【正文】 為了確保當制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制重物的升降到不會溜鉤，所以，在工作頻率達 RDf 的同時，變頻器將開始檢測電流，并設(shè)定檢測電流所需時間 RCt ； （ 2） 當變頻器確認已經(jīng)有足夠大的輸出電流時，將發(fā)出一個 “ 松開指令 ” ，使制動電磁鐵開始通電； （ 3） 設(shè)定一個 RDf 的維持時間 RDt ， RDt 。發(fā)出制動電磁鐵斷電指令； （ 2） 設(shè)定一個 BSf 的維持時間 BBt ， BBt 的長短應(yīng)略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱 閘 所需要的時間； （ 3） 變頻器將工作頻率下降至 0。因此，變頻器如過早停止輸出，將容易溜鉤； 變頻器必須避免在電磁制動器抱情閘況下輸出較高頻率，以免發(fā)生因 “ 過流 ”而跳閘的誤動作。在電磁制動器抱閘之前和松開之 后的瞬間，極易發(fā)生重物由停住狀態(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。所用這些，都可以通過可編程控制器 (PLC)進行無觸點控制。電動機的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn) (下降 )的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是正方向的，其作用是防止重物不斷下降，故重量相同的重物在下降時構(gòu)成的負載轉(zhuǎn)矩比上升時小。D 點 (低速 )所示。 （ 2） 下降運行 工作點右移至第 4象限，如圖 中的 39。A 點和 39。A 圖 不同狀態(tài)下電動機的工作點 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 重載運行 負載加重時，工作點將右移。CC 39。 nB39。 (2)下降運行 由于蝸輪蝸桿自鎖的原因，空鉤及輕載時是無法靠自重放鉤的，故下降運行只能通過反接電源來實現(xiàn)。 (1)上升運行 重物的上升，完全是電動機正向轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果。 對電動機運行狀態(tài)的分析 大車與小車拖動系統(tǒng)的運行狀況與普通負載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。 (1)首先，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車或吊鉤迅速而準確地將轉(zhuǎn)速降為 0(使它們停住 )； (2)對于吊鉤，常常需要重物在半空中停留一段時間 (如重物在空中平移時 )，而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾 (如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電 )，可靠性較差。 原拖動系統(tǒng)的主電路 原拖動系統(tǒng)的主電路如圖 所示，其主要特點是： 選用電動機 大多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機； 調(diào)速方法 在電動機的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串 入 五段外接電阻 R1~R5(也有七段或更多 )，由接觸器 KM1 ~KM4 的狀態(tài)來決定串入電阻的多少，從而調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速高低； 制動方法 采用電磁制動器進行機械制動。所以，拖動系統(tǒng)應(yīng)有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩； (3)重物下降時，除空鉤和極輕負載外，在絕大多數(shù)情況下，都是依靠自身的重力而下降的。 對拖動系統(tǒng)的要求 大車和小車對拖動系統(tǒng)的要求較為一般，這里重點介紹對吊鉤拖動系統(tǒng)的要求。 負荷特點 各拖動系統(tǒng)負荷轉(zhuǎn)矩 LT 都與 “ 阻力 ” LF 和回轉(zhuǎn)半徑 LR 的乘積成正比： LT = LF LR 在大車和小車拖動系統(tǒng)中， LF 是摩擦力，而在吊鉤拖動系統(tǒng)中， LF 是被吊物和吊鉤的重力。 小車拖動系統(tǒng) 拖動吊鉤及重物順著橋架作 “ 縱向 ” 運動。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第五章 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計和部件選型 橋式起重機俗稱行車，是工礦企業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛的一種起重機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。還可以利用 PC作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，井可以 實現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。 編程器有簡易型和智能型兩類。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 當 PLC 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當與監(jiān)視器 (CRT)相連時，可將過程圖像顯示出來；當與其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。 通信接口 為了實現(xiàn) “ 人一機 ” 或 “ 機一機 ” 之間的對話， PLC 配有多種通信接口。 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V， +12V， +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作，電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部：對于模塊式 PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個模塊中。運行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種： a 系統(tǒng)程序存儲器 b 用戶程序存儲器 c 工作數(shù)據(jù)存儲器 I/O 單元 I/O 單元也稱為 I/O 模塊 。 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片內(nèi)，CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入 /輸出接口電路相連接。 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。 近幾年來國外 PLC 產(chǎn)品大量進入我國市場，我國已有許多單位在消化吸收引進 PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，仿制或研制 PLC 產(chǎn)品。 PLC 的應(yīng)用與發(fā)展和系統(tǒng)組成 目前 PLC 廣泛應(yīng)用于汽車制造、石油、化工、冶金、輕工、機械、電力等各行各業(yè)，實現(xiàn)邏輯、步進、數(shù)字、機器人、模擬量等的自動控制 。 從上述 PLC 的功能特點可見 ， 在許多方面可以取代繼電接觸控制。 設(shè)計、施工和調(diào)試周期短 PLC 在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線，用 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)比較簡單， 編程容易，安裝使用方便，目前的 PLC 已商品化，硬件軟件較齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量的復(fù)雜的接線，程序調(diào)試修改也很方便。