30 - 5吨桥式起重机电气改造设计 - 图文

xxxx理工大学成人高等教育

毕 业 设 计（论文）

30/5吨桥式起重机电气改造设计

姓 名： 学 号：

专 业： 机械制造及其自动化 年 级： 学习形式： 函授□ 夜大□ 脱产□ 学习层次：高起本□ 专升本□ 高起专□ 函 授 站：

xxxx理工大学成人高等教育 毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 30/5吨桥式起重机电气改造设计 姓 名： 学 号：

专业、 年级：机械制造及其自动化学习形式： 函授□ 夜大□ 脱产□ 学 习 层 次：高起本□ 专升本□ 高起专□ 函 授 站： 毕业设计（论文）内容：

1.用户的30/5吨桥式起重机电气改造原因调查分析及改造技术路线拟定。 2.桥式起重机电气设备参数计算和选型。 3.桥式起重机电气系统原理图及程序设计。 4.桥式起重机电气系统改造施工及调试方案。

设计（论文）指导教师（签字）： 主管教学院长（签字）：

年 月 日

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目 录

摘要： ................................................................... 1 第一章 设计项目来源 ...................................................... 2

1.1项目来源概况 ..................................................... 2 1.2用户单位拟定起重机的大修经济技指标 ............................... 2 1.3桥式起重机电气故障现状调研 ....................................... 3

1.3.1起重机操作工现状反映 ....................................... 3 1.3.2起重机电气维护检修工现状反映 ............................... 4 1.3.3起重机电气故障原因分析 ..................................... 4 1.3.3.1起重机电气工作原理分析 ................................... 4 1.3.3.2起重机电气设备及其功能 ................................... 7 1.3.3.3起重机电气设备故障分析 ................................... 8 1.4桥式起重机电气系统大修技术路线 .................................. 12

1.4.１起重机电气系统大修技术路线一 .............................. 12 1.4.2起重机电气系统大修技术路线二 .............................. 13 1.4.3起重机电气系统大修技术路线三 .............................. 15 1.5桥式起重机电气大修技术路线确定 .................................. 16 第二章 交流电机变频调速和变频器及PLC的原理和技术....................... 17

2.1交流异步电机变频调速原理和技术发展 .............................. 17 2.2变频调器原理和技术发展 .......................................... 22 2.3 PLC原理和技术发展 .............................................. 23 第三章 桥式起重机电气设备参数计算和选型 ................................. 24

3.1桥式起重机改造前升降机构主要技术参数 ............................ 24 3.2变频鼠笼异步电动机参数计算及选型 ................................ 24

3.2.1异步电动机极数计算 ........................................ 24 3.2.1异步电动机功率计算及选型 .................................. 25 3.3主钩副钩变频器选型 .............................................. 26

3.3.1起重机升降机构运行特点分析 ................................ 26 3.3.2主钩副钩变频器选型 ........................................ 27 3.4电气控制PLC选型 ................................................ 31

3.4.1电气控制需求I/0点表统计 .................................. 31 3.4.2电气控制需求I/0点表统计 .................................. 33

第四章 桥式起重机电气系统原理图及程序设计 ............................... 33

4.1电气控制PLC的I/0点定义设计 .................................... 33 4.2电气系统主回路设计 .............................................. 35 4.3主接触器控制回设计 .............................................. 36 4.4 PLC控制回路设计 ................................................ 37

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4.5变频器回路设计 .................................................. 38 4.6电气控制PLC程序设计 ............................................ 40

4.6.1主钩控制梯形图 ............................................ 40 4.6.2副钩控制梯形图设计 ........................................ 43 4.6.3保护回路梯形图设计 ........................................ 45

第五章 桥式起重机电气系统改造施工及调试 ................................. 47

5.1桥式起重机电气系统改造设备采购及施工 ............................ 47 5.2桥式起重机电气系统改造调试方案 .................................. 48

5.2.1通电前的检查 .............................................. 48 5.2.2电气控制PLC程序及变频器相关参数写入 ...................... 49 5.2.3控制回路通电检查 .......................................... 49 5.3通电试验 .................................................... 50

效 果 评 价 ............................................................. 51 致 谢 .................................................................. 52 参 考 文 献 ............................................................. 53 附 录 ................................................................ 54

