岸桥的电气驱动和电气设备

1、第一节 直流驱动和交流驱动一、岸桥的负载特点岸桥在选择一个电气驱动方案时， 首先要考虑的是该驱动对象的负载特点。 岸桥的负载 有以下特点：（1）起升机构是一个位能性负载，当箱重一定时，在任何转速下负载转矩总是保持恒 定，而且负载转矩的方向也不随电机转速方向的改变而改变。（ 2）集装箱起重机的载荷有效率是50%，即有一半时间是空吊具运行的。即使是在带箱的时候，也不都是满箱起吊额定负荷。为了提高生产效率，希望在轻载时能提高速度。负 载转矩与转速成反比，即形成恒功率控制。负载的恒功率性质是就一定的速度范围而言的， 当负载很低时， 受机械强度和电气系统特殊性的限制， 转速不可能无限增大， 一般恒功率调

2、 速范围为额定速度的 2倍。（3）起升机构和小车行走机构都是间隔短时重复连续工作制，即对箱、吊箱、运行、 对箱，周期性的起停或加减速，间隔很短。它要求具有良好的调速性能，除了要求有足够的 热功率和起制动转矩外，还要考虑过载能力的迅速反应和电动机的良好通风散热。（4）起升机构下放重物的过程是一个能量转换的过程，此时的电动机处于发电状态。 如何吸收这部分机械能量，是岸边集装箱起重机电气控制必须解决的问题。二、直流驱动与交流驱动的分析比较 针对岸桥负载的特点，过去选用直流驱动较多，这是因为：（1）直流驱动的调速性能好，很容易实现基速下的恒磁场改变电枢电压的调压调速， 以及基速上的弱磁恒功率调速。（2

3、）启动转矩大，动态响应好，有很好的起制动特性。这对于司机对箱有很好的帮助。（3）重物下放时的机械能很容易转换成电能反馈给电网，系统效率高，节省了能源。 由于具有上述优点，直至本世纪 80 年代，岸桥中几乎都是采用直流驱动。但是，直流驱动也存在着缺点：（1）与交流电动机相比，直流电机结构复杂，价格高，维护工作量大。（2）为改善换向器的换向条件，要求直流电动机电枢漏感小，电机转子短粗，因而造 成飞轮力矩大，限制了其速度响应时间和最高弱磁转速。（ 3）谐波分量大， 功率因数较低， 在高要求场合要增加谐波吸收及功率因数补偿装置。 与直流电机相比，交流电机具有许多优点：（1）无炭刷，无整流子，维护保养性

4、非常好。（2）转子的转动惯量较小，因此电动机的速度响应好，最高速度比直流电机高。（ 3）电机可制成全封闭型（外扇冷却型） ，耐恶劣环境性能好。起升机构是位能性负载， 重物在快速下放过程中， 电动机处于发电状态， 产生大量的电 能，若能像直流驱动那样把这些能量反馈回电网， 这是理想的方案。 用于岸桥的交流变频都 采用交一直一交的方法。 要把交流电动机发的电反馈回电网， 必须再用另一套逆变装置才能 实现。一个电动机要两套逆变器，造成交流变频装置的一次性投资大。随着半导体技术的发展，大功率隔离门双极晶体管（IGBT）的产生，特别是计算机技术的发展与应用， 变频矢量控制能够用微处理器来实现， 这就使交

5、流变频走向位势负载的应用 领域。 全交流的岸边集装箱起重机已经越来越多地得到应用， 且直流与交流驱动系统目前在 价格水平上已相差不多。与直流驱动相比，除了交流电动机本身的优势以外，交流驱动还有以下优点：（1）由于使用正弦波脉宽调制（PWM控制方式，从进线电源处看，功率因数基本上接 近1。（2）较小的谐波电流，在进线侧可以不增加谐波滤波装置。三、直流驱动的基本型式1. G M系统直流发电机一电动机系统，是第一代 岸边集装箱起重机所采用的驱动型式。从 1956年集装箱运输创世开始一直到80年代前期，这种驱动系统被广泛采用。图 91 1所示为直流发电机一直流电动机 组成的线路图。直流发电机与一交流电

