變頻器在起重機(jī)上的應(yīng)用

1、成都工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要 隨著現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，微處理器和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而起重機(jī)作為物料搬運(yùn)系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中起重要作用。傳統(tǒng)的起重控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差,故障率高，電能浪費(fèi)大，效率低等缺點(diǎn)，故對于提高其運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全，降低物料搬運(yùn)成本是十分嚴(yán)重的。因此根據(jù)塔式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速大大提高了操作精度和穩(wěn)定度;綜合保護(hù)功能完善，便于及時發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障；并且節(jié)約了能源。關(guān)鍵詞:可編程

2、序控制器；塔式起重機(jī)；變頻調(diào)速；變頻器40 摘要1引言31  緒論41.1塔式起重機(jī)簡介51.2本課題設(shè)計的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù)61.3變頻技術(shù)的發(fā)展趨勢、展望71.4起重機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)71.5變頻器的特點(diǎn)81.6再生能量的處理91.7經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠性121.8本論文的研究內(nèi)容122變頻調(diào)速132.1變頻調(diào)速的基本原理132.2變頻器的基本機(jī)構(gòu)和功能152.2.1變頻器的主回路器件152.2.2變頻器的控制電路構(gòu)成163 QTZ50塔式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計183.1總體設(shè)計方法183.2 PLC技術(shù)簡介213.2.1 PLC概述213.2.2 三菱FX2N工作原理2

3、13.3部件的選擇223.3.1電機(jī)的選用223.3.2變頻器的選用（FR-A540）243.3.3PLC的選用283.3.4 電阻值的計算293.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計303.4.1系統(tǒng)控制的要求303.4.2控制系統(tǒng)的1/O點(diǎn)及地址分配313.4.3程序設(shè)計32致謝39參考文獻(xiàn)40引言隨著工業(yè)生產(chǎn)對起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，

4、而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動機(jī)驅(qū)動的起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠異步電動機(jī)，并且高效、節(jié)能，其外圍控制線路簡單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。所以，采用交流變頻調(diào)速是起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。 1  緒論 隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷提高，環(huán)保和能源問題日趨成為人們爭論的主題。充分有效地利用能源已成為緊迫的問題，為了尋求高效可用的能源，各個國家都投入了大

5、量人力財力，進(jìn)行不懈的努力。就目前而言，電能是全世界消耗最多的能源之一，同時也是浪費(fèi)最多的能源之一，為解決能源問題必須先從電能著手，其中起代表性的就是電機(jī)的控制。電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，它的用途非常廣泛，在現(xiàn)代社會生活中隨處可見電機(jī)的身影，在發(fā)達(dá)國家中生產(chǎn)的總電能有一半以上是用于電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換，這些電機(jī)傳動系統(tǒng)當(dāng)中90%左右的是交流異步電機(jī)。在國內(nèi)，電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)4億千瓦，年耗電量達(dá)6000億千瓦時，約占工業(yè)耗電量的80%。并且使用中的電機(jī)絕大部分還是中小型異步電機(jī)，加之設(shè)備的陳舊、管理、控制技術(shù)跟不上，所浪費(fèi)的電能甚多。能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對于社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民

6、生活水平的提高都起著極為重要的作用。在高速增民的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，我國能源工業(yè)而臨著經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價格的影響入的資，我國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多。為此，國家十五計劃中，在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方而投金高達(dá)500億元左右，由此可見，在我國異步電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)將有巨大的市場潛能。在電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)迅速發(fā)展的今天，電氣傳動技術(shù)正面臨著一場歷史性的革命。經(jīng)過了十多年的發(fā)展，近代交流傳動逐漸成為電氣傳動的主流。在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最佳的是變頻調(diào)速系統(tǒng)，因此，對變頻調(diào)速的研究是當(dāng)前電氣傳動研究中最為活躍、最有實際應(yīng)用價值的工作。變