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30/5吨桥式起重机电气改造设计

兰石全

能源动力中心

四川 xxxx

摘要：本文主要对一企业现有30t/5t桥式起重机，由常规YZR系列冶金起重用三相异步电动机作为电气传动，转子回路串电阻调速，线路控制器方式为主令控制器加PQR型控制方式，改造为三菱通用变频器加三菱PLC控制方式，将原来主、副钩的绕线式异步电动机改换为鼠龙式异步电动机，用PLC控制替代传统的PQR型磁力屏控制方式，用变频器直接驱动鼠龙式异步电动机实现调速。并结合生产工艺需求，对桥式起重机的主钩、副钩电动机、主、副钩变频器、PLC等主要电气设备进行设计和选型，完成了电气控制原理图设计，PLC程序设计以及对改造设计后的桥式起重机进行通电调试。

关键词：起重机；常规控制；通用变频器；PLC；可行性；

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B. 主钩动作程序逻辑分析

1）复位：当按下复位按钮X040为1，Y001，Y017输出为1，主钩制动、主钩变频器进行复位；

2）主钩上升：X001、X031、X032信号为1同时X002（下降）、Y012（下降）信号为0时，主钩上升。当点动上升信号X010信号为1，同时点动下降信号X023、Y012（下降）为0时，主钩点动上升；

3）主钩下降: X002、X022信号为1同时X001（上升）、Y011（上升）信号为0时，主钩下降。当点动下降信号X023信号为1，同时点动上升信号X010、Y011（上升）为0时，主钩点动下降； 4）变频运行：

（1）当主钩LK1打至上升1档时，只有X001信号为1，Y011、Y013输出为1，主钩以5HZ的频率低速上升；当主钩LK1打至下降1档时，只有X002信号为1，Y012、Y013输出为1，主钩以5HZ的频率低速下降；

（2）当主钩LK1打至上升2档时，X001、X004信号为1，Y011、Y013、Y014输出为1，根据变频器调速手册Pr24的设定，主钩以频率15HZ的速度上升；当主钩LK1打至下降2档时，X002、X004信号为1，Y012、Y013、Y014输出为1，根据变频器调速手册Pr24的设定，主钩以频率15HZ的速度下降；

（3）当主钩LK1打至上升3档时，X001、X004、X005信号为1，Y011、Y013、Y014、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr27的设定，主钩以频率30HZ的速度上升；当主钩LK1打至下降3档时，X002、X004、X005信号为1，Y012、Y013、Y014、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr27的设定，主钩以频率30HZ的速度下降；

（4）当主钩LK1打至上升4档时，X001、X004、X005、X006信号为1，Y011、Y014、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr26的设定，主钩以频率40HZ的速度上升；当主钩LK1打至下降4档时，X002、X004、X005、X006信号为1，Y012、Y014、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr26的设定，主钩以频率40HZ的速度下降；

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（5）当主钩LK1打至上升5档时，X001、X004、X005、X006、X007信号为1，Y011、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr4的设定，主钩以频率50HZ的速度上升；当主钩LK1打至下降5档时，X002、X004、X005、X006、X007信号为1，Y012、Y015输出为1，根据变频器调速手册Pr4的设定，主钩以频率50HZ的速度下降；

（6）当X020为1时，Y002、Y003输出为1，主钩抱闸打开，启动电机风扇。

4.6.2副钩控制梯形图设计

A. 副钩控制梯形图

副钩控制梯形图设计，见图10。

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B. 副钩动作程序逻辑分析

1）复位：当按下复位按钮X040为1， Y027输出为1，付钩制动、副钩变频器进行复位；

2）副钩上升：X011、X033信号为1同时Y022（下降）信号为0时，付钩上升； 3）副钩下降: X002信号为1同时Y021（上升）信号为0时，付钩下降；

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4）变频运行：

（1）当副钩LK2打至上升1档时，只有X011信号为1，Y021、Y023输出为1，根据变频器调速手册Pr6的设定，副钩以5HZ的频率低速上升；当主钩LK2打至下降1档时，只有X012信号为1，Y022、Y023输出为1，副钩以5HZ的频率低速下降；

（2）当副钩LK2打至上升2档时，X011、X014信号为1，Y021、Y023、Y024输出为1，根据变频器调速手册Pr24的设定，副钩以频率15HZ的速度上升；当副钩LK2打至下降2档时，X012、X014信号为1，Y022、Y023、Y024输出为1，根据变频器调速手册Pr24的设定，副钩以频率15HZ的速度下降；