6、动机同轴连接， 直流电动机 M由直流发电机 G直接供电。当交流电动机恒速运转时，只要改变 发电机磁场电流的大小，就能改变发电机 输出电压的大小，这就改变了直流电动机 电枢电压的大小，由此就改变了直流电动 机的转速。这是一个典型的基速下的恒转 矩调速线路。改变发电机激磁电流的方向， 也就同时改变了直流输出电压的方向，于 是直流电动机反方向运转。若在电动机达 到了基速的条件下，减小电动机的磁场电 流，那么电动机转速就会增高，这就实现 了基速以上的恒功率调速。直流发电机磁场电流的提供可以有多种方法，最常用的有以下两种：（1 ）磁放大器一交磁电机扩大机系 统，图9 l 2所示为该系统线路图。交 磁电机

7、扩大机具有很高的放大倍数，多控 制绕组的高性能特殊构造的直流发电机有 4个绕组。其中1、11为给定绕组，由接 成推挽式的磁放大器供电。绕组川为电流 反馈绕组。绕组IV为发电机励磁电流（相 当于发电机电压）微分负反馈绕组。磁放 大器有4个控制绕组，1为给定绕组，2为 发电机电压负反馈绕组，3为电流正反馈绕组，4为发电机电压微分负反馈绕组。由于 磁放大器的饱和特性，在起制动过程中， 系统实际上是一种带有电流负反馈的电压 截止系统。有较好的起制动电流波形和稳定性。在过载情况下，系统相当于带有电流截止负反馈和电流正反馈的电压负反馈系统，有较硬的静特性和较陡的堵转保护特性。(2)可控硅励磁系统。图9-

8、1 - 3所示为采用可控硅整流的发电机磁场供电线路。ZAB080是一个由模拟运算放大器集成的磁场整流模块。采用双闭环控制方式，电压负反馈 与给定信号组成外环，电流负反馈组成内环，控制发电机磁场电流。 磁场电流的方向由给定命令的方向来定，由此控制发电机的电压方向，从而改变电动机的转向。MFC莫块是一个电动机磁场2/3整流电流源控制器，具有电流负反馈的电流调节器使磁场电流稳定，同时具 有弱磁控制功能。2. 三相可控硅整流供电系统三相可控硅整流供电系统是用可控硅整流把 三相交流电转换成直流电后驱动直流电动机的调 速方案，是一个替代庞大的交流电动机一直流发 电机组的理想的调速方案，80年代以来在岸桥上

9、得到广泛应用。图 9 1 4所示为可控硅整流功 率元件单线图。(1) 系统单线图。图中 CB为空气开关，它 是进线电源的分断开关。FU13为交流侧熔断器，提供内部接线及可控硅 SCR勺保护。CTI - 3为电 流变压器，提供交流进线侧的电流反馈信号用于 环流保护的检测。MA为交流接触器作为交流进线 电源与SCR转换桥接通与断开的控制器件。当选 择到运行方式时，同时驱动器无故障条件时，MA接触器才会吸合。在满足以下两个条件之一时， 接触器就断开。当“停止”命令发出，同时电动 机速度慢到接近零速时；当任一个故障发生时。L为铁氧体芯电抗器，是防止电动机再生情 况下产生过大的瞬变电流。SCR为可控硅整

10、流器，是将交流转换成直流的三相可控硅整流桥。SH为分流器，是提供直流侧电流反馈信号给控制器。FU4为直流侧熔断器，是保护可控硅因电动机过流而引起损坏。M为直流电动机。CFU为磁场交流侧熔断器，提供对磁场回路SCR勺短路保护。SCRF为磁场整流元件，通过三分之二波整流提供电动机磁场直流电流。SH2为磁场分流器，提供磁场电流的反馈信号。FIELD为电动机磁场线圈。(2) 三相全控桥可逆线路。三相全控桥可逆电路如图9- 1 5所示，AIF A6F为正向运转时的可控整流 SCR AIR A6R为反向运转时的可控整流 SCR并联在AIF与A4R上的RC 串联支路是抑制可控硅阳极与阴极间瞬变电压的阻容吸收

