港迪公司港口電氣傳動基礎(chǔ)(2)

1、第二章港口機械電氣控制第二章港口機械電氣控制第一節(jié)：起重機的各運動機構(gòu)第一節(jié)：起重機的各運動機構(gòu)第二節(jié)：控制簡介第二節(jié)：控制簡介第一節(jié)：起重機的各運動機構(gòu)（以門機為例）第一節(jié)：起重機的各運動機構(gòu)（以門機為例）一一 .門座起重機各運動機構(gòu)的運動特征與負載性質(zhì)門座起重機各運動機構(gòu)的運動特征與負載性質(zhì)門座起重機的運動機構(gòu)主要有起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、運行機構(gòu)。機構(gòu)的基本工作類型均為重復(fù)短時工作制。(1) 起升機構(gòu)起升機構(gòu)起升機構(gòu)是門座起重機中最主要、最基本的工作性機構(gòu)。它的運動特征是起制動和正反轉(zhuǎn)頻繁，是一種重復(fù)短時工作制。起升機構(gòu)負責(zé)裝卸作業(yè)貨物的垂直提升，它是典型的位能性負載。上升時拖動電

2、機作電動狀態(tài)運行；非輕載下降時拖動電機處于制動或發(fā)電制動狀態(tài)。 (2) 變幅機構(gòu)變幅機構(gòu)變幅機構(gòu)（亦稱俯仰機構(gòu)）在門座起重機中根據(jù)工作性質(zhì)不同分為工作性和非工作性（調(diào)整性、不帶載運行）一般情況下均為工作性機構(gòu)。和起升機構(gòu)一樣它的運動特征也是起制動頻繁，是一種重復(fù)短時工作制。它的負載性質(zhì)介與位能性負載和平移負載之間，在增幅或減幅過程中。 (3) 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)（亦稱旋轉(zhuǎn)機構(gòu)）是門座起重機較為重要的工作性機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)負載受風(fēng)阻力矩、貨物偏擺的影響較大?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)的負載性質(zhì)與平移機構(gòu)相接近。(4) 運行機構(gòu)運行機構(gòu)運行機構(gòu)在港口門座起重機中一般是作為非工作性機構(gòu)，一般不帶載運行，不和起升機

3、構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)聯(lián)動作業(yè)（船廠例外）。作為一種平移機構(gòu)，其負載性質(zhì)相對穩(wěn)定，只是在起制動時慣性較大。它的拖動電機的運行狀態(tài)也是變化的。起重機各運動機構(gòu)要求電氣控制系統(tǒng)對其拖動電動機進行各種綜合保護；起重機各運動機構(gòu)要求電氣控制系統(tǒng)對其進行行程保護；起重機要求電氣控制系統(tǒng)對帶有位能性負載的機構(gòu)，要防止電動機超速運行； 二，二， 起重機各運動機構(gòu)電氣傳動的方案選擇起重機各運動機構(gòu)電氣傳動的方案選擇門座起重機傳動系統(tǒng)一般采用交流傳動系統(tǒng)。有特殊要求和僅有直流電源的情況下，可采用直流傳動系統(tǒng)。交流傳動方案一般有轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、能耗制動調(diào)速、渦流制動器調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)

4、速等。 由于起升機構(gòu)是門座起重機中最重要的工作性機構(gòu)，因而其對傳動方案的選擇是有一定的要求的。采用控制柜（屏）控制的繞線式異步電動機傳動的起升機構(gòu)，下降時至少有一擋低速，下降減速過程應(yīng)有電氣制動（如能耗制動、渦流制動、反接制動、單相制動等）。但對抓斗等另有要求的起重機可例外。另外起升機構(gòu)也不應(yīng)選用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。變幅機構(gòu)為了保證變幅過程的平穩(wěn)，防止制動時臂架“點頭”的現(xiàn)象，往往采用轉(zhuǎn)子串電阻加渦流制動或變頻調(diào)速等?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)、運行機構(gòu)可采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、變頻調(diào)速等。有些較小噸位、要求不高的門座起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)、運行機構(gòu)也可采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動。 起重機對傳動系統(tǒng)的調(diào)速要求主要指：速度調(diào)節(jié)的

