桥式起重机电气控制设计说明书

1、河南机电高等专科学校起重机电气控制设计说明书专业题目 桥式起重机电气控制设计姓名班级指导教师级1班起重机电气控制设计题目:起重量/跨度桥式起重机电器控制设计设计内容通过对桥式起重机的学习，按实际要求对起重机各机 构电气控制进行设计，培养学生用所学理论知识解决实际问 题的能力。设计要求1）设计计算说明书1份2）桥式起重机总电路原理图1张，各机构控制图在说 明书上体现.课程设计题目及原始数据:题号起重量跨度工作级别起升高度起升速度小车速度大车速度8 T28.5mA514m8 m/min40m/min90m/min说明：1.大车运行机构的工作级别与起升机构相同，选M5,小车运行机构的工作级别为M5；

2、表中所列速度要求，在计算后所得的实际数值可允许有 15%的偏差.8T桥式起重机电气控制设计摘要桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称 天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重 小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可 以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式 起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥 式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式 起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥 架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三 部分组成。起升机构

3、包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。 电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下， 以升降重物。本文重点研究起重机的控制，通过使用串电阻的调速方 法已实现对电机的控制，从而控制起重机。关键词：起重小车；电动机；串电阻调速起重机控制系统方案选择电机容量选择及调速电阻器计算2.1电机容量选择2.1.1提升机构电机容量选择2.1.2大车行走机构电机容量选择2.1.3小车行走机构电机容量选择2.2调速电阻器计算2.2.1起升机构调速电阻计算2.2.2大车行走机构调速电阻器计算2.2.3小车行走机构调速电阻器计算起升机构控制系统3.1控制系统组成3.2起升机构控制电路图3.3起升

4、机构的工作原理3.4系统的保护大车运行机构控制系统设计4.1控制系统组成4.2大车机构控制电路图小车运行机构控制系统设计5.1控制系统组成5.2小车机构控制电路图主钩以外的其他机构机构的工作原理图结论参考文献1.起重机控制系统方案选择三相异步电动机的工作原理：当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）.由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一

5、致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同三相异步电动机转速公式为：n二也 从式可见改变供电频率f,电动机的极P （1s）对数P及转差率s均可达到改变电机转速的目的。

6、从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机。改变定子电压，频率的变频调速有能无换向电动机调速等。不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速，斩波调速，串波调速以及应用电磁转差离合器，液力偶合器，油膜离合器等调速。传统的桥式起重机调速方式采用绕线式异步电动机转子串电阻调速，其主电路如图1所示绕线转子异步电动机的主电路J J J I2.电机容量选择FW器计算2.1电机容量选择2.1.1提升机构电机容量选择1）已知起重量G =8t工作级别A5主提升运行速度V =8m/min吊钩组重G =

7、4% G =0.32 taci静功率计算公式P = G Qqj i000nGq =（ Gi + G）g=（8000+320）x 9.81 N =816192NV =8m/min=0.13m/s门=0.98x0.98x0.98=0.94 （二级闭式齿轮传动，滑轮组倍率3）G V 816192x0.13所以 P = 100爵=1000 x0.94KW=113KW当 S3, JC=15%时，p=100 KW 。查实用起重机电气技术手册P151，选用YZR315M-8电机， 电动机允许输出功率为125KW。在基准工作制S3, JC=25%时2）电动机的过载校验按电动机转矩允许过载倍数Xr=2.8,对绕

8、线转子电动机H=2.1, 一台电机m=1-GZo- = 土 x r619*；：3=84.7KW （P. + P）=2x17=10.4 KWas式中：m-电动机数目（2台）七平均启动转矩倍数（对绕线转子异步电动机取1.7）同上根据电动机样本，选用YZR180L8-8电动机，在基准工作制S3, JC=25%时，电动机允输出许功率为13KW。当S3时，JC=40%时，p=11KW。5）电动机发热校验。根据起重机设计规范GBT3811附录U和附录W推荐，选大车运行机构的接电持续率JC=25%, CZ=600,稳态负载平均系数G=G2=0.9则p =G GZc =s1000q2582.5x1.5 G 1

9、000 x0.95=3.67查得YZR180L8-8电动机，当JC=25%,CZ=600时，其允许输出功率P=9.669KWP s，电动机发热校验通过。2.1.3小车行走机构电机容量选择1）已知起重量Gc1=8t，工作级别A5，小车运行速度V =40m/min小车自重G * =4000Kg小车运行部分总质量Gg=（ Gc1+ G* ）g= （8000+4000） x 9.81 N=117720N室内运行，风阻力 G 1=0,坡度阻力G,=0，查得取运行摩擦阻力系数 g0.0075运行静阻力 Gz = Gg二 s=117720 x0.0075 N=882.9N2）运行静功率V =40m/min=