11、器件。并联在直流输出端上的若干个电阻是为直流电压反馈信号采样用的。R7 C7组成的串联支路是直流输出瞬变电压的阻容吸收器件。为了减少可控硅体积。 通常将两个可控硅组装在一起，如AIF与A4F的连接图(图9 1 6)。这样从外表看，三相全控桥可逆线路只有6个可控硅器件，但实际上它是由12个可控硅组成的。(3) 双闭环控制柜图。直流调速控制器一般采用双闭环控制方案。其典型系统控制框图如图9 1 7所示。80年代采用模拟运算放大器来实现控制；从90年代开始，随着微处理器的日趋完善，逐渐用全数字化方案来实现控制；现在几乎都采用全数字的控制技术。从这个典型系统控制图中可看出，内环是电流环，外环则有两种选

12、择，速度环或电压环(CEMF。这取决于对调速精度的要求。在岸边集装箱起重机上，起升机构都采用带有测速发电机或测速编码器的速度反馈闭环线路。俯仰、大车、小车机构一般均不采用测速反馈而采用电压反馈线路。但现代集装箱起重机对自动定位的要求越来越高，现在俯仰与小车机构也越来越多地采用速度反馈来替代电压反馈。图9 - 1 - 7所示的电动机磁场控制线路是一个能提供磁场恒流源的框图。电动机不运转时处于经济磁场方式，即电机磁场电流只有额定磁场电流的 70%当电动机运转时，控制线路向它提供额定磁场电流，并根据负载的轻重，从处理器上 得到控制信号来实现弱磁的恒功率控制。世界上各个电气拖动生产厂商都研制开发了各自

13、系列的直流调速驱动器，从控制原理上看几乎完全一样，但在具体实施上各家都有其特点，现将几家著名厂家的直流驱动器的型号与性能列于表9 1- 1。直溢越动寒圭更性駝表 0-1-1生产厂西门于T芭 1 屯 t&rqwi i43ES弓KSIMCSEGRTF 71HTY 840C拋DK2Q9DDCV700occurs输入电JEfiE am tn400-500230 ztltK230 JfiO+iQk-a230-dOOJ叫臥曲lOOQfcKft.lOCOtlO输岀醸斑或 功戢30900*720CM.2a)P -OOKP2SHP-4000HP师|25AEISOA可二牺梓可拎全I诙瑟场带弱匿电届可臨押创3渡整瀝

14、52S15-30Z010-249-M功耶專二韋限迟Sir控制罄再生蔻非毂两3*四、交流驱动近年来，随着微处理器和半导体技术的发展，交流变频调速理论不断发展，大功率变 频器的性能和可靠性的不断提高，岸桥控制上越来越多地使用了交流变频技术。各大电气制造商相继推出了自己的交流控制系统，使这项控制技术日趋成熟。 实践证明这种交流控制系统具有许多优点：(1) 交流电机无需整流子和调换电刷，减少了维护工作量、 防护等级高，节省了大量 维修费用和维护时间。(2) 变频器加装直流电抗器以后，整体装置的功率因素高干；如采用正弦波滤波器， 功率因素接近于1。(3) 考虑到维护的费用， 交流系统有一定的价格优势，且

15、随大容量主电路元件的开发 运用，变频驱动的价格尚有较大的下降空间。1. 驱动系统组成B. 异步电机C. 编码器(也可不用)2. 交流驱动的原理交流驱动的执行机构是交流异步电机。交流异步 电机在设计制造完成以后，其基本特性已经确定，即 其输出转矩只与滑差转速有关，空载时电机转速与同 步转速相同，带载时随着负载大小的变化，电机转速 较同步转速有一个相应的微小差异。有以下关系式：电机实际转速=同步转速一滑差转速式中滑差 转速与负载有关，所以，只要改变同步转速，就能改 变电机转子的实际转速。而同步转速no满足下式：斫12。丄P式中P为电机级数，为常数，所以，只要改变电机输入端的频率，就能改变电机的同步

16、 转速，进而改变电机转子的实际输出转速。3. 交流驱动的控制方式交流驱动的控制方式主要有以下几种：V/ F控制、电压矢量控制、速度闭环矢量控制和直接转矩控制等。起升及小车运行机构使用闭环矢量控制，大车运行及俯仰机构使用V/ F控制。(1) V/ F控制方式。又名 VVVF控制。早期变频器多采用 V/ F控制，逆变器控制输出交流频率，并同时保证输出电压的幅值与频率成一定的比例关系(为了保持电机磁场恒定)，转子转速将随负载转矩变化而略有变化。但由于异步电机特性较硬，额定负载时的滑差转速一般只有工频同步转速的 4%所以，这种控制方式适用于速度精度要求不十分严格的场合。它的优点是开环控制，不需要速度传