（3）当副钩LK2打至上升3档时，X011、X014、X015信号为1，Y021、Y023、Y024、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr27的设定，副钩以频率30HZ的速度上升；当副钩LK2打至下降3档时，X012、X014、X015信号为1，Y022、Y023、Y024、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr27的设定，副钩以频率30HZ的速度下降；

（4）当副钩LK2打至上升4档时，X011、X014、X015、X016信号为1，Y021、Y024、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr26的设定，副钩以频率40HZ的速度上升；当副钩LK2打至下降4档时，X012、X014、X015、X016信号为1，Y022、Y024、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr26的设定，副钩以频率40HZ的速度下降；

（5）当副钩LK2打至上升5档时，X011、X014、X015、X016、X017信号为1，Y021、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr4的设定，副钩以频率50HZ的速度上升；当副钩LK2打至下降5档时，X012、X014、X015、X016、X017信号为1，Y022、Y025输出为1，根据变频器调速手册Pr4的设定，副钩以频率50HZ的速度下降；

（6）当副钩上升、下降信号（Y021、Y022）均为0时，延时1秒，Y026输出为1（副钩变频器输出停止信号）；当副钩上升或下降信号（Y021、Y022）为1时，定时器复位；

（7）当X021为1时，副钩抱闸打开，启动电机风扇。

4.6.3保护回路梯形图设计

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A. 保护回路梯形图

保护回路梯形图设计，见图11。

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A. 转矩特点分析

1）原动机转矩是来自电动机产生的电磁转矩TM，属主动转矩，其方向可正可负； 2）重力转矩TG是重物及吊钩、吊具等作用于卷筒的转矩，其大小等于重物 吊钩、吊具的重量G与卷筒半径r的乘积，即：TG=G×r，它的方向永远向下；

3）摩擦转矩T0是由于减速机构的传动比较大产生的，最大λ=50，因此，减速机构的摩擦转矩（包括其它损失转矩）不可小视。它的特点是，其方向永远与运动方向相反。

B. 电气参数特点分析

1）速度调节范围通常an取3，但考虑用户生产工艺实情，桥式起重机主要用于起吊发电机定子、发电机转子、汽轮机缸体、汽轮机转子、风机转子等等大型的精密设备，在作业过程中必须要做到慢、稳、准，吊钩垂直速度调节范围要求更宽些，一般an要保证在5—10之间，空载或轻载时速度应加快一些，重载时则较慢些；

2）具有点动功能，桥式起重机常常需要调整被吊物体在空中的位置，因此，点动功能是必须的；

3）要有较强的过载能力，起重机起升机构常要在重载情况下启动，并且要在重物停在半空中再启动，所以，对电气过载能力要求较高。此外，还要考虑对位能的处理。重物上升时，是电动机克服各种阻力，包括重物的重力、摩擦阻力等而做功，属阻力负载；重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力（位能）将成为下降的动力，电动机变成能量的接受者，故属于动力负载。但当重物的重量小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍须电动机拖动下降，仍属于阻力负载。

综上所述，起重机提升机构采用变频调速控制，要求不但要有宽广的调速范围和较高过载能力，降速过程中的转矩不能有较大减小。一般的PWM、SPWM通用变频器是使U1/f1=常数，保持主磁通Φ1不变来调速，f1下降到较低时，会导致电动机机械转矩特性变“软”，如图3所示，并且会造成电动机严重发热，故桥式起重机的提升机构用变频调器选用PWM、SPWM的通用变频器一般只适用于小功电动机，而且在f1下降时，变频器必须带定子电压补尝特性，当然采用矢量控制方式的变频器很理想，只是目前价格较贵。

3.3.2主钩副钩变频器选型

A. 变频器选型一般要求

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1）变频器与机械类无关可实现恒转矩负载驱动,即使负载有很大波动也能够保证连续运行,这要求变频器本身必须具有电流控制功能；