7、頻器產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強(qiáng)調(diào)的是，這里的“變頻器產(chǎn)業(yè)”應(yīng)該是變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)，或者是inverter technology產(chǎn)業(yè)。正如IT產(chǎn)業(yè)不僅限于PC一樣，變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)包括所有與變頻器技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，如電力電子器件的生產(chǎn)、驅(qū)動保護(hù)集成電路的生產(chǎn)、電氣傳動與系統(tǒng)控制技術(shù)、工業(yè)應(yīng)用等。1.1塔式起重機(jī)簡介塔式起重機(jī)在建筑及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其作用主要用來實現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn),塔式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣,工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國塔式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積

8、累經(jīng)驗，不斷改造，推動了塔式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動方案一般采用:(1)直接起動電動機(jī);(2)改變電動機(jī)極對數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;(4)渦流制動器調(diào)速;(5)可控硅串級調(diào)速;(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速;起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動，對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重;功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于0.2-0

9、.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機(jī)，而直流電動機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。我們所研究的塔式起重機(jī)是電動單臂塔式起重機(jī)，該起重機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和小車牽引機(jī)構(gòu)和液壓頂升機(jī)構(gòu)及安全保護(hù)裝置和電氣控制裝置等部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?.2本課題

10、設(shè)計的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù) 傳統(tǒng)塔式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有: 1.塔式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。 2.繼電一接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。 3.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的

11、調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在QTZ50通用塔式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，提出了一個改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了塔式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。本課題塔式起重機(jī)基本參數(shù): 提升機(jī)構(gòu)采用YP2 280M-8,45KW電機(jī)，當(dāng)選用2繩時，速度可達(dá)到80m/min,40m/min,10m/min,當(dāng)采用4繩時可達(dá)到40m/min,20m/min,5m/min,提升機(jī)構(gòu)帶有制動器，提升機(jī)構(gòu)不工作時，制動機(jī)構(gòu)永遠(yuǎn)處于制動狀態(tài)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電機(jī)YD132S-4/8,3.3/2.2KW驅(qū)動。經(jīng)液力偶

12、合器和立行式行星減速器帶動小齒輪，從而帶動塔機(jī)上部的起重臂，平衡臂等左右移動。其速度位0.8r/min,0.4r/min.在液壓耦合器的輸出軸處加一個盤式制動器，盤式制動器處于常開狀態(tài)，主要用于塔機(jī)頂升時的制動定位，保證進(jìn)行安全頂升作業(yè)?；剞D(zhuǎn)制動器也用于有風(fēng)狀態(tài)下工作時，起重機(jī)不能準(zhǔn)確定位之用。嚴(yán)禁用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動停車，起重臂沒有完全停止時，不允許打反轉(zhuǎn)制動。小車牽引機(jī)構(gòu)是重載小車變幅的驅(qū)動裝置。采用YD132S-4/8.3.3/2.2KW電機(jī)。經(jīng)由圓柱渦輪減速器帶動卷筒，通過鋼絲繩是在重小車以38m/mi,19m/min的速度在起重臂軌道上來回運(yùn)動。牽引小車鋼絲繩一端纏繞后固定在卷筒上，另一端

13、則固定在載重小車上。變幅時通過鋼絲的收。放來保證載重小車正常工作。液壓頂升機(jī)構(gòu)的工作主要靠安裝在爬升架內(nèi)側(cè)面的一套液壓油缸，活塞，磅，閥和油壓系統(tǒng)來完成。當(dāng)需要頂升時，有起重機(jī)吊鉤吊起標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，送進(jìn)引入架，把塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與下支座的4 個M45連接螺栓松開，開動電動機(jī)是液壓缸工作，頂起上部機(jī)構(gòu)，操縱爬抓支持上部質(zhì)量，然后收回活塞，再次頂升，這樣兩次工作循環(huán)可加一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。1.3變頻技術(shù)的發(fā)展趨勢、展望近幾年來對電力電子裝置控制技術(shù)的研究十分活躍，各種現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制、滑?？刂坪腿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及智能控制(如專家系統(tǒng)、模糊控制、遺傳算法、采用微分幾何理論的非線性解禍、魯棒觀察器，在某種指標(biāo)意

