電氣制動，進行零速剎車，即：當電機轉(zhuǎn)速為零時，制動器上閘剎車，避免了制動時的沖擊。 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)自動及遠程控制。 C. 采用變頻 器，具有很好的節(jié)能效果。技術(shù)路線三的投資較大，電氣系統(tǒng)需進行新的設計，但此方案技術(shù)水平有本質(zhì)的提升，體現(xiàn)在以下方面： A. 調(diào)速方案采用變頻調(diào)速，速度可根據(jù)需要自行設定（從 0 到最大速度之間），克服了繞線式電機起制動沖擊大，電機溫升高，電機易壞特點。 表 起重機大修技術(shù)路線方案三的設備選型 序號 設備名稱 型號規(guī)格 市場價（元） 備注 1 PLC 三菱品牌 PLC，輸入輸出各40 點左右 5000 日系產(chǎn)品 2 主鉤變頻器 三菱品牌，功率 37KW 左右 46000 3 副鉤變頻器 三菱品牌，功率 11KW 左右 21000 4 主