2）变频器本身应易与机械特性相适应、相配合，即具有容易适合机械特性的可选功能；

3）变频器具有与电气控制系统之间信息传递的输入输出功能。 B. 变频器容量选择一般方式 1）按电动机额定功率选择

变频器铭牌标称容量是以适配电动机的额定功率（KW）、额定输出容量（KVA）或额定输出电流（A）标称，适用电动机功率是以2、4极的标准电动机为对象，对于6极及以上电动机应选用容量更大些的变频器，同时变频器的额定电流应大于电动机的额定电流。对起重机类负载变频器容量应加大到电动机额定功率的1.3倍左右。 2）按电动机低速时的最大电流选择

在桥式起重机升降机构中，因为升、降速时的电流较大，尤其是低速时，选择变频器功率时应以电动机在低速时的最大电流，即S3工作方式时FC=25%的定子电流IM（具体数据可以查电动机产品规范）为参考，按变频器的额定电流IN＞ IM的原则来选取。

C. 变频器型号确定

通过技术及性价比的综合考查，确定选用三菱品牌变频器。三菱变频器进入中国较早，得到应用范围较广，产品的显著特点就是通用性强、功能齐全，它以小功率、经济型和通用型产品为主，额定功率在0.4-900KW。

根据文献[4]，YZBF250M2-8 37KW电动机的额定电流：当JC=100%时为60A，JC=25%时为86A；按电动机JC=25%时的工作电流选择变频器的额定电流，根据文献[10]，型号为“FR-A540-45KW”型变频的额定电流为86A，能满足主钩电动机FC=25%启动电流的需要。

根据文献[4]，YZBF160L-6 11KW电动机的额定电流：当JC=100%时为18.8A，JC=25%时为28.7A；按电动机JC=25%时的工作电流选择变频器的额定电流，根据文献[10]，型号为“FR-A540-15KW”型变频的额定电流为31A，能满足副钩电动机FC=25%启动电流的需要。

变频器FR-A540的技术参数见表3.1,电气端子定义见图4。

表3.1变频器技术参数

控制方式 输出频率范围 频率设率 模拟输入 数字输入 柔性PWM控制/高载波频率PWM控制(可选V/F控掉或先进的磁通量控制) 0.2至400HZ 0.015HZ/60HZ 0.01HZ 控制特性 定分辨

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频率精度 电压/频率特性 启动转矩 转矩提升 加/减速时间设定 直流制动 失速防止动作水平 频率设模拟输入 模拟量输入时最大输出频率的土0.2%以内,数字量输入时最大输出频率的土0.2%以内 基底频率可在0至400HZ任意设定,可选恒转矩或变转矩曲线 0.5HZ,150% 手动转矩提升 0至3600S(可分别设定加速时间和减速时间,可选直线型或S型) 动作频率(0至200HZ),动作时间(0至10S),电压(0至30%)可变 可设定动作电流(0至30%)可变 0到5VDC,0到10VDC,0到土10VDC,DC4到20mA 使用操作面板或参数单元3位BCD或12位二进制 可分别选择正转,反转和启动信号自保持输入 最多可选择15种速度(每种速度可在0至400HZ内设定) 0至3600S(最多可分别设三种加/减速时间) 具体点动运行模式选择端子 可选择输入频率设定信号4到20mADC 变频器输出瞬间切断(频率,电压) 解除保护功能动作时的保持状态 上,下限频率设定,频率跳变运行,外部热继电器输入选择,极性可运行特性 运行功能 逆选择,瞬时停电再启动运行,工频电源—变频器切换运行,正转/反转限制,转差率补尝,运行模式选择,离线自动调整功能,PID控制,程序运行,计算机网络运行 可从变频器正在运行,上限频率,瞬时电源故障,频率检测,第二频率检测,正在程序运行,正在PU模式下运行,过负荷报警,再生制运行状态 输出信报警(变频器跳号 闸) 动预报警,电子过流保护预报警,零电流检测,输出电流检测,PID下限,PID上限,PID正/负作用,工频电源—变频器切换,动作准备,抱匝请求打开,风扇故障和散热功片过热预报警中选择5个不同的信号通过集电极开路输出 接点输出(230VAC0.3A,30VDC0.3A)集电极开路输出 可从输出频率,电极电流,输出电压,设定频率,运行速度,电动机指示仪表 转矩,整流桥输出电压,再生制动使用率,电子过流保护负荷率,输入功率,输出功率,负荷仪表,电动机励磁电流分别选择一个信号从脉冲输出和模拟输出 定信号 数字输入 启动信号 多段速度选择 输入信号 第一第二加/减速选择 点动运行选择 电流输入选择 输出停止 报警复位