14、義下的最優(yōu)控制技術(shù)和尼奈奎斯特陣列設(shè)計方法等)和無速度傳感器等高動態(tài)性能控制都是研究的熱點(diǎn)，這些研究必將把交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展到一個新的水平。交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、礦山、化工、石油、紡織、造紙、印染船舶、鐵路等行業(yè)，是最有發(fā)展前途的一種調(diào)速控制方式。從總體上看我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距1015年，就目前而言，盡管變頻調(diào)速系統(tǒng)的研發(fā)在國內(nèi)還比較活躍，但是市場上的絕大部分產(chǎn)品還是被國外產(chǎn)品所占據(jù)，為此，我們需要密切關(guān)注國際變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展的趨勢，緊跟著國內(nèi)市場的需求，加快國內(nèi)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，努力研制出自己的產(chǎn)品。1.4起重機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)   （1

15、）起重機(jī)應(yīng)具有大的啟動轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實驗等因素，至少應(yīng)在起動加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。   （2）由于機(jī)械制動器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動器的制動轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動信號與機(jī)械制動器動作信號的控制時序。   (3）當(dāng)起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行或平移機(jī)構(gòu)急減速時，電動機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場情況研討如何處理這部分再生能量。   （4）起升機(jī)構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。 1.5

16、變頻器的特點(diǎn)    1.5.1主要功能及特點(diǎn) 起重機(jī)專用變頻器是針對起重行業(yè)專業(yè)設(shè)計的一款高性能矢量變頻器，用于各類起重機(jī)的起升、變幅、小車、回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)的交流無級調(diào)速。 主要的功能及特點(diǎn)如下：   （1）抱閘邏輯控制與監(jiān)控   準(zhǔn)確的抱閘開啟和閉合控制時序，通過抱閘實時狀態(tài)反饋和起動預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，確保控制的安全性和可靠性。   （2）輕負(fù)載升速（電子副鉤）   起重機(jī)空鉤或輕載時實現(xiàn)2倍速運(yùn)行，提高裝卸效率。輕負(fù)載升速功能主要應(yīng)用于起升高度較大的起重機(jī)：在起升機(jī)構(gòu)空載運(yùn)行時自動

17、使速度上升，以縮短時間來提高裝卸效率；   重載時自動降低速度以確保設(shè)備和人身的安全。變頻器根據(jù)啟動后一段時間內(nèi)的平均電流值來判斷負(fù)荷的大?。寒?dāng)負(fù)載重時，變頻器自動降低輸出頻率；當(dāng)負(fù)載輕時，變頻器自動提高輸出頻率。   （3）控制回路電源和主回路電源可以分別控制提高了用戶調(diào)試時的安全性，便于故障診斷與維護(hù)。   （4）危險速度監(jiān)視、快速停車及超速保護(hù)變頻器實時監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)電機(jī)速度大于設(shè)定的最高允許速度或速度偏差值時，變頻器發(fā)出故障報警并立即停止輸出，機(jī)械制動器動作，使起重機(jī)處于安全狀態(tài)。   快速停車功能給用戶提供

18、以下三種方式供選擇：   方式1：電氣制動的停車；方式2：電氣制動加機(jī)械制動的停車；方式3：機(jī)械制動的停車。 （5）預(yù)勵磁及起動預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償   預(yù)勵磁功能是在啟動之前自動地對電機(jī)實行直流勵磁，以保證電動機(jī)快速地提供起動轉(zhuǎn)矩，并通過調(diào)節(jié)勵磁的時間使電動機(jī)的起動與機(jī)械制動器的釋放時間相配合，避免出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。 （6）松繩檢測   防止在起重機(jī)繩索松弛的情況下，輕負(fù)載升速功能誤動作引發(fā)的不安全運(yùn)行。 （7）起重機(jī)操作模式方便、靈活   根據(jù)起重機(jī)不同的操作模式，為用戶提供以下操作模式選擇：操縱桿模式、遙控模式、電動電