17、感器， 稳定性好。缺点是低频时难以保证电机磁场恒定不变。岸桥的大车行走机构对调速精度的要求不是很高，所以常用这种控制方式，而且让一台变频器带几台电机并联使用，能将多台电机自动拉人同步。(2) 电压矢量控制。电压矢量控制基于变频器的拓扑结构，通过控制逆变器输出的电压量，在电机内部产生圆型旋转磁场。采用这种控制方式的电压利用率高。如果进行电压矢量控制时，以恒定的电机旋转磁场为控制目标，就成为磁通矢量控制。 采用这种控制方式在计算中需要预先知道电机和布线的参数，所以要进行电机自动调整，以测得这些参数。现在的磁通矢量控制能在开环情况下达到1: 10O的转速比。(3) 转速闭环矢量控制。对转矩要求高、响

18、应快的控制系统而言，矢量控制方式是较好的选择。矢量控制方式是根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换，将交流电动机的定子电流分解成磁场电流分量和转矩电流分量，并加以控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。采用磁通矢量控制时， 变频器必须很好地与电机配合，所以需要电机参数和来自电机的反馈信号，即速度传感器是必不可少的。变频器和各电机采用一对一的控制方式。岸桥的起升及小车机构对可靠性的要求非常高，要求变频器在零速运行时有较大的转矩输出，所以，在起升机构和小车运行机构中必须使用矢量控制的方式。不同型号的变频器所采用的控制方式是不同的，所以在确定不同机构所选用的变频器 时，必须了解该变频器的控制方

19、式及其适用范围。一台性能较全的变频器通常可以选择几种控制方式，在使用时必须加以合理的运用。(4) 直接转矩控制。直接转矩控制是转矩控制的另一种控制方式，它采用数字信号处理硬件，对于力矩和速度的控制， 是直接基于电动机的电磁状态，首次采用对力矩磁通进行控制的传动技术，大大提高了传动装置对于要求力矩改变时做出响应的速度。这种控制方式 的优点是有优越的动态性能，低频时对力矩的响应更好。 在岸桥的控制系统中，也采用这种控制方式的变频调速系统，但是一次性投资较大。4. 岸桥对交流驱动的特殊要求对起升机构而言， 恒功率控制是一个特殊的问题。 即在额定负载时， 电机转速为额定转 速；当负载减小时，电机速度相

20、应提高。适合起升专用的变频器能自动检测负载的转矩，并 根据测得的负载转矩变化情况， 保持恒功率输出。 轻载时电机运转速度成倍提高， 以提高工 作效率。起升及俯仰机构的另一个特殊要求，是当电机处于发电机运行状态时的能量处理。常 规的处理方法是采用制动电阻将能量消耗掉， 但这样会浪费宝贵的能源； 较先进的方法是使 用能量反馈单元， 将能量直接送回电网。 现在已有将整流桥和能量反馈单元整合在一起， 能 实现能量的双向流动；同时保证电流波形与电网电压波形同相的正弦波。总之，随着技术的进一步发展，交流变频技术将会越来越多的被运用到岸桥的控制中 去。第二节 岸桥电气驱动和控制的基本特征现代岸边集装箱起重机

21、上电气驱动和控制具有以下基本特征：一、起重机向重、高、大，速度更快的方向发展 起升重量越来越重。从基本的吊具下 t 到可以吊双 20 ft 箱的 64 t 。起升高度逐渐增高。轨下从12m增加到16m,轨上从35m增加到40m,总行程达56mt小车行程越来越大。外伸距从55m增加到65m后伸距增加到 22m总行程达117m。起升速度越来越快。额定负载时90m/ min，起动时间约为 2s，空吊具时180m/ m起动时间为 4s。小车速度越来越快。额定负载时240m）/ min或300 m/min，加速到最高转速的时间为 6s。要达到以上的技术参数指标，就要求电气驱动系统有非常高的性能，即大功率