5、平滑性，即從一個調(diào)節(jié)特性過渡到另一個相鄰的調(diào)節(jié)特性時所發(fā)生的速度躍變；在調(diào)節(jié)特性上允許的最大工作負載；是否經(jīng)常起制動，起制動是否必須平穩(wěn)或滿足一定的加速度要求；機械特性的硬度。在明確起重機的工藝特點與調(diào)速要求后，首先要清楚負載的性質(zhì)及負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，從而為方案的確定提供技術(shù)依據(jù)。當有幾種方案都能滿足起重機要求時，就要通過性價比、港口維護能力等因素進行選擇。第二節(jié)第二節(jié) 門座起重機常規(guī)控制系統(tǒng)門座起重機常規(guī)控制系統(tǒng) 一一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介（交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）（交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速） 90年代以前，交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這一傳方案是港口門

6、座起重機上應(yīng)用最廣泛的。由于其方案具有線路簡單、成本低、投資省、易于維修等優(yōu)點，加之一般起重機械對傳動要求不高，因而廣為采用。它的最大缺點是.調(diào)速性能差，無低速下降，不能長期低速運行。 門座起重機常規(guī)交流傳動方案見下圖。 交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻，調(diào)節(jié)外串電阻的大小，可以得到不同的運行速度及不同的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如電動、反接制動、再生制動等。因此轉(zhuǎn)子外串電阻必須根據(jù)需要進行計算或選擇。港口門座起重機起升機構(gòu)常用的機械特性如下圖。由于運行速度高，電動機機座號在355L1以下的，一般采用五段電阻四擋切除。電動機機座號在355L1及以上的，考慮起動的平滑，一般采用六段電阻五擋切除。 n21534

7、m6起升機構(gòu)變幅機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)行走機構(gòu)卷筒驅(qū)動電機防爬電話空調(diào)機房風(fēng)機380V/220V380V/220V380V 50Hz動力電源照明電源控制電源電源司機室扶梯航空燈機房門架投光燈柜照明備用起升變幅回轉(zhuǎn)行走投光燈 I I1R11FA11FA2KMY21M11KMR11KMF11MBT2Q2Q11MBT1KMY11R21M21KMR21KMF21FA3 I I1FA4Q31NZ3 渦流制動器的安裝位置(如圖3所示)可根據(jù)需要選擇安裝在電動機前面a)、減速箱外側(cè)b)、或電動機與減速箱之間c)。安裝方式a)和b)拆裝比較方便，但需雙頭出軸外加一個端蓋或支承；對于小容量的渦流制動器，如按a)所示安裝，

8、通常把感應(yīng)器固定在電機端蓋上，電樞在感應(yīng)器外部旋轉(zhuǎn)，這種安裝方式最理想。 c)所示的安裝方式，因渦流制動器與聯(lián)軸器結(jié)合在一起，故安裝比較緊湊，材料消耗也少，但裝拆稍為麻煩一些，因安裝好后很少再拆，故國內(nèi)這種安裝方式采用不少。應(yīng)特別注意氣隙加工誤差不能太大，電樞同心度要高，安裝前最好做動平衡，裝定后感應(yīng)器與基座要牢牢固定，以免松動后發(fā)生與電樞碰殼。圖32-24是帶轉(zhuǎn)子電流負反饋無中間放大環(huán)節(jié)的渦流制動器調(diào)速原理圖，它用于起升機構(gòu)。閉環(huán)系統(tǒng)，但無中間放大環(huán)節(jié)，故反應(yīng)快、工作穩(wěn)定、線路簡單，它的調(diào)速特性比開環(huán)稍硬。圖32-24中的欠電流繼電器3GLJ是保證下降第1檔渦流制動器先有激磁，然后松閘的安全

9、裝置；反饋電阻R一般取為渦流制動器勵磁線圈直流電阻的2650%，R過小會影響電動機轉(zhuǎn)子回路電阻值，R太大時無反饋作用。 渦流制動器調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點： 1）與一般控制系統(tǒng)相比，只需增加一個渦流制動器及其直流控制部分。渦流制動器結(jié)構(gòu)簡單，除勵磁線圈采用銅外，其余都是低碳鋼，制作較方便，堅固耐用；其直流控制部分只控激磁，功率很小。 2）一般開環(huán)調(diào)速，可得1：510有級調(diào)速，如改進渦流制動器結(jié)構(gòu)，提高其機械特性硬度，并設(shè)計成速度閉環(huán)系統(tǒng)，可獲得更高調(diào)速比(如1：2040)、較硬特性和無級調(diào)速。 3）當負載快速下降時，控制器手柄退回下降1(或2)檔，可得到相當大的電制動轉(zhuǎn)矩，這對重載下降，特別有利，可以