19、位器模式、分級操縱桿給定模式、分級遙控給定模式、通訊給定模式等。   起重機(jī)專用矢量變頻器，具有優(yōu)異的力矩控制性能，廣泛適用于岸邊集裝箱起重機(jī)（STS）、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)(RMG)、輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（RTG）、門座式起重機(jī)、造船用龍門起重機(jī)、裝船機(jī)、卸船機(jī)、翻車機(jī)、堆取料機(jī)等各類港口機(jī)械，以及各類普通橋式、門式、塔式起重機(jī)和提梁機(jī)、架橋機(jī)等起重機(jī)械的起升、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無級調(diào)速。1.6再生能量的處理 當(dāng)采用變頻器傳動的起升機(jī)構(gòu)拖動位能性負(fù)載下放或平移機(jī)構(gòu)急減速、順風(fēng)運(yùn)行時，異步電動機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個回饋二極管將傳動機(jī)構(gòu)

20、的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。在高性能的工程型變頻器中，對連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動力制動；采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動。中科科技推出的DBU型能耗制動單元和RBU型能量回饋單元的具體參數(shù)可參見說明書。下面對這兩種制動方式做以詳細(xì)介紹。 （1）動力制動   動力制動由制動單元和制動電阻構(gòu)成。變頻器設(shè)置了制動單元和制動電阻后，其動力制動能力取

21、決于制動電阻的允許功率。因此，計算再生功率PM時，必須滿足PM    計算再生能量EM     計算再生功率PM     PM=EM/t0     式中PM制動期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，W     EM機(jī)構(gòu)急減速及下降時的再生能量，J     t0制動周期時間，S     選擇合適的制動單元/制動電阻組合  

22、;   選擇合適的制動單元/制動電阻組合，必須滿足下列條件：     PM<PRPM    式中PM制動期間電機(jī)產(chǎn)生的有效再生功率，W     PR制動電阻的允許功率，W     PDB制動單元的允許功率，W     當(dāng)計算的PM>PR時，表明超出了制動電阻的處理能力，需重新核算負(fù)載慣量和減速時間。     制動電阻

23、RB0的計算     在再生回饋制動中，即使不設(shè)置制動電阻，依靠電機(jī)內(nèi)部損耗也可獲得約20%的制動轉(zhuǎn)矩，因此可用下式計算所需的電阻值RB0：     VC²     RB0=     1.027（TB-0.2TM）n1     式中VC變頻器中間直流回路的電壓（約為700V），V     TB制動轉(zhuǎn)矩，kg·m   &

24、#160; TM電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，kg·m     n1電動機(jī)開始減速時的速度，rpm   動力制動的放電回路由制動單元和制動電阻構(gòu)成，其最大電流受制動晶體管最大允許電流IC的限制，制動電阻最小允許值RMIN=VC/IC。因此制動電阻選用時其實際值RB應(yīng)滿足以下條件：     RMIN<RB  上述選型是建立在精確的計算基礎(chǔ)上，在實際工程中如果精確的計算數(shù)據(jù)不能取得，     也可按下述給出的經(jīng)驗公式選型。 &#

25、160;   起升機(jī)構(gòu)的再生功率PM     PM=Pb×total     total=mec×mot×0.98     上式中，Pb為實際的負(fù)載再生發(fā)電功率，mec為機(jī)械效率，mot為電機(jī)效率。   （2）回饋制動   為了實現(xiàn)把制動狀態(tài)的電動機(jī)再生發(fā)電能量向電網(wǎng)回饋，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)采用可逆變流器。中科科技推出的能量回饋制動單元，它的網(wǎng)側(cè)變流器與逆變器結(jié)構(gòu)相同，采用一塊具有P