22、和快速响应。例如，对应于起升速度 90m/ min，吊具下起重量是60t的岸桥，起升电机功率高达 2 X 650kw，而小车运行机构电机功率高达600kw。二、应该具有起升防下坠功能传统的起重机当吊着重物从停止状态向上提升的启动瞬间，总可以看到重物是先朝下坠落一点，然后再向上提升运行。 这是因为当主令控制器发出起升命令后，首先打开制动器，同时电动机输出向上转矩，这个输出的转矩若小于重物重量产生的转矩，那么重物就会因制动器的释放而下坠一点，随后因电动机输出转矩的逐渐加大，超过了重物产生的转矩后，重物才会被向上提升。在集装箱装卸中，这是必须绝对避免的，因为吊着重箱对集卡的情况是 经常发生的，一不小

23、心就会把集卡砸坏。现代集装箱起重机电控系统中都应具有起升防下坠 功能。其基本的原理是在每次制动器抱闸时，记录下此时的电动机输出转矩，当下一次制动器再打开时，电动机就会输出上一次记忆的转矩值。即若上一次是空吊具重量，则提供空吊具的输出转矩，若上一次是额定重量，则提供额定重量电动机转矩。这样就不会出现重箱下 坠的现象了。三、通讯网络的曾遍使用现代岸桥的电控系统无一不采用PLC（可编程逻辑控制器）作为整机的控制中心。除了PLC以外，为了整机的故障显示、箱量管理和起重机维护保养的需要。又增加了CMS（起重机管理系统）。无论直流系统还是交流系统都有若干个调整控制器，我们称它作驱动器。PLCCMS驱动器之

24、间都需要交流信息即通讯。整台起重机上有3个层次的不同的通讯方式。第一层：各个输入/输出模块与PLC之间的通讯。第二层：PLC与各个驱动器之间的通讯。第三层：PLC CMS之间的以太网（ETHERNET通讯。3层通讯网络的结构如图 9-2 1所示。=! HI *丘舟3k3 i1-_icjF 一二 1! .1这3个层次的通讯在同时进行着不同内容的信息交流，互不干扰，使得实时控制的响应时间在第一层次达到 10ms,第二层次达到 510mso PLC与CMS之间的以太网通讯则是大 批量的数据通讯。如果通过光缆线与地面计算机相连，那么，RCMS远程起重机管理系统也挂在第三层以太网上。四、半自动、全自动操

25、作的实现所谓半自动，就是指除吊具最后接触集装箱闭锁动作及吊具离开集装箱时的开锁动作由司机操作控制按钮完成外，其余运行轨迹及过程都能自动完成。具体操作过程简述如下：如果是卸船，司机把吊具开到船上要卸箱的位置上，对完箱闭锁，然后把操纵台上的选择开关放到“学习位置”，把陆侧通道数选择开关放到要卸箱的通道数l7任一位置上。然后人工将集装箱吊起并转到陆侧所选定的通道上开锁，吊具上升离开集装箱后停止。此时可 把选择开关放到“正常位置”上。如果司机继续开始上升并同时脚踏自动运行开关，那么起 升和小车会同时运行（此时起升手柄可释放） ，吊具会按前一次人工运行时走过的轨迹，到 达船上刚才卸过箱的位置上方很接近的

26、地方停下， 等待司机对箱闭锁。 此时司机可放开脚踏 开关，小车和起升又会同时运行（此时起升手柄可释放） ，按人工运行时走过的轨迹，回到 陆侧指定通道上方相当低的位置停下， 等待人工对位开锁。 因为配备有电子防摇功能， 所以 在整个运行中，箱子的摇摆很少。整个过程中，司机只需在海陆侧两头参与操作，其它时间 自动运行，大大减轻了司机的工作量。全自动操作通常需要在两个固定点间吊箱或卸箱时才能采用。例如， 德国汉堡港的双小车岸桥上， 其第二小车安装在岸桥联系横梁海侧平台上。 第一小车把箱子从船上卸下， 放到 桥吊上的海侧平台上， 第二小车再把箱子从海侧平台吊起， 放到陆侧或后伸距内的指定通道 上。所以

