起重機的電氣控制系統(tǒng)

起重機的電氣控制系統(tǒng)起重機鋼結(jié)構(gòu)負責(zé)載荷支承；起重機機構(gòu)負責(zé)動作運轉(zhuǎn)；起重機機構(gòu)動作的起動、運轉(zhuǎn)、換向和停止等均由電氣或液壓控制系統(tǒng)來完成，為了起重機運轉(zhuǎn)動作能平穩(wěn)、準(zhǔn)確、安全可靠是離不開電氣有效的傳動、控制與保護。1.起重機電氣傳動起重機對電氣傳動的要求有：調(diào)速、平穩(wěn)或快速起制動、糾偏、保持同步、機構(gòu)間的動作協(xié)調(diào)、吊重止擺等。其中調(diào)速常作為重要要求。一般起重機的調(diào)速性能是較差的，當(dāng)需要準(zhǔn)確停車時，司機只能采取“點車”的操縱方法，如果“點車”次數(shù)很多，不但增加了司機的勞動強度，而且由于電器接電次數(shù)和電動機起動次數(shù)增加，而使電器、電動機工作年限大為縮短，事故增多，維修量增大。有的起重機對準(zhǔn)確停車要求較高，必須實行調(diào)速才能滿足停準(zhǔn)要求。有的起重機要采用程序控制、數(shù)控、遙控等，這些技術(shù)的應(yīng)用，往往必須在實現(xiàn)了調(diào)速要求后，才有可能。由于起重機調(diào)速絕大多數(shù)需在運行過程中進行，而且變化次數(shù)較多，故機械變速一般不太合適，大多數(shù)需采用電氣調(diào)速。電氣調(diào)速分為二大類：直流調(diào)速和交流調(diào)速。直流調(diào)速有以下三種方案：固定電壓供電的直流串激電動機，改變外串電阻和接法的直流調(diào)速；可控電壓供電的直流發(fā)電機電動機的直流調(diào)速；可控電壓供電的晶閘管供電直流電動機系統(tǒng)的直流調(diào)速。直流調(diào)速具有過載能力大、調(diào)速比大、起制動性能好、適合頻繁的起制動、事故率低等優(yōu)點。缺點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、需要直流電源等。交流調(diào)速分為三大類：變頻、變極、變轉(zhuǎn)差率。調(diào)頻調(diào)速技術(shù)目前已大量地應(yīng)用到起重機的無級調(diào)速作業(yè)當(dāng)中，電子變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主體變頻器已有系列產(chǎn)品供貨。變極調(diào)速目前主要應(yīng)用在葫蘆式起重機的鼠籠型雙繞組變極電動機上，采用改變電機極對數(shù)來實現(xiàn)調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式較多，如改變繞線異步電動機外串電阻法、轉(zhuǎn)子晶閘管脈沖調(diào)速法等。除了上述調(diào)速以外還有雙電機調(diào)速、液力推動器調(diào)速、動力制動調(diào)速、轉(zhuǎn)子脈沖調(diào)速、蝸流制動器調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速等等。2.起重機的自動控制可編程序控制器程序控制裝置一般由電子數(shù)字控制系統(tǒng)組成，其程序自動控制功能主要由可編程序控制器來實現(xiàn)。自動定位裝置起重機的自動定位一般是根據(jù)被控對象的使用環(huán)境、精度要求來確定裝置的結(jié)構(gòu)形式。