26、WM控制方式的電網(wǎng)電壓識別板。由于采用了PWM控制技術(shù)，對網(wǎng)側(cè)交流電壓的大小和相位可以進(jìn)行控制，可以使交流輸入電流與電網(wǎng)電壓同相位并接近正弦波，傳動系統(tǒng)的功率因數(shù)大于0.9，回饋制動時有100%電網(wǎng)回饋能力，而不需要自耦變壓器。 動力制動方式控制簡單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動。回饋制動方式雖然節(jié)能效果好，能連續(xù)長時制動，但控制復(fù)雜、成本較高。應(yīng)該注意的是，只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下，才可以采用回饋制動方式。對于采用滑觸線供電的起重機(jī)，應(yīng)特別注意防止滑觸線電刷接觸的間斷，如果不能保證這一點(diǎn)，建議采用動力制動方式，以保證起升機(jī)構(gòu)持續(xù)下降時調(diào)速制動的可靠性。1.7經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠性（

27、1）采用交流變頻調(diào)速技術(shù)的起重機(jī)由于變頻器驅(qū)動的電動機(jī)機(jī)械特性硬，具有精確定位的優(yōu)點(diǎn)，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)起重機(jī)負(fù)載變化時電動機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之變化的現(xiàn)象，可以提高裝卸作業(yè)的生產(chǎn)率。 （2）變頻起重機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動平緩，運(yùn)行中加、減速時整機(jī)振動和沖擊明顯減小，安全性提高，并且延長了起重機(jī)機(jī)械部分的壽命。 （3）機(jī)械制動器在電動機(jī)低速時動作，主鉤以及大、小車的制動由電氣制動完成，所以機(jī)械制動器的制動片壽命大為延長，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用下降。 （4）采用結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的鼠籠異步電動機(jī)取代繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，避免了因集電環(huán)、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動機(jī)損壞或不能起動的故障。 （5）交流接觸器大量減少，電

28、動機(jī)主回路實現(xiàn)了無觸點(diǎn)化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動機(jī)損壞故障。 （6）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場情況，靈活調(diào)整各檔速度和加、減速時間，使得變頻起重機(jī)操作靈活、現(xiàn)場適應(yīng)性好。 （7）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)屬高效率調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行效率高，發(fā)熱損耗小，因此比老式調(diào)速系統(tǒng)大量節(jié)電。 （8）變頻器具有完善的保護(hù)、監(jiān)測及自診斷功能，如再結(jié)合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性。1.8本論文的研究內(nèi)容本文在掌握交流電機(jī)變頻調(diào)速基本原理的基礎(chǔ)上，將變頻器技術(shù)運(yùn)用于起重機(jī)上，控制電路比較簡單，電機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性能/價格比比較高

29、。具體研究工作包括：Ø 交流電機(jī)變頻調(diào)速原理的研究；Ø 變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件電路的研究和設(shè)計，包括主電路、系統(tǒng)保護(hù)電路和控制電路等；Ø 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制軟件的研究和設(shè)計。2變頻調(diào)速2.1變頻調(diào)速的基本原理異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: = （ 1） (2.1)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)。由上式(2.1)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。在電動機(jī)調(diào)速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi):若要增大磁通，又會使磁通飽和，

30、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)。對于直流電機(jī)來說，勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。三相異步電動機(jī)每相電動勢的有效值是: （2.2）式中: 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值，單位為V;定子頻率，單位為Hz;定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù);基波繞組系數(shù);美極氣隙磁通量，單位為Wb;由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況;1基頻以下調(diào)速即采用恒定的電動勢。由上式可知，要保持不變，單頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控

31、制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1 E，則得U1 /f1=常值。低頻時，U1和讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線()，無補(bǔ)償?shù)臑閍線()。如圖2.1所示:圖2.1恒壓頻比控制特性2基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率f可以從往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于與直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖2.2。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

32、許的條件下長期運(yùn)行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖2.2異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制特性2.2變頻器的基本機(jī)構(gòu)和功能變頻器的基本結(jié)構(gòu)見圖2.3圖2.3變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的功能是為電動機(jī)提供可變頻率的電源,實現(xiàn)電動機(jī)的無極調(diào)速。變頻器具備對電機(jī)和變頻器本身的完善保護(hù)功能,如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等,從而避免備在不正常狀態(tài)下長時間運(yùn)行,保護(hù)設(shè)備不至于損壞。2.2.1變頻器的主回路器件電力電子開關(guān)器件：電力半導(dǎo)體器件己經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨型晶體管(GTR)，功率MOSFET、絕緣

