【正文】 溜鉤，所以，在工作頻率達(dá)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；b 當(dāng)變頻器確認(rèn)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；c 設(shè)定一個的維持時間 ， 的長短應(yīng)略大于制動電磁鐵從通電到完全松開所需要的時間；d 變頻器將工作頻率上升至所需頻率。發(fā)出制動電磁鐵斷電指令；b 設(shè)定一個的維持時間，的長短應(yīng)略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱住所需要的時間；c 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；2) 變頻器必須避免在電磁制動器抱住得情況下輸出較高頻率，以免發(fā)生因“過流”而跳閘的誤動作。在電磁制動器抱住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(jìn)行無觸點控制。電動機(jī)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(fù)載轉(zhuǎn)矩比上升時小。b 下降運行 工作點右移至第4象限，如圖32中的點(高速)與點(低速)所示。圖32 不同狀態(tài)下電動機(jī)的工作點Fig. 32 Operating point of electric motor under different conditions 2) 重載運行 負(fù)載加重時，工作點將右移。b 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)。a 上升運行 重物的上升，完全是電動機(jī)正向轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果。 對電動機(jī)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(fù)載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。a 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(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)速降為0(使它們停住)；b 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 31 所示，其主要特點是：1) 選用電動機(jī) 大多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)；2) 調(diào)速方法 在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串人五段外接電阻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(jī)的轉(zhuǎn)速高低；3) 制動方法 采用電磁制動器進(jìn)行機(jī)械制動。所以，拖動系統(tǒng)應(yīng)有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩；c 重物下降時，除空鉤和極輕負(fù)載外，在絕大多數(shù)情況下，都是依靠自身的重力而下降的。2) 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。 橋式起重機(jī)的負(fù)荷特點和對拖動系統(tǒng)的要求1) 負(fù)荷特點 各拖動系統(tǒng)得負(fù)荷轉(zhuǎn)矩都與“阻力”和回轉(zhuǎn)半徑的乘積成正比： = (31)在大車和小車拖動系統(tǒng)中，是摩擦力，而在吊鉤拖動系統(tǒng)中，是被吊物和吊鉤的重力。2) 小車拖動系統(tǒng) 拖動吊鉤及重物順著橋架作“縱向”運動。3 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型 概述 橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)的構(gòu)成 橋式起重機(jī)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(jī)。c 逆變橋在工作時，同一橋臂的兩只管子不停地交替導(dǎo)通、關(guān)斷。b 調(diào)制波和載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，如圖214b所示?，F(xiàn)仍以A相為例，說明雙極性脈寬調(diào)制原理。由于控制對象只有一個，所以控制電路相對要簡單一些圖214 雙極性SPWM調(diào)制波形 Bipolarity SPWM modulation waveform4) 雙極性脈寬調(diào)制若調(diào)制波信號與載波信號均為雙極性信號，即在的半個周期內(nèi)，三角形載波是在正、負(fù)兩個方向變化的，稱為雙極性脈寬調(diào)制，這種調(diào)制方法是目前使用最多的方法。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)制波電壓來控制。b 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。表21 單極性SPWM調(diào)制規(guī)律 Unipolarity SPWM modulate law正半周V1 導(dǎo)通V2截止正半周V1 關(guān)斷V2截止負(fù)半周V2 導(dǎo)通V1截止負(fù)半周V2 關(guān)斷V1截止a 當(dāng) 時，逆變管 VV2導(dǎo)通，決定了SPWM系列脈沖的寬度；當(dāng)時，逆變管VV2截止，決定了SPWM系列脈沖的間隔寬度。