自動定位裝置通常使用各種檢測元件與繼電接觸器或可編程序控制器，相互配合達到自動定位的目的。大車運行機構(gòu)的糾偏和電氣同步糾偏分為人為糾偏和自動糾偏。人為糾偏是當(dāng)偏斜超過一定值后，偏斜信號發(fā)生器發(fā)出信號，司機斷開超前支腿側(cè)的電機，接通滯后支腿側(cè)的電機進行調(diào)整。自動糾偏是當(dāng)偏斜超過一定值時，糾偏指令發(fā)生器發(fā)出指令，系統(tǒng)進行自動糾偏。電氣同步是在交流傳動中，常采用帶有均衡電機的電軸系統(tǒng)，實現(xiàn)電氣同步。地面操縱、有線與無線遙控地面操縱多為葫蘆式起重機采用，其關(guān)鍵部件是手動按鈕開關(guān)，即通常所稱的手電門。有線遙控是通過專用的電纜或動力線作為載波體，對信號用調(diào)制解調(diào)傳輸方式，達到只用少通道即可實現(xiàn)控制的方法。無線遙控是利用當(dāng)代電子技術(shù)，將信息以電波或光波為通道形式傳輸達到控制的目的。起重電磁鐵及其控制起重電磁鐵的電路，主要是提供電磁鐵的直流電源及完成控制（吸料、放料）要求。其工作方式分為：定電壓控制方式和可調(diào)電壓控制方式。3.起重機的電源引入裝置起重機的電源引入裝置分為三類：硬滑線供電、軟電纜供電和滑環(huán)集電器。硬滑線電源引入裝置有裸角鋼平面集電器、圓鋼（或銅）滑輪集電器和內(nèi)藏式滑觸線集電器進行電源引入。軟電纜供電的電源引入裝置是采用帶有絕緣護套的多芯軟電線制成的，軟電纜有圓電纜和扁電纜二種形式，它們通過吊掛的供電跑車進行引入電源。4.起重機的電氣設(shè)備與電氣回路不同類型的起重機的電氣設(shè)備是多種多樣的，其電氣回也不一樣，但電氣回路基本上還是由主回路、控制回路、保護回路等組成。在這里不必一一介紹，只簡要地介紹一下電動起重機的典型產(chǎn)品通用橋式起重機的主要電氣設(shè)備和基本電氣回路。1).通用橋式起重機的電氣設(shè)備通用橋式起重機的電氣設(shè)備主要有各機構(gòu)用的電動機、制動電磁鐵、控制電器和保護電器。電動機 橋式起重機各機構(gòu)應(yīng)采用起重專用電動機，它要求具有較高的機械強度和較大的過載能力。應(yīng)用最廣泛的是繞線式異步電動機，這種電動機采用轉(zhuǎn)子外接電阻逐級起動運轉(zhuǎn)，既能限制起動電流確保起動平穩(wěn)，又可提供足夠的起動力矩，并能適應(yīng)頻繁起動、反轉(zhuǎn)、制動、停止等工作的需要。要求較高容量大的場合可采用直流電動機，小起重量起重機，運行機構(gòu)中有時采用鼠籠式電動機。繞線式電動機型號為JZR;JZR2和JZRH和YZR系列電動機。鼠籠式電動機型號為JZ;JZ2和YZ系列電動機。制動電磁鐵 制動電磁鐵是各機構(gòu)常閉式制動器的打開裝置。起重機常用的打開裝置有如下四種：單相電磁鐵（MZD1系列）、三相電磁鐵（MZS1系列）、液壓推動器（TY1系列）和液壓電磁鐵（MY1系列）。操作電器 又稱為控制電器，它包括控制器、接觸器、控制屏和電阻器等。主令控制器主要用于大容量電動機或工作繁重、頻繁起動的場合（如抓斗操作）。它通常與控制屏中相應(yīng)的接觸器動作，實現(xiàn)主電動機的正、反轉(zhuǎn)、制動停止與調(diào)速工作。其常用型號為LK4系列和LKI4系列。凸輪控制器主要用于小起重量起重機的各機構(gòu)的控制中，直接控制電動機的正、反轉(zhuǎn)和停止。要求控制器具有足夠的容量和開閉能力、熄弧性能好、觸頭接觸良好、操作應(yīng)靈活、輕便、檔位清楚、零位手感明確、工作可靠、便于安裝、檢修和維護。