27、，主小车先由司机吊箱，采用半自动的工作方式，辅小车是在两个固定位置间的传 送，采用的是无人驾驶的全自动操作方式。电子防摇系统及位置控制的精度可以达到 50mm 以内，然后利用定位传感器对位置进一步微调，再利用导板的定位、着箱，完成锁销动作， 这样就完全取消了人工的干预。汉堡港双小车岸桥的工作效率，平均每小时可达到44 箱。这完全建立在现代电气控制的高精确定位及良好的驱动性能的基础上的。五、小车防摇系统的不断改进 随着起重机的起升高度越来越大， 小车的速度越来越快， 司机跟钩对箱操作越来越困难。 对小车防摇系统的要求也越来越迫切。 随着起升高度的增加， 传统的分离小车防摇方式效果 变得很差， 大

28、多数的电控供货商都研制了各自的电子防摇系统来克服吊具随小车运行时引起 的摇摆。 电子防摇的方法有两种： 一种是在小车架下安装一个发射装置 （有的用激光发射器， 有的用一摄像头）和一个接收装置，在吊具上架安装一个反射器。当吊具前后摆动时，接收 装置检测到吊具前后摆动的角度， 从而控制小车的运行方向和速度， 将这个摆动角度限制到 最小，达到防摇的目的。西门子、ABB TE、安川等电气公司均采用这种方式；另一种是全电子防摇， 它把小车的加速分成两个阶段， 第一阶段加速到一半速度后， 保持这个速度运行 一段时间，为的是等吊具的摆动跟上这个速度，然后再进行第二阶段加速，达到最高转速， 此时吊具也能跟上这

29、个速度了。停止也分两个阶段，先减到一半速度，保持一段时间，让吊 具的速度也慢下来， 然后再进行第二阶段的减速， 跟着吊具的摆动直到速度为零。 这种方法 的突出优点是在不需要任何附加硬件设备就能实现小车摇摆，故障率就很低。 但是它需要建立一个复杂的数学模型，实现起来有较大的难度，到目前为止只有GE公司采用了这种方法。 上述两种方法的防摇效果都是明显的。第三节 岸桥的电动机岸桥各工作机构的驱动目前仍以直流驱动系统为主， 直流驱动电动机仍被大量而广泛地 应用，但随着交流变频技术的日益完善和推广应用，应用交流变频拖动系统已呈上升趋势， 所以，交流变频电动机的应用日益增多。这里就起重机上应用的这两种类型

30、的电动机的特点作一些介绍。一、起重机用电动机的基本特点起重机各工作机构的特点是频繁的起、 制动， 重复的正反向运行， 在整个运行过程中的 机械冲击振动和电气冲击对电控系统的影响较大，这一点在高效的港口装卸机械更加突出。 为此，起重机用电动机应具备如下性能：（l ）快速响应性好， 尽量减少起制动时间以减少起制动期间加减速过程中的能量损耗， 提高生产效率。（2） 结构设计和制造工艺上要保证其有足够的高转速时的机械强度和抗电流冲击的能 力。（3）有较好的抗恶劣环境的能力，对潮气、盐雾等都有较好的防护作用。（ 4）要有较强的短期过载能力和散热能力，以适应各种工况的短时冲击和持续工作条 件下的温升。（

31、5）要有较好的防锈蚀涂装。（6）在同等功率条件下，要求尽量减小转子的转动惯量和自重。二、起重机用电动机的工作制由于起重机各机构通常工作于重复短时工作状况下， 按照国家标准和 IEC 标准， 将起重 机用电动机的工作制分为 8 类。为简化起见， 在实际应用中， 一般分为以下三类基准工作制。（1） 长期工作制，又叫连续工作制，代号为S1。在不变负荷作用下，运行时间持续到 足以使电动机各部分温升达到稳定值。 绝缘等级不同的电机， 其温升稳定值是不同的。 起重 机用电动机的绝缘等级一般应为 F 级。（2） 短时工作制，代号为 S2。标准的短时定额分 10min、30min、60min、90min 4

32、个 等级。在此期间， 电动机温度上升到规定的稳定值， 断电停机后足以使电动机冷却到常温 （指 当地环境温度） 。为简化设计，制造商通常只取 30min、 60min 两种标准定额供用户选用。（3） 重复短时工作制，代号为 S3。以10min作为一个工作周期，接电持续率FC值分 15%、 25%、 40%、 60%几个档次。这是一种特定的工作方式。接电持续率是指在一个工作周期 中额定负荷下， 电动机的接电时间跟整个周期时间之比的百分比。 当工作机构按实际负荷图 计算的FC值不同于上述标准值时，可以按发热相同的原则进行折算。起重机上符合S3工作方式的实际工况并不多。标准接电持续率这种规定主要是对电