10、減少溜鉤，達到準確停車。 4）如渦流制動器系統(tǒng)發(fā)生故障，也只影響調(diào)速，仍可快速提升或下放重物，并不影響起重機作。門座起重機在作業(yè)時，貨物經(jīng)常在半空中繼續(xù)起吊，根據(jù)港口門座起重機技術(shù)條件（GB/T 17495-1998）3.9.1.3要求“額定載荷在空中停止后，起升機構(gòu)慢速或快速啟動時，載荷不得出現(xiàn)瞬時下滑現(xiàn)象”，為了安全起見，第一檔的起動轉(zhuǎn)矩必須大于額定轉(zhuǎn)矩?？扇≡冢?.2-1.4）MH，運行速度在（0.15-0.30）nH。這樣一方面起動沖擊不大，另一方面運轉(zhuǎn)速度也較低，擴大了調(diào)速范圍。第二檔的起動轉(zhuǎn)矩取為2.0MH，其余各檔的最大切換轉(zhuǎn)矩也都小于2.0MH，第六檔有少量常接電阻串入轉(zhuǎn)子回路

11、，使機械特性得到適當?shù)能浕?。這對起升機構(gòu)是十分必要的，尤其是對單獨驅(qū)動的抓斗提升傳動更加需要，有利于兩臺電動機的速度均衡與負荷均衡。下圖是平移機構(gòu)的常用機械特性。這種機構(gòu)驅(qū)動電動機的單機容量因此采用五檔操作即可滿足使用要求。 5）低速效率低，不論負載是輕還是重，電動機轉(zhuǎn)差損耗都較大，還有渦流 制動器的制動損耗。如下降第1檔，采取不接入電動機這一缺點可以克服一些。 6）增加一個轉(zhuǎn)動部件，轉(zhuǎn)動慣量GD2要比其他方案稍大一些。這種傳動的主要負載是摩擦阻力和風(fēng)阻力，而且風(fēng)阻力的變化范圍很大，所占電動機負載的比例也大。為適應(yīng)負載的大幅度變化以及防止沖擊，第一檔的起動轉(zhuǎn)矩可?。?.6-0.8）MH，第二檔

12、的起動轉(zhuǎn)矩取為2.0MH，這樣，其余三檔的最大切換轉(zhuǎn)矩都在2.0MH左右。遇到特大風(fēng)逆行的情況，第一檔無法起動，可立即轉(zhuǎn)入第二檔操作。下圖是變幅機構(gòu)常用機械特性。同樣用五檔操作即能滿足使用要求。由于具有位能負載的性質(zhì)，電動機負載的方向與大小又是位置、貨重的隨機函數(shù)，故而第一檔的起動轉(zhuǎn)矩同樣也不能低于MH，通常取1.2 MH。第二檔的起動轉(zhuǎn)矩取2.0MH，其余三檔的最大切換轉(zhuǎn)矩也在2.0MH左右。 電動機自然機械特性，是根據(jù)電動機樣本查出的no、nH做出的。MH通過計算求得。調(diào)節(jié)電阻的的一般有按計算和根據(jù)樣本兩種方式選取。 轉(zhuǎn)子接電持續(xù)率可參考下表。1206檔變 幅提 升機10010050353

13、5（%）機 構(gòu)453構(gòu)21位50100100機 構(gòu)（%）35平移或50100100旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（%）35二，二， 繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計與選型繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計與選型無任是繼電-接觸器控制系統(tǒng)還是PLC控制系統(tǒng)門座起重機控制系統(tǒng)的設(shè)計與選型均應(yīng)滿足和遵循起重機設(shè)計規(guī)范（GB3822-83）、起重機安全規(guī)程（GB6067-85）及港口門座起重機技術(shù)條件（GB/T 17495-1998）中的有關(guān)款。繼電-接觸器控制系統(tǒng)也稱為開關(guān)控制系統(tǒng)，由于其控制過程較為直觀、維修人員易于掌握、初期投資相對較小，目前在國內(nèi)一些中、小型港口的起重設(shè)備仍在采用。它的缺點是設(shè)備體積大、元件種類多、元件之間聯(lián)

14、線多、時間繼電器整定值整定困難或不精確、更改控制邏輯困難，在大型控制系統(tǒng)上目前已很少采用下圖是起升機構(gòu)主電路圖。電動機采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動調(diào)速方式，下降時采用能耗制動。能耗制動變壓器1T1采用三角形雙反星形接法，1FA1-4是起升電機過電流保護繼電器，1FA5能耗制動欠電流保護繼電器，1L1-2電流平衡電抗器，1R1-2是啟動調(diào)速電阻器。1M1-2為起升電動機，1MBT1-2為液壓制動器電動機。無任是主電路圖還是控制電路圖，電路設(shè)計時其元件符號及元件代號必須遵循GB5728及GB5094（電氣制圖及圖形符號國家標準）。下圖中各電氣設(shè)備和元件應(yīng)根據(jù)起升電動機的容量及工作級別來進行選配。 圖2.1.