常用型號為KT10和KT12系列。電阻器在起重機各機構(gòu)中用于限制起動電流，實現(xiàn)平穩(wěn)和調(diào)速之用。要求應(yīng)有足夠的導(dǎo)電能力，各部分連接必須可靠。保護電器橋式起重機的保護電器有保護柜、控制屏、過電流繼電器、各機構(gòu)的行程限位、緊急開關(guān)、各種安全聯(lián)鎖開關(guān)及熔斷器等。對于保護電器要求保證動作靈敏、工作安全可靠、確保起重機安全運轉(zhuǎn)。2).電氣回路橋式起重機電氣回路主要有主回路、控制回路及照明信號回路等。（1）主回路 直接驅(qū)使各機構(gòu)電動機運轉(zhuǎn)的那部分回路稱為主回路，如圖2-18所示。它是由起重機主滑觸線開始，經(jīng)保護柜刀開關(guān)1QS保護柜接觸器主觸頭，再經(jīng)過各機構(gòu)控制器定子觸頭至各相應(yīng)電動機，即由電動機外接定子回路和外接轉(zhuǎn)子回路組成。（2）控制回路 橋式起重機的控制回路又稱為聯(lián)鎖保護回路，它控制起重機總電源的接通與分?jǐn)?，從而實現(xiàn)對起重機的各種安全保護。由控制回路控制起重機總電源的通斷，原理如圖2-19所示。左邊部分為起重機的主回路，即直接為各機構(gòu)電動機供電并使其運轉(zhuǎn)的那部分電路。右邊部分則為起重機的控制回路。從圖2-19中可知，在主回路刀開關(guān)1DK推合后，控制回路于A;B處獲得接電，而主回路因接觸器KM主觸頭分?jǐn)辔茨芙与姡收麄€起重機各機構(gòu)電動機均未接通電源而無法工作。因此，起重機總電源的接通與分?jǐn)?，就取決于主接觸器主觸頭KM的接通與否，而控制回路就是控制主接觸器KM主觸頭的接通與分?jǐn)?，也就是控制起重機總電源的接通與分?jǐn)啵拾堰@部分控制主回路通斷的電路稱之為控制回路?？刂苹芈返慕M成 如圖2-19所示，控制回路由三部分組成：號電路零位起動部分電路、號電路限位保護部分電路和號電路聯(lián)鎖保護部分電路。在號電路內(nèi)包括起升、小車、大車控制器的零位觸頭（它們分別用SCHO、SCSO、SCLO表示）和起動按鈕SB；在號電路內(nèi)包括起升、小車和大車限位器的常閉觸頭（它們分別用SQH、SQS1、SQS2、SQL1、SQL2表示）；在電路中包括主接觸器KM的線圈、緊急開關(guān)SE、端梁門開關(guān)SQ1、SQ2及各過電流繼電器FA0、FA1、FA2、FA3、FA4的常閉觸頭。號電路與號電路通過主接觸器KM之常開聯(lián)鎖觸頭KM1、KM2并接后與號電路中串聯(lián)接入電源而組成一個完整的控制回路。控制回路的工作原理a.起重機零位起動 由圖2-19所示，當(dāng)保護柜刀開關(guān)1DK推合后，在控制回路中，由于KM1和KM2未閉合而只有號電路和號電路串聯(lián)并通過熔電器FU1和FU2接于電源之A、B兩點。只要各機構(gòu)控制器手柄置于零位，即非工作位置，此時SCHO、SCSO、和SCLO各控制器零位觸頭閉合，各安全開關(guān)SE、CQ1、CQ2和FA1FA4之觸頭都處于正常閉合狀態(tài)，此時按下起動按鈕SB，則主接觸器KM之線圈構(gòu)成閉合回路接電而將其主觸頭吸合，遂將起重機總電源接通。b.起重機電源接通的自鎖原理 在按下起動按鈕SB接觸器吸合接通總電源同時，接觸器KM的常開聯(lián)鎖觸頭KM1和KM2將隨之閉合，遂將包括各機構(gòu)限位器常閉觸頭在內(nèi)的號電路與號電路并接于控制回路中，故當(dāng)起動按鈕SB脫開使號電路分?jǐn)嗪螅蛴刑栯娐啡〈栯娐凡⑴c號電路串聯(lián)而使接觸器KM線圈持續(xù)通電吸合，故其主、副觸頭保持閉合狀態(tài)，使起重機總電源保持接通狀態(tài)，從而實現(xiàn)起重機供電聯(lián)鎖作用。