33、柵雙極晶體管(IGBT)為代表的功率集成器件(PID),以智能化功率集成電路(SPIC)，高壓功率集成電路(HVIC)為代表的功率集成電路(PIC)等三個發(fā)展時期。從晶閘管發(fā)展到PID, PIC通過門極或柵極控制脈沖可實現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件的控制模式上，從電流型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極(柵極)的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。整流電路一般的三相變頻器的整流電路由三

34、相全波整流橋組成。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。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。逆變電路逆變電路是利用六個半導(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。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。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(jī)的調(diào)速控制。2.2.2變頻器的控制電路構(gòu)成 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?？刂?/p>

35、電路的優(yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？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。隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展，70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM(Sinusoidal PWM)則是較為常用的技術(shù)。其通常是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)

36、制信號相交時，如在交點(diǎn)時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調(diào)制波的頻率fr,之比即fc / fr =Nc稱為載波比。用生成的SPWM波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率f1改變fr,便可改變f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。3 QTZ50塔式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1總體設(shè)計方法 控制系統(tǒng)由PLC控制，三大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。塔式起重機(jī)變頻調(diào)速

37、系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。 1、起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。主起升電機(jī)使用一個FR-A540L變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動機(jī)的額定電流，負(fù)載率，變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。控制方式選用帶PG的矢量控制方式。PLC接受電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達(dá)的反饋信號，避免吊鉤的下滑。2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車兩臺電機(jī)各用一個變頻器;變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級的變頻器?？刂品绞竭x用無PG v/f的變頻控制方式。 3.1.1塔式起重機(jī)主電路圖（圖3.1.1）我們所研究

38、的塔式起重機(jī)是電動單臂塔式起重機(jī)，該起重機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和小車牽引機(jī)構(gòu)和液壓頂升機(jī)構(gòu)及安全保護(hù)裝置和電氣控制裝置等部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。圖3.1.13.1.2塔式起重機(jī)控制電路圖 圖3.1.23.2 PLC技術(shù)簡介3.2.1 PLC概述 可編程程序控制器(Programmable Controler)，也稱為PLC(programmable Logic controler)，即是可編程邏輯控制器

39、。其采用計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU,存儲器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個部分。如圖4.1所示，PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行各種控制。3.2.2 三菱FX2N工作原理 (1)FX2N系列PLC介紹 FX2N系列PLC功能強(qiáng)、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、實時特性、良好的通信能力等。它的強(qiáng)大功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)

40、絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能?？梢愿鶕?jù)對象的不同，選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。它的基本指令執(zhí)行時間為0.8us每條指令，內(nèi)置用戶存存儲器為8K步，可擴(kuò)展到16步，最大可以擴(kuò)展到256個I/O點(diǎn)，有多種特殊功能模塊和功能模塊，可以實現(xiàn)多軸控制。機(jī)內(nèi)有時實鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，開平方和三角函數(shù)。每個FX2N基本單元可以擴(kuò)展8個特殊單元。 (2) FX2N主要功能模塊介紹 1. CPU模塊CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/0點(diǎn)，這些都被集成在一個緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備

41、中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 2.I/0擴(kuò)展模塊 當(dāng)CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時，就要進(jìn)行I/0擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展包括I/0點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。 3.功能擴(kuò)展模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，CPU主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊.如要求進(jìn)行PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接時，就需要EM277 PROFIBUS-DP模塊，在這里主要介紹模擬量輸出模塊EM232。EM232模塊提供了有2輸出模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號范圍。其內(nèi)部集成了D/A轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外部放大器而與

42、傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過其外置的D工P開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。3.3部件的選擇3.3.1電機(jī)的選用 一、變頻調(diào)速對電機(jī)的要求采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關(guān)頻率的工GBT等電力電子器件的使用、PWM調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型V/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，

43、使電機(jī)可以避開共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型起重機(jī)起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致;在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。三、電機(jī)冷卻西門子變頻器在調(diào)速比為1:20的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過載力矩值。電機(jī)在起動過程中可承受2.5