33、机 制造厂技术指标考核用的一种习惯规定。一般交流电动机取S3时的接电持续率 40%为基准工作制，直流电动机则取 S2= 60min为基准工作制（与 M40%|当）。另外，对于直流电动机，由于要考虑直流励磁绕组发热对电机温升的影响，所以，除了S1 工作制带强迫通风的情况下可以近似地进行接电持续率之间的折算外，其余情况下一般 不允许进行直接折算。三、起重机用直流电动机 起重机用电动机宜选用起重、冶金用专用系列的电动机，这些电动机的特点是：（ 1 ）电动机设计成转子直径细长，从而大大减小转动惯量，提高快速响应能力。（ 2）整流子的换向片采用整体式，电枢绕组与换向器升高片之间采用惰性气体保护焊（TIG

34、）连接，以达到高的机械强度和电气性能，以承受频繁的可逆运行和起制动期间的机 械和电气冲击。（ 3）电动机的全部绕组采用先进的真空压力浸渍工艺，使绝缘漆能渗透到绕组的每个 间隙， 使线圈和铁芯形成一个整体， 从而确保绝缘高度稳定和良好的散热性能， 同时具有极 强的抗潮湿。耐盐雾和耐冲击性能。（ 4）带有补偿绕组的电机，具有较强的过载能力，其电流和力矩的过载能力均可达倍 额定值。（ 5）为适应使用可控硅供电电源，电动机均采用叠片式结构的铁芯，使得磁极和磁轭 中减少了涡流效应对换向磁通的不良作用。 同时也改善了整流子的换向条件， 减少了涡流引 起的附加损耗及轴电流。 当采用 6脉冲可控硅整流系统时，

35、 不用平波电抗器， 其谐波量也不 会对电机本身造成损害。（ 6）电机的防护等级可以根据起重机不同安装位置的需要确定。一般室内为 IP23 ，室外为 IP54 或 IP55 。（7）电机内部均可以根据需要设置过热保护测温元件和防冷凝加热器。 我国目前生产的 ZZJ800 系列和 ZZJ900 系列直流电动机均可以满足上述技术要求， 而 ZZJ 900 系列是在 ZZJ 800 系列基础上的改进型产品， 在同样机座号时， 其转动惯量比 后者小 1 3 左右。另外，Z系列和Z4系列直流电机，其机座号完全按照IEC标准系列制造，转动惯量更小。只要其制造工艺参照 ZZJ900 系列的有关要求，满足上述各

36、项要求，以提高其过载能 力和抗冲击能力，也完全适用于集装箱起重机。四、交流变频专用电动机 交流变频系统在起重机上的应用日益广泛， 交流变频电动机用得越来越多。 这种交流鼠 笼结构的电动机结构简单， 维护保养比直流电机简单得多， 可靠性也高于直流电动机， 这些 都极有利于其推广。普通交流鼠笼电动机由于其结构方面的原因， 当用于变频调速系统时， 会引起较大的噪 音，耐振性能差，用于高频段会产生附加发热，能耗高，必须降低容量使用，调速范围也因 为特性较差而受到限制。所以。起重机上采用变频调速系统一般须选用专用变频电动机。为克服普通交流电动机的缺点，专用变频电动机采取了一些特殊措施：（l ）对定子、转

37、子的槽形和定子绕组的分布作特殊考虑，得到一个较理想的电感值， 以便运行中抑制和减小时间谐波和由其引起的一系列机电空间谐波所产生的不良影响。（2）对电磁负荷也留有一定的裕度，以保证电机运行在高频段的过载能力和低频段的 恒转矩输出能力。（3）电机的绝缘结构也充分考虑到变频过程中谐波的影响而作了加强，绝缘更可靠。（4） 对限制电机的轴承电流进行特殊设计。特别是100kw 以上的大电机，对轴承都进 行特殊绝缘处理，防止轴电流损伤轴承。（5）除了安装尺寸上跟国标和 IEC 标准保持一致外，电机在冷却结构上采用了单独的轴流风机强迫通风， 以适应电机在低频段低速恒转矩长期运行期间的散热需要，保证电机温升不超