這時，扳動起重機各機構(gòu)控制器手柄置于工作位置，則起重機即可產(chǎn)生相應(yīng)動作。由于各機構(gòu)限位觸頭接在號電路中，故可起到相應(yīng)的限位保護作用。c.零壓保護 起重機總電源為保護柜中主接觸器的通斷所控制，當(dāng)電源供電電壓較低時（低于額定電壓的85%），因電磁拉力小，主接觸器KM的靜鐵芯不能吸合動鐵芯，其主、副觸頭就不能閉合，即不能合閘（或工作時掉閘），從而可實現(xiàn)欠電壓保護。d.零位保護 從圖2-19所示,號電路中各控制器零位觸頭SCHO、SCSO、SCLO任一個不閉合（即其控制器手柄置于工作位置時），按下起動按鈕SB，控制回路因此在此處分?jǐn)喽荒苄纬砷]合回路，無法使接觸器通電吸合，故起重機不能起動。這就避免了在控制器手柄置于工作位置時接通電源而發(fā)生危險動作所造成的危害。故對起重機起到零位保護作用。e.各電動機的過載和短路保護在控制回路的號電路中，串有總過電流繼電器和保護各電動機的過電流繼電器常閉觸頭，當(dāng)起重機因過載、某電動機過載、發(fā)生相間或?qū)Φ囟搪窌r，強大的電流將使其相應(yīng)的過電流繼電器動作而頂開它的常閉觸頭，使接觸器KM的線圈失電，導(dǎo)致起重機掉閘（接觸器釋放），從而實現(xiàn)起重機的過載和短路保護作用。f.各機構(gòu)的限位保護 起重機起動且按鈕SB脫開后的控制回路原理圖如圖2-20所示。此時號電路取代號電路而接入控制回路中，保護主接觸器持續(xù)通電吸合。當(dāng)某機構(gòu)控制器手柄置于工作位置時，如起升機構(gòu)吊鉤上升，此時之控制回路原理圖如2-21所示。這時起升控制器上升方向聯(lián)鎖觸頭SCH1閉合（下降方向聯(lián)鎖觸頭SCH2斷開），只串有上升限位器SQH常閉觸頭的這一分支電路與L2（V2）相接而使主接觸器通電閉合，當(dāng)?shù)蹉^升至上極限位置而將上升限位器SQH常閉觸頭撞開時，則控制回路斷開而使主接觸器KM線圈失電釋放，導(dǎo)致主回路斷電，電動機停止運轉(zhuǎn)，吊鉤停止上升，起到上升方向的限位保護作用。如欲使吊鉤下降，重新工作，則必須將各機構(gòu)控制器手柄復(fù)位回零，重新起動。起升控制器手柄扳向下降方向，吊鉤下降，上升限位器釋放而使其觸頭恢復(fù)常閉狀態(tài)，以備吊鉤再次升時限位保護之用。同理可實現(xiàn)下降、大車、小車相應(yīng)各方向的行程端限位保護。g.緊急斷電保護從圖2-19中可知，緊急開關(guān)SE的常閉觸頭串于號電路中，當(dāng)遇有緊急情況而需要立即斷電時，則司機可順手將置于其操作下方的緊急開關(guān)扳動即可打開其常閉觸頭，使號電路斷開而導(dǎo)致主接觸器失電釋放，切斷起重機總電源，實現(xiàn)緊急斷電保護。i.各種安全門開關(guān)聯(lián)鎖保護 在控制回路的號電路中，串有司機門聯(lián)鎖開關(guān)SQ1、艙口門開關(guān)SQ2、端梁門開關(guān)SQ3和SQ4的常閉觸頭，這些門任何一個打開，均會使控制回路分?jǐn)喽鵁o法合閘（或掉閘），從而可實現(xiàn)對橋上工作的司機、檢修人員的保護，免受起重機意外的突然起動所造成的危害。j.起重機的超載保護 在控制回路中，串入超載限制器的常閉觸頭，當(dāng)起吊載荷超過額定負荷時，則控制回路