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输出频率,电极电流,输出电压,设定频率,运行速度,电动机转矩,PU显示 报警内容 运行状态 整流桥输出电压,再生制动使用率,电子过流保护负荷率,输入功率,输出功率,负荷仪表,电动机励磁电流,累积动作时间,实际运行时间,电度表在线监测 保护动作时显示报警内容,可记录8次 过电流断路,再生过电压断路,电压不足,瞬时停电,过负荷断路,保护/报警功能 制动晶体管报警,接地过流,输出短路,主回路元件过热,失速防止,过负荷报警,制动电阻过热保护,散热片过热,风扇故障,选件故障,参数错误,PU脱出,

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3.4电气控制PLC选型

3.4.1电气控制需求I/0点表统计

A. 电气控制需求特点分析

根据FR-A540变频器技术性能特点，通过外接RH、RM、RL开关量组合不同，变频器可以输出15种不同的固定频率，15种频率的值大小可通过参数设置确定，频率加速、减速时间0至3600s间设置，根据用户生产工艺需求，主钩、副钩设计为5个档位，已能满足用户生产，在特殊情况下还可即时修改变频器参数设置得到所需的速度；大车、小车电动机功率小，原有绕线式电动机串电阻调速完全能满足需要，仍然保持原有设备和控制方式不变，但大车、小车电动机过流保护信号进入PLC；栏杆极限、门极限、零位保护等安全装置信号进入PLC。 B. 电气控制PLC的I/0点表统计

依据电气控制需求特点分析，统计PLC的I/O点表，见表3.2。

表3.2电气控制I/O点需求表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 点名 点功能描述 主钩上升信号 主钩下降信号 主钩二档信号 主钩三档信号 主钩四档信号 主钩五档信号 主钩变频器打开抱匝 主钩点动上 主钩点动下 主钩上升限位 主钩超载 主钩制动单元备好 副钩上升信号 副钩下降信号 副钩二档信号 副钩三档信号 副钩四档信号 副钩五档信号 副钩变频器打开抱匝 点的类型 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 I点 备注 兼一档信号 兼一档信号 兼一档信号 兼一档信号

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到过流继电器的整定值时，继电器动作使主接触器失电释放，所有电机将失去电源停止工作，实现对电机的过载和短路保护。Kd、Kx、LK1、LK2的常闭触点串联在主接触器回路中提供零位保护。即大、小车的凸轮控制器Kd、Kx以及主、副钩的主令控制器LK1、LK2都必须放在零位，按下启动按钮QA才能接通电源使起重机进入准运行状态。大、小车的限位开关与各自凸轮控制器有关触点串联在主接触器KO的自锁电路中，提供限位保护。当某方向运动达到极限位置时，限位开关动作，使主接触器断电。整机停止工作，保证了人机安全。操作室门上的安全开关，在门打开时安全开关处于断开状态，主接触器失电，以防止有人在电源未切断的情况下出操作室发生危险。

4.4 PLC控制回路设计

PLC的外部端子定义及接线图，见图7。

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4.5变频器回路设计

A. 变频器回路外部端子接线

变频器回路外部端子接线设计，见图8。

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B. 硬件接线

FX2N-80MR是继电器输出型可编程序控制器，FR-A540变频器要求输入无源常开触点，因此将可编程序控制器的开关量输出端直接与变频器的开关量输入端相连。变频器的输出端RUN，SU，IPF，OL，FU是额定值为DC24V的集电极开路输出，符合三菱系列可编程序控制器对输入信号的要求，因此也可以将它们与可编程序控制器的输入端直接相连。

C. 变频器相关参数设置拟定

根据电机参数和用户生产工艺，拟定变频器设置参数见表4.2。

表4.2变频器参数设置拟定

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

参数号 Pr1 Pr2 Pr3 Pr4 Pr6 Pr24 Pr27 Pr26 Pr7 Pr8 Pr9 上限频率 下限频率 基准频率 五档 一档低速 二档 三档 四档 加速时间 减速时间 名称 设定值 50HZ 1.5HZ 50HZ 50HZ 5HZ 15HZ 30HZ 40HZ 3秒 3秒 备注 电子过电流保护 0-500A 主钩86A；副钩31A 第39页