44、倍額定電流值，遠(yuǎn)大于變頻起動要求的1.5倍值，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時電機(jī)通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機(jī)要求在整個工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。四、電機(jī)效率國外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國內(nèi)用于起重機(jī)械的4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的YZFXXX-4型電機(jī)等。五、電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由負(fù)載功率P廠及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下,電機(jī)容量P為 (5.1)式中一電機(jī)

45、平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動時間短(1-3s)，只占等速運(yùn)動時間的較少比例;轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%-20%。其電機(jī)容量P為 (kw) (5.2)式中 一起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg 一額定起升速度，m/s 一重力加速度，g=9. 81m/s 一機(jī)構(gòu)總效率為使電機(jī)提升1.25倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2,否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運(yùn)行時的工作效率。通過利用上述公式的計算，選用改造后的塔式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表3.1所示:表3.1 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號電機(jī)功率主起升機(jī)構(gòu)YP2 280M-845KW回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)YDZ1

46、32S2.2KW小車機(jī)構(gòu)YDZ132S2.2KW頂升機(jī)構(gòu)YDZ132S2.2KW3.3.2變頻器的選用（FR-A540）一、變頻器選型本系統(tǒng)選用三菱變頻器，三菱變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。 二、變頻器容量選擇 2.1起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的1.3-1.6倍。考慮到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.8-2倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(Yz型電機(jī))或同時提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來獲得200%力矩值。此時

47、變頻器容量為 (KVA) (3.3.2) 式中電機(jī)的功率因數(shù)，= 0.8 起升額定負(fù)載所需功率，kw 電機(jī)效率， =0. 85 變頻器容量，KVA 系數(shù)，K=2起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗證，公式如下: (3.3.3)式中一變頻器額定電流，A 電機(jī)額定電流，A2.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)有小于60s的加速時間的并且起動電流不超過變頻器額定位的1.5倍時變頻器容量可按下式計算。 (3.3.4)式中電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式K=1.0

48、51.1 負(fù)載轉(zhuǎn)距，N.m 一總轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)軸的折算值，kg.m 加速時間，s 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值： ( kVA ) (3.3.5) 電流驗證:以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計算的基本參數(shù)，相同功率不同極數(shù)的電機(jī)有不同的額定電流。故最終尚需驗證電機(jī)和變頻器額定電流，即 2.3.多電機(jī)驅(qū)動時變頻器容量的選擇 電壓型變頻器可以一臺變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時過載能力為150%、 60%時，如電機(jī)加速時間在300s內(nèi)有小于60s的加速時間，則 (3.3.6)并要求 (3.3.7)式中負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出

49、功率并聯(lián)電機(jī)的臺數(shù)同時啟動的臺數(shù)電機(jī)效率，=0.8電動啟動電流與電機(jī)額定電流之比值 電流波形的修正系數(shù)，PWM方式取1.05-1.1 變頻器容量，KVA 變頻器額定電流，A2.4、電機(jī)變頻驅(qū)動選擇根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動的特性和技術(shù)要求，采用帶測速反饋接口的系列變頻器作為主起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，F(xiàn)R-A540系列變頻器作為提升、小行車行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，F(xiàn)R-A540系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強(qiáng)，價格低，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求，因此我們推薦用戶選用該系列變頻器。通過利用上述公式的計算，塔式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器如表3.2所示: 表3.2 各機(jī)構(gòu)的變頻器參數(shù)變頻器型號額定功率/電流主

50、起升機(jī)構(gòu)FR-A540(L)55KW/110A回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)FR-A540(L)2.2KW/6A小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)FR-A540(L)2.2W/6A 2.5、變頻器主要參數(shù)設(shè)置首先將所用電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入P80_ P85，變頻器應(yīng)輸入幾個電機(jī)的總電流及總功率，并且大車變頻器帶有幾個電機(jī)時應(yīng)運(yùn)行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻率的迭加，同時利用變頻器的制動器接通、斷開功能由RL2輸出繼電器觸點(diǎn)控制機(jī)械制動器，使行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)停止時不會由于外力而隨意移動。如表3.3所示： 表3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置參數(shù)號參數(shù)值說明P0026加減時間秒P0036減速時間秒P00551檔速度P0063附加數(shù)字給定P0070開