38、过允许范围。（6） 在防护等级方面，除可以做到IP23 、IP44 和 IP55 外，特殊需要的场合还可以做到IP56。内部也可以设防冷凝加热器和过热保护温控元件，但10HP （）以下的小电机除外。第四节 岸桥的通讯这里主要介绍岸桥和码头管理系统之间的通讯联系通常采取的几种模式。目前世界各国岸桥通常采用的通讯方式有 4种，主要根据各港条件或不同供电模式选择。一、一般通讯电缆方式采用这种方式，当要求线芯数量较少时（68芯），可以在特殊订购高压供电电缆时要求将通讯线芯包含在高压供电电缆内部， 在高压电缆卷筒滑环箱上附带一通讯电缆卷筒滑环 装置。这种方式仅能实现一些通讯和少量联锁保护的简单功能。当需

39、要实现监控及数据传送且锁信号较多时， 芯线数量就会大大增加。 这就需要设专门 的通讯电缆卷筒，并配置专门的通讯电缆。在这个系统中， 电话通讯线可以用单独的线芯， 而监控和数据交换则必须根据专门的通讯协议采用通讯传送方式。因此，在起重机PLC 的输出部分设有专用模块（调制器） ，而在码头控制中心接收端也有解调器模块。二、采用光纤通讯方式 这是目前应用较广泛的一种方式。由于光纤的抗干扰能力强，传送速度快，载波量大， 所以，这是几种方法中可靠性较高的一种方式。这种方式要求起重机的 PLC上设有光端机（光调制器）并由一根6芯光纤电缆先联接到 起重机的电缆卷筒滑环箱， 滑环箱内要增加光缆耦合器， 通过该

40、耦合器将光信号由机上传 输到码头。中控室接收端也设有解调器（光端机） ，解出传输信号用于监控和统计等。由于光纤线芯一般有 6芯即足够（一般用 2芯，另 4 芯备用），所以，最简便的办法是 在高压电缆内部带一根 6芯光缆，其线芯在电缆卷筒滑环箱上通过光纤电缆耦合器跟起重机 内部光缆相连接。同理，在码头高压电缆接电坑内， 要设置光纤电缆接头箱， 使码头中控室到接电坑的 电缆与高压电缆内带的光纤电缆在这个接头箱内联接。接头箱的防护等级至少要求达到 IP55。由于码头一般传输距离均在12 km以内，故起重机内及码头通讯光纤电缆习惯上都采用多模光导纤维制成。采用这种方法的关键点是光纤接头的制作， 其衰减

41、系数必须达到标准。 因为起重机上从 电气房PLC到码头中控室之间要经过几次接头插接。如果接头制作质量不过关，将影响通讯的可靠性，常常会造成信号丢失。所以，这种接头必须由专业人员制作，并经专门仪器测试 通过。三、无线电通讯以太网（ RFETHERNE）T这种通讯方式正在日益推广应用，其信号的调制过程跟前两种方式是相似的。起重机上的输出信号调制成相应的无线电信号后， 是通过机上的发射无线装置发送到空中，经由无线电通讯以太网（RFETHERNET传送到码头中控的接收天线，再经过解调后成为监控和数据信 号。图 94 1 为其示意图。图 9 41 以太网通讯示意图这种通讯方式的优点是不需要在码头建设时预

42、设光缆或通讯电缆，对老码头改造具有 优选性，但价格要比前两种方式高一些。通讯的可靠性方面， 只要在通讯频段设置上考虑到不重叠原则， 抗干扰方面也不会有问 题。随着通讯技术的发展，这种方式将会得到越来越广泛的应用。四、采用微波通讯方式即 Settled Microwave Guide System （简称SMG系统）。 这种方式限于使用在码头高压供电采用地沟滑触线方式的场合。由于在码头滑线地沟内设有微波导向滑槽， 起重机上经调制的微波信号， 经插入式微波 导向滑架传送到滑槽，将微波信号传送到码头中控室。如果原码头地沟内没有预设微波导向滑槽，则采用无线电通讯方式就可以免去土建改 造的麻烦。第五节岸桥的闭路电视系统为了加强对起重机某些特殊运动部位的监视和对一些起重机工作周边环境的观察，CCTV系统正在得到