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续表4.2变频器参数设置拟定

序号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 参数号 Pr13 Pr60 Pr71 Pr80 Pr84 Pr184 Pr190 Pr251 Pr278 Pr279 Pr281 Pr282 Pr283 Pr22 Pr29 Pr144 Pr162 Pr96 Pr95 Pr185 启动频率 模式 适用电机 电机容量 电机额定频率 AU端子请求信号 RUN端子功能选择 输出欠电压保护 制动开启频率 制动开启电流 制动操作开始时间 制动操作频率 制动操作停止时间 失速防止动作水平 加减方式 电机极数 瞬时停电后再启动动作选择 离线自动调整设定/状态 在线自动调整选择 点动 名称 设定值 2HZ 8 3 电机额定 主钩37KW；副钩15KW 备注 50HZ 4 只有AU信号为ON时，变频器才能设定频率信号 20 变频器运行 1 2 70% 0.3 4 0.3 150% 0 6 0 瞬时停电后不能再启动 101 1 5 4.6电气控制PLC程序设计

4.6.1主钩控制梯形图

A. 主钩控制梯形图

主钩控制梯形图设计，见图9。

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F. 调速比大于1：10，速度设计为三段以上，可视要求而定，每段速度的变化都是匀

加速变化，无冲击产生，且可根据生产工艺需求，由电气维护人员对变频器参数修改后，得到所需的转速，而无需增加额外成本。

G. 采用电气制动，进行零速刹车，即：当电机转速为零时，制动器上闸刹车，避免

了制动时的冲击。 H. 点动功能实现十分简单。

I. 能精确实现起重机吊装设备过程中的对位和定位精准度。 J. 降低了起重机司机操作强度。

结果：用户单位采用PLC+变频器的技术方案，对桥式起重机电气系统进行技术升级改造，这也是桥式起重机未来技术发展和普及方向。当然技术路线方案三不足的是受资金限制大车、小车仍采用绕线式电动机串电阻进行调速方式。

第二章 交流电机变频调速和变频器及PLC的原理和技术

2.1交流异步电机变频调速原理和技术发展

交流异步电动机结构相当简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性，检修成本低歉，在工业生产中得到广范运用，但其调速机械特性和性能远不及直流电动机，使其在工业生产需要调速运行工艺中受限。不过，随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技术发展，变频器产品日趋成熟实用今天，交流异步电机变频调速，已经能和直流电动机调速相比，大有替代直流电动机调速之势。

由电机学知，交流异步电动机的转速公式如下： n=

60f1(1-s) （2—1） p式中P——电动机定子绕阻的磁极对数； f1——电动机定子电压供电频率； S——电动机的转差率。

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从式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案: 1)改变电动机的磁极对数

由异步电动机的同步转速n0=60f1/p可知，在供电电源频率f1不变的条件下，通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数P，即可改变异步电动机的同步转速n0，从而达到调速的目的。这种控制方式比较简单，只要求电动机定子绕组有多个抽头，然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数。采用这种控制方式，电动机转速的变化是有级的，不是连续的，一般最多只有三档，适用于自动化程度不高，且只须有级调速的场合。

2)变转差率调速

从式（2—1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数P一定，定子绕组的供电频率f1—定时，改变转差率s可以达到调速目的。

改变转差率调速的方法很多，常用的方案有：异步电动机定子调压调速，电磁转差离合器调速和绕线式异步电动机转子回路串电阻调速，串级调速等。

定子调压调速系统就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器，这种调压调速系统仅适用于一些属短时与重复短时作深调速运行的负载。为了能得到好的调速精度与能稳定运行，一般采用带转速负反馈的控制方式。所使用的电动机可以是绕线式异电动机或是有高转差率的鼠笼式异步电动机。

电磁转差离台器调速系统，是由鼠笼式异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成。鼠笼式电动机作为原动机以恒速带动电磁离合器的电枢转动，通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节。这种系统一般也采用转速闭环控制。

绕线式异步电动机转子回路串电阻调速就是通过改变转子回路所串电阻来进行调速，这种调速方法简单，但调速是有级的，串入较大附加电阻后，电动机的机械特性很软，低速运行损耗大，稳定性差。