15、2-7是門座起重機起升機構(gòu)控制電路。它包含括了起升機構(gòu)實現(xiàn)預(yù)定作業(yè)的控制邏輯和各種安全聯(lián)鎖保護。1）1) 1SA4是控制電路電源開關(guān)，作控制電路短路保護。2）2)1KC0是零壓繼電器，當電路重新恢復(fù)供電是，如主令控制器沒有置于零位機器也不會運行。3）3)1CZK是超載限制器的輸出常閉觸點，當發(fā)生超負荷時，1CZK斷開，經(jīng)過時間繼電器1SJ1，延時2秒切斷上升控制回路。 4)1FA1-4是起升電機過電流保護繼電器，其整定值為電動機額定電流的2.5倍。 5)1XK1-2分別為上升及下降行程開關(guān)，確保機構(gòu)運行到終點時能自動停車，機構(gòu)只能向相反方向運行。 6) 1ZC1-2，1FC1-2為起升機構(gòu)換相

16、接觸器，1NC1-2為能耗制動直流側(cè)接觸器。1NC3為能耗制動交流側(cè)接觸器。它們之間均有電氣聯(lián)鎖，有的換相接觸器之間還有機械聯(lián)鎖。 7） 1K1為吊鉤、抓斗選擇開關(guān)。當置于抓斗工作位時，線路保證抓斗在抓取貨物時支持電機制動器是打開的 ，使抓斗能充分抓取物料，提高工作效率。 8） 1K2為支持電機、開閉電機選擇開關(guān)。 9） 9）1NTK為下降能耗制動腳踏開關(guān)。 座起重機其它機構(gòu)的設(shè)計與選型思想與起升機構(gòu)相似。 3， PLC控制系統(tǒng)的各種硬件保護控制系統(tǒng)的各種硬件保護對于采用了PLC的控制系統(tǒng)，其各種保護邏輯關(guān)系由PLC軟件完成，但緊急保護功能仍應(yīng)由硬件完成；行程終點等各種保護由軟件、硬件共同完成

17、。對于門座起重機，PLC控制系統(tǒng)一般處理繼電器、接觸器控制系統(tǒng)相同的下列各種保護：1）零位（壓）保護：起重機各機構(gòu)主令開關(guān)的零位觸點獨立或串聯(lián)進入PLC的輸入點，當電路重新恢復(fù)供電是，即使聯(lián)動臺上主令控制器沒有置于零位起重機也不會自行運行。2）過流保護：門座起重機常規(guī)控制系統(tǒng)各機構(gòu)電動機的過流保護一般采用過電流繼電器，相同機構(gòu)的過流繼電器的輔助觸點可串聯(lián)進入PLC的輸入點，完成對電動機的過流保護及對其狀態(tài)的監(jiān)控。但過流繼電器的電流整定值由硬件完成。3）能耗制動欠電流保護：欠電流繼電器的輔助觸點進入PLC的輸入點，防止起升機構(gòu)下降失速，同時可通過PLC的終端設(shè)備如觸摸屏、數(shù)碼管、文本顯示器等對其狀態(tài)的監(jiān)控。但欠流繼電器的電流整定值由硬件完成。4）渦流制動欠電流保護：欠電流繼電器的輔助觸點進入PLC的輸入點，防止起升機構(gòu)下降或變幅機構(gòu)運動時失速，同時可通過PLC的終端設(shè)備如觸摸屏、數(shù)碼管、文本顯示器等對其狀態(tài)的監(jiān)控。但欠流繼電器的電流整定值由硬件完成。5）超負荷保護：機械式保護裝置行程開關(guān)的常閉觸點或電子式保護裝置繼電器輸出常閉觸點進入PLC的輸入點，當起升機構(gòu)發(fā)生超負荷時，PLC發(fā)出切斷上升電路的指令，當有力矩保護要求時，還應(yīng)發(fā)出切斷變幅機構(gòu)增幅控制電路的指令。