圖212 PWM逆變器簡單原理圖 Priciple diagram of PWM inverter3) 單極性SPWM在單極性的調(diào)制方式中，調(diào)制波為正弦波載波為單極性的等三角形，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(fù)半周時，載波為負(fù)極性的三角波，如圖21所示(僅畫出了正半周)。在變頻器中，VV2的導(dǎo)通、截止是由調(diào)制波和載波的交點來決定的。因此，VV2的輪流導(dǎo)通就可得到A相交流電壓的正、負(fù)半周。為了說明其調(diào)制原理，見圖212 PWM逆變器簡單原理圖，圖中V1~V6為絕緣柵雙極晶體管，由他們的交替切換來獲得交流信號的輸出?？梢钥吹竭@種脈寬調(diào)制，其占空比是按正弦規(guī)律變化的，故這種調(diào)制方法叫正弦波脈寬調(diào)制，即SPWM。與a圖相比，b圖的電壓周期增大(也就是說頻率降低)，電壓脈沖的幅值不變，仍為，而占空比則減小，故平均電壓降低。因此，可以說輸出電壓的平均值與占空比成正比，調(diào)節(jié)電壓輸出就可以演化為調(diào)節(jié)脈沖的寬度，所以稱為脈寬調(diào)制。為了說明、和電壓平均值之間的關(guān)系，我們引入了占空比的概念。圖29 PWM逆變器組成 PWM inverter structure diagram2) 脈寬調(diào)制器的基本工作原理 脈寬調(diào)制是將輸出電壓分解成很多的脈沖，調(diào)頻時控制脈沖的寬度和脈沖間的間隔時間就可控制輸出電壓的幅值，如圖210所示。圖29為PWM逆變器示意圖，在該逆變器電路中，同時進(jìn)行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調(diào)速對電壓與頻率協(xié)調(diào)控制的要求。首先是主電路中有兩個可控功率環(huán)節(jié)，這樣使系統(tǒng)比較復(fù)雜；第二由于中間環(huán)節(jié)存在動態(tài)元件，使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)緩慢；第三由于整流器是可控的，使控電電源的功率因數(shù)隨變頻裝置輸出頻率的降低而變差，并產(chǎn)生高次諧波電源；第四逆變器輸出為六拍階梯波交變電壓，在拖動電動機(jī)中形成較多的各次諧波，從而產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩，影響電動機(jī)的穩(wěn)定工作，低速時尤為嚴(yán)重。該電路結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用比較廣泛，其缺點是：電源側(cè)功率因數(shù)低，因存在較大的濾波環(huán)節(jié)，故動態(tài)響應(yīng)較慢。可見它是一個方段矩形組成的三相交流波形。假設(shè)每一個晶閘管的導(dǎo)通角為，且晶閘管按VTVT…、VT6的順序觸發(fā)導(dǎo)通，各觸發(fā)信號彼此相位差為，換流瞬時完成，則在任何瞬間，每個臂上只有一個VT導(dǎo)通，而三個臂上各有一個VF導(dǎo)通。因此，經(jīng)過逆變器切換后輸出的交流電壓波形接近于矩形波。a) 主電路 b) 開關(guān)通斷規(guī)律 c) 波形圖圖26 三相逆變電路原理圖a) main circuit b) switch make and break law c) oscillogram Priciple diagram of threephase inverting circuit3) 電壓型交—直—交變頻器的濾波器采用大容量的電容器。由上可看出：各橋臂上的開關(guān)始終處于交替閉合、斷開的狀態(tài)；各相的開關(guān)順序以各相的首端為準(zhǔn)，互差電角度，如S3比S1滯后，S5比S3滯后。這6個開關(guān)交替的接通、關(guān)斷，就可以在輸出端獲得一個相位互差的三相交流電壓。a) 主電路 b) 開關(guān)通斷規(guī)律 c) 波形圖圖25 單相逆變電路原理圖a) main circuit b) switch make and break law c) oscillogram Singlephase invert schematic circuit2) 三相逆變電路 圖26為三相逆變電路原理圖。可以看到在交流電變化的一個周期中，一個臂上的兩個開關(guān)SS2交替導(dǎo)通，每個開關(guān)導(dǎo)通派的電角度。當(dāng)開關(guān)SS4 同時閉合時，電壓為正；開關(guān)SS3同時閉合時，電壓為負(fù)。在此，僅對逆變器的工作原理作一介紹?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 變頻器控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個部分，是變頻器的核心部分。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬感性負(fù)載，無論電動機(jī)處于拖動狀態(tài)還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為1。 2)．逆變電路 逆變電路是變頻器主要的部分之一。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。 變頻器的主電路包括整流電路、濾波及限流電路、直流中間電路、逆變電路和能耗制動電路等部分組成，其中整流電路和逆變電路是很重要的兩部分，下面簡單介紹一下整流電路和逆變電路。脈寬調(diào)制是指變頻器輸出電壓大小是通過改變輸出脈沖的占空比來實現(xiàn)的，常用PWM表示。脈幅調(diào)制是指變頻器輸出電壓大小是通過改變直流電壓大小來實現(xiàn)的，常用PAM表示。電流型變頻器是指變頻器整流后是由電感元件來濾波，目前少見。 根據(jù)直流環(huán)節(jié)的儲能方式不同，交—直—交變頻器又分為電壓型和電流型兩種。后者是將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經(jīng)過逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相電流。 