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绕线式异步电动机串级调速系统就是在电动机的转子回路中引入与转子电势同频率的反向电势Ef，只要改变这个附加的，同电动机转子电压同频率的反向电势Ef，就可以对绕线式异步电动机进行平滑调速。Ef越大，电动机转速越低。

3）变频调速

从式（2—1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数Pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率f1可以达到调速目的，电动机转速n基本上与电源的频率f1成正比，因此，平滑地调节供电电源的频率，就能平滑，无级地调节异步电动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，基频f=50Hz以下，属于恒转矩调速方式，在基频以上，属于恒功率调速方式，与直流电动机的降压和弱磁调速十分相似。且采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能，大幅度降低电机的起动电流，增加起动转矩。

在交流异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率PM可以分成两部分：一部分P2=（1—s）PM是拖动负载的有效功率，另一部分是转差功率PS=sPM，与转差率s成正比，它的去向是调速系统效率高低的标志。就转差功率的去向而言，交流异步电动机调速系统可以分为三种：

1)转差功率消耗型

这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，转差率s增大，转差功率PS=sPM增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率也随之降低。定子调压调速、电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方法属于这一类，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率PS愈大，系统效率愈低的问题，故不值得提倡。

2)转差功率回馈型

这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回馈的功率越多，但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线式异步电动机转子

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串级调速即属于这一类，它将转差功率通过整流和逆变作用，经变压器回馈到交流电网，但没有以发热形式消耗能量，即使在低速时，串级调速系统的效率也是很高的。

3)转差功率不变型

这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但不论转速高低，转差功率基本不变。如变极对数调速，变频调速即属于这一类，由于在调速过程中改变同步转速n0，转差率s是一定的，故系统效率不会因调速而降低。在改变n0的两种调速方案中，又因变极对数调速为有极调速，且极数很有限，调速范围窄，所以，目前在交流调速方案中，变频调速是最理想最有前途的交流调速方。

交流异步电动机恒转矩变频调速主要是通过降低供电电源的频率f1来实现降低鼠笼异步电动机的同步转速n0，从而使电动机获得平滑的速度变化。由定子电压平衡方程式U1≈E1=4.44f1N1Kn1Φ1可知，若变频时电源电压保持额定值不变，则当f1下降时，电动机主磁通Φ1增加，电动机磁路将进入饱和区域，从而导致空载电流I0和铁芯损耗的急剧增大，电动机温升过高。为此，在降低供电电源的频率同时，为保持电动机主磁通Φ1不变，必须同步降低供电电源（变频器输出）电压，使U1/f1=常数，以期获得良好的调速性能。在恒压频比条件下（U1/f1=常数），鼠笼异步电动机变频调速的机械特性是，随频率降低时，机械特性基本是平行下移的，但频率越低时，输出最大转矩会变小，如图3所示。

图3中曲线1为U1、f1为额定参数下固有机械特性；曲线2为降低频率，即恒压频比不变的人为机械特性；曲线3为频率更低时的人为机械特性。电动机的最大转矩Tmax变小，原因在于：由于保持U1/ f1=常数，当频率较低时，电源电压也变低，则此时定子电阻r1的压降I1r1大小已不能再忽略，而使E1、Φ1、E2、I2下降更严重，最大转矩就会变小。桥式起重机起升机构对最大转矩的要求是较高的，它经常工作于低速状态，并且频繁启动、重载启动，因此，采用一般的鼠笼异步电动机进行变频调速用于桥式起重机的起升机构并不是很理想。在进行电动机选择时，除了考虑一般的异

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步电动机参数满足需求之外，还考察异步电动机变频调速时发热、电磁干扰、转矩不变等要求。

基于普通异步电动机运用变频调速时发热、电磁干扰明显，电动机的最大转矩会随电源频率改有所下的情况，电机厂家开发出不同类型的变频异步电动机，以适应不同的工业生产特点。冶金起重用变频鼠笼异步电动就是专为冶金恶劣环境下开发出的新型产品。YZBF系列冶金用变频调速三相异步电动机，是在YZ系列冶金用三相异步电动机基础上进一步开发的，是专为异步电动机工作于变频调速工况下设计的，其参数特点是：

1）设计减小了定子和转子电阻，降低基波铜（铝）耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增加。

2）为抑制电流中的高次谐波，适当增加电动机的电感。

3）变频异步电动机的主磁路设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压（电压补尝）。

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