51、關(guān)量輸入控制P0516固定頻率5開關(guān)P0526固定頻率4開關(guān)P0536固定頻率3開關(guān)P05410故障復(fù)位P0551運(yùn)行右轉(zhuǎn)P03562運(yùn)行左轉(zhuǎn)P0465固定頻率5P04415固定頻率4P04325固定頻率3P0616故障P0624外部制動控制P0770V/f特性(大車電機(jī))P0771FCC特性(小車單電機(jī))2.6 FR-A540端子圖根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動的特性和技術(shù)要求，采用帶測速反饋接口的系列變頻器作為主起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，F(xiàn)R-A540系列變頻器作為提升、小行車行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，F(xiàn)R-A540系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強(qiáng)，價格低，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求，因此我們推薦用戶選

52、用該系列變頻器。基本運(yùn)行方式STF正轉(zhuǎn)STR反轉(zhuǎn)運(yùn)行停止運(yùn)行STOP?？刂品绞接袃煞N，開關(guān)可控制方式，當(dāng)STF或STR處于閉合狀態(tài)時，電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)啟動或運(yùn)行，當(dāng)他們處于斷開狀態(tài)時，電動機(jī)即減速和停止。脈沖信號控制方式，在STF或STR輸入一個信號，電動機(jī)即可維持正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，猶如具有自鎖功能一樣，如要停機(jī)，必須將STOP接通。圖2.63.3.3PLC的選用 目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司。根據(jù)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用三菱公司FX2N系列PLC。FX2N系列是三菱公司小型可編

53、程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面(HMI)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實時特性，其性能價格比高，所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。 變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。 1、斷路器 為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容

54、量應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.31.4倍，整定值為斷路器額定值的34倍。 2、接觸器 接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。 3、交流電抗器 在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害。同時，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕載時改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。 4、制動單元 為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。常在其直流電路中加接一檢測直流電壓的晶體管。一旦直流回路電壓超過

55、一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動時間愈小，此裝置即為變頻器的制動單元。 5.制動電阻器借助制動單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量。3.3.4 電阻值的計算 (3.3.8)式中 一直流回路電壓，V一制動轉(zhuǎn)矩，N.m一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的20%左右)，N.m一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速),r/min在制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流Ic的限制，因此在選擇制動電阻值時不可小于其最小制動電阻值

56、Rmin，即 () (3.3.9)式中一直流回路電壓，V一制動晶體管允許的最大電流，A因此，制動電阻應(yīng)按 > > 的關(guān)系選用。5.2 制動轉(zhuǎn)矩的計算 (3.4.0)式中一電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和，N.m 一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N.m 一減速開始時轉(zhuǎn)速，r/min 一減速結(jié)束時轉(zhuǎn)速，r/min 一減速時間，S6.電纜選擇由于高次諧波的驅(qū)動效應(yīng)，電纜的實際使用面積減少，單位實際工作電阻增大，電纜壓降有增大的趨勢，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。3.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計3.4.1系統(tǒng)控制的要求 對橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求 (1)主機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié); (2)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié); (3)保護(hù)功能:主機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、回轉(zhuǎn)限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及小車電機(jī)的保護(hù)等?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操縱臺各主令控制器、開關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開關(guān)等組成。 3.4.2控制系統(tǒng)的1/O點(diǎn)及地址分配 I/O表 輸入 輸出按鈕SB1X0提升機(jī)構(gòu)啟動Y0KM3按鈕SB2X1提升機(jī)構(gòu)停止Y1KA1旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA2X2提升電機(jī)正傳Y2KA2X3提升電機(jī)反轉(zhuǎn)Y3KA4X4故障Y4KA5旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA3X5高速Y5KA6X6中速Y6KA3X7低速Y7KM4按鈕SB3 X10 STOPY10KA7按鈕SB4X11回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟動Y11KA