變頻器的分類按變頻的原理有交—交變頻器和交—直—交變頻器。前者由直流電動機(jī)和交流發(fā)電動機(jī)組成，調(diào)節(jié)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速就能改變交流發(fā)電動機(jī)的頻率，由于變頻機(jī)組設(shè)備龐大，可靠性差。起動轉(zhuǎn)矩點： ，當(dāng)調(diào)高時，起動轉(zhuǎn)矩大大減小。由此可畫出=常數(shù)時，三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速特性如圖22所示：圖22 三相異步電動機(jī)=常數(shù)變頻調(diào)速機(jī)械特性Fig. 22 Mechanical characteristics of threephase asynchronous motor=constant variable Frequency speedgoverning 的變頻調(diào)速機(jī)械特性同步點：由，則，當(dāng)調(diào)高時，隨之上升。起動轉(zhuǎn)矩點：電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩。所以其機(jī)械特性基本上是平行的。最大轉(zhuǎn)矩點：由c=常數(shù)，=常數(shù)，而臨界轉(zhuǎn)差率，臨界轉(zhuǎn)速降常數(shù)。圖21 異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制特性Fig. 21 Variable frequency speedgoverning control characteristics of asynchronous motor 三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性 =常數(shù)時的變頻調(diào)速機(jī)械特性 下面來分析機(jī)械特性中的三個特殊點，并由此來決定機(jī)械特性。如果電動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。于是，隨著升高將下降，但上升，故屬于恒功率調(diào)速。2) 基頻以上調(diào)速 當(dāng)電源頻率在基頻以上調(diào)節(jié)時，電動機(jī)的定子相電壓是不允許在額定相電壓以上調(diào)節(jié)的，否則會危及電動機(jī)的絕緣。所以，在頻率下調(diào)的同時應(yīng)使電動機(jī)定子相電壓隨之下調(diào)，并使常數(shù)。這是因為三相異步電動機(jī)定子繞組相電壓，當(dāng)下降時，若不變，則必使電動機(jī)每極磁通增加，在電動機(jī)設(shè)計時，處于磁路磁化曲線的膝部，的增加將進(jìn)入磁化曲線飽和段，使磁路飽和，電動機(jī)空載電流劇增，使電動機(jī)負(fù)載能力變小，而無法正常工作。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因為繞組過熱而損壞電機(jī)。由上式可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。 變頻調(diào)速的基本原理根據(jù)異步電機(jī)的知識，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： 其中：—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； —定子的電源頻率，單位為Hz； —電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率； —電機(jī)的極對數(shù)。因此，它希望電動機(jī)能具有恒功率調(diào)速的性能。 不同的生產(chǎn)機(jī)械對此的要求往往不同。5) 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性這要由調(diào)速時的初期投資，調(diào)速后的電能消耗以及各種運行費用的多少來說明。生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。4) 調(diào)速的穩(wěn)定性調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率來表示。平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)，即越接近于1，平滑性越好。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級調(diào)速。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱為往下調(diào)。調(diào)速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機(jī)械的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。2 三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。由變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著計算機(jī)技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展的必然結(jié)果，符合起重機(jī)的發(fā)展趨勢，適合發(fā)展大起重重量的起重機(jī)；提高工作速度、擴(kuò)大調(diào)速范圍；提高金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機(jī)操作的條件，保證作業(yè)安全，提高自動化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應(yīng)用到作業(yè)頻繁的倉庫堆垛起