PLC 自診斷能力強，能判斷和顯示出自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時只需更換插入式模塊，維護方便。 使用方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。 功能強 PLC 具有很強的功能，能進行邏輯、定時、計數(shù)和步進等控制，能完成A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。同一臺 PLC 只能改變軟件則可實現(xiàn)控制不同對象或不同的控制要求。此外， PLC 還具湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 有很強的自診斷功能，可以迅速方便地檢查判斷出故障，縮短檢修時間。 PLC 的主要優(yōu)點 編程簡單 PLC 的基本指令不多；編程器的使用簡便；對程序進行增減、修改和運行監(jiān)視很方便。 可編程序控制器的主要功能 近年來 PLC 把自動化技術(shù)、計算機和通信技術(shù)融為一體。 1980年美國電氣制造協(xié)會簡稱 NEMA)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程程序控制器。當時人們把第一 臺可編程控制器叫做可編程序邏輯控制器 PLC，只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時、記數(shù)等較少的功能。一年后美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù) GM 公司的招標要求，研制成功世界上第一臺可編程序控制器，型號 PDP14，并在 GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 ru tu rau rbu rcutAOu 2/dU2/dU? BOuCOuwtwtwtwtwt BOAOAB uuu ??dUabcde)))))2/dU?2/dU2/dU 2/dU? 圖 雙極性 SPWM 調(diào)制波形 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第四章 可編程序控制器 可編程序控制器的產(chǎn)生 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷的涌現(xiàn)。由于線電壓 ABu=AOu BOu ，所以線電壓的脈沖是單極性的，如圖 所示。 （ 1） 雙極性 SPWM 調(diào)制規(guī)律：不分正、負半周， rautu 時， V1導(dǎo)通， V2截止， AOu 輸出為正，即為 AOu 的正脈沖寬度； rautu時， V2導(dǎo)通， V1截止， AOu 輸出為負，即為 AOu 的負脈沖湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 寬度，見圖 BOu、 COu的輸出波形，見圖 與圖 。在雙極性 SPWM 方法中，所用的調(diào)制信號 ru未可變頻變幅的三相對稱普通正弦波 rau、 rbu、 rcu ，其載波信號為雙極性三角波 tu，如圖 。由于控制對象只有一個 tu ，所以控制電路相對要簡單 。 由此可見，單極性 SPWM逆變器的輸出交流電壓和頻率均可由調(diào)制波電壓 tu 來控制。 （ 2） 每半個周期內(nèi)逆變橋同一橋臂的兩個逆變管中，只有一個按規(guī)律時通時斷地工作，另一個則完全截止。 wtrau1udau等 效 正 弦 波dauwta)b )OO 圖 單極性 SPWM 調(diào)制 若降低調(diào)制波的幅值，見圖 中的 rau39。 表 單極性 SPWM 調(diào)制規(guī)律 （ 1） 當 rau1u 時，逆變管 V V2導(dǎo)通，決定了 SPWM 系列脈沖的寬度 1t ；當 rautu 時，逆變管 V V2截止，決定了 SPWM 系列脈沖的間隔寬度 2t 。0調(diào)制電路raurbrcu2/dUdU 圖 PWM 逆變器簡單原理圖 單極性 SPWM 在單極性的調(diào)制方式中，調(diào)制波為正弦波rau載波為單極性的等三角形 1u，即 調(diào)制波為正半周時 ，載波為正極性的三角波，調(diào)制波為負半周時，載波為負極性的三角波 。在這里，把希望得到的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到期望的 PWM 波形。同時，其他管子的導(dǎo)通亦可得到三相交流電的 B 相和 C相。當 V1導(dǎo)通時，在 A相負載上得到的電壓與 V2導(dǎo)通時在A相負載上得到的電壓方向相反。 u t0 T 圖 正弦波脈寬調(diào)制的輸出 電壓 SPWM 的脈沖系統(tǒng)中，各脈沖的寬度 t1和脈沖的間隔 t2都是變化的。2t DNUXTa )b ) a) 調(diào)制前的波形 b) 調(diào)制后的波形 圖 脈寬調(diào)制的輸出電壓 由于變頻器的輸出是正弦交流電，即輸出電壓的幅值是按正弦波規(guī)律變化，因此在一個周期內(nèi)的占空比也必須是變化的，也就是說在正弦波的幅值部分， ? 取大一些，在正弦波到達零處， ? 取小一些，如圖 。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 uu1t2t DNU0 NT tt0 39。圖 為調(diào)制前的波形，電壓周期為 NT ，圖 32b為調(diào)制后的波形，電壓周期為 XT 。所謂占空比是指脈沖寬度與一個脈沖周期比值，用 ? 表示，即 )/( 211 ttt ??? 。 從圖中可以看到，脈沖的寬度 1t 越大，脈沖的間隔 2t 越小，輸出電壓的平均值就越大。這樣，首先使主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)；第二使湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)而接近 1；第三逆變器在調(diào)節(jié)的同時實現(xiàn)調(diào)壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)；第四可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負載電動機可在近似正弦波的交變電壓下運行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，大大擴展了拖動系統(tǒng)的調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)性能。 為 解決上述問題，采用脈沖寬度調(diào)制 (PWM)控制方式。 脈寬調(diào)制型 (PWM)變頻器 在一般的交直交變頻器供電的變壓、變頻調(diào)速中，為獲得變頻調(diào)速所要求的變頻與變壓的協(xié)調(diào)控制，整流器必須是可控整流，這樣在變頻調(diào)速時要同時控制整流器和逆變器，這就帶來一系列的問題?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠這之間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。它是利用六個半導(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。此外，由于電動機制動的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其它輔助電路。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。目前使用最多的占空比按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào) 制，即 SPWM方式。這種調(diào)壓方式很少使用。 根據(jù)調(diào)壓方式不同，交 — 直 — 交變頻器又分成脈幅調(diào)制型和脈寬調(diào)制型兩種。 電壓型變頻器是指變頻器整流后是由電容來濾波，現(xiàn)在使用的交 — 直 — 交變頻器大部分為電壓型變頻器。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍、變頻后電動機特性的改善等方面都具有明顯的優(yōu)勢，目前使用最多的變頻器均為交 — 直 —交變頻器。前者是將頻率固定的交流電源變換成