10、0.67m/s小车运行机构总效率取门=0.9P =G =882.9x0.67 =0.66KWj 100而 1000 x0.93）运行加速功率查实用起重机电气技术取a=0.18 m/s 2, r =5.0 s1.15x117720 x0.67x0.67 =1.24KW 1000 x9.81x51.15G V 2 P =G* =a 1000gt a4）初选电动机0.66+1.24FF.1KW_1 ，、P/ m（Pj 广as式中：m-电动机数目七平均启动转矩倍数（对绕线转子异步电动机取1.7）同上根据电动机样本，选用YZR132M2-6电动机，当S3, JC=25%时，电动机允输出许功率为4 KW。

11、在基准工作制S3, JC=40%时，Pn=3.7 KW。5）电动机发热校验。根据起重机设计规范附录U和附录W推荐，选小车运行机构的接电持续率JC=25%, CZ=300,稳态负载平均系数G=G2 =0.8P =G zss =Gs1000q882.9x0.671000 x0.9=0.59KW查得，YZR132M2-6电动机，当JC=25%,CZ=300时，其允许输出功率P=4KWP，电动机发热校验通过。2.2调速电阻器计算2.2.1起升机构调速电阻计算提升机构选用串电阻调速方法，查实用起重机电气技术手册P163电机型号YZR315M-8功率（JC=25%）Pe=100KW额定电压U=380V额定

12、电流I =100000/380=262A1e转子开路电压U2 =376V转子电流I =149.2A1e同步转速n=750r / min:Mm=3.56KN*m最大转矩M 额定转矩M人=3.56/1.27=2.8功率因数cos a =0.84效率门=0.896额定负载转矩：约等于电动机额定转矩。电机额定转速一速130r / min,二速260r / min,三速400r / min, 四速 560r / min,五速 715r / min.分析：对于电动机固有特性有: 额定转差率 Se=(n 0 -n)/n0 = (750-715)/750=0.047SeE2e 0.047x376绕线转子母相绕

13、组电阻:r 二 一=1=0.0682 &I2e1.732x149.2临界转差率 Sm=Se(人 +川 2 -1 )=0.047x5.42 =0.2551.第一档速度 n =130r / min 1e则有 Se=( n0-n/ n0 = (750-130)/750=0.83 又根据异步电机人为特性的实用表达式Mx=产题Sx Sxm+Sxm Sx在该起重机中，负载转矩Mx=电机额定转矩Me。则有 S1 =S 1 (人 土 脱 2 _1 )=0.83(2.8+ V2.8x2.8-1 )一般取+号，则可得S以二4.49对于一速，有 * = 2 + 21 得 r =1.129 O Sm rb12同理可得

14、 r = 0.871。r =0.612。 r =0.293。rb5=0.0042.2.2大车行走机构调速电阻器计算已知参数：由所选YZR180L-8(JC=25%)电动机，额定功率P. =13KW,转子额定电压E2N=380V,转子额定电流I咨=136.8 A,额定转速气=958r/min，同步转 速 n =也=60 * 50 =1000 r/min0 p 3E电动机额定电阻 R 二=380/7 3x136.8。=1.73。N 、；3I2 N电动机的等效转差率r*d额定转差率 s = no -nN = (1000-958) /1000=0.042 N n 0等效转差率r d =R * s n转

15、子导线电阻 R= - =0.0175x 15 =0.016。A16式中：L-电动机转子导线长度，对运行电动机为15 mA-导线截面积，查得A为16 mm2转子导线电阻标么值R* = R =0.016/1.73 =0.009RN所以 r ;二R* s n =0.009 x 0.042=0.0004选电阻器运行机构电动机功率100 KW以下时，选用RY5型电阻器，串4级可切换电 阻和1级常串电阻。查得各级电阻的标么值R* =0.1- r;=0.1-0.0008=0.0996R * =0.1 R * =0.2R * =0.4R * =1.223455）各级电阻值计算R 1 =Rn R* =1.73

16、x0.0996O =0.172 OR2 =Rn R2 =1.73 x 0.1 O =0.173 OR3=Rn R3 =1.73x0.2 O =0.346OR4=Rn R1.73x0.4 O =0.692 OR；T.73X 12 0=2.076。2.2.3小车行走机构调速电阻器计算1）已知参数：由所选YZR132M2-6 （JC=25$）电动机，额定功率P =4KW,转子开 路电压E咨=380V,转子额定电流I咨二10.5A,额定转速nN=900r/min，同 步转速 n = 6 = 60 X 50 =1000 r/min。0 p 3E2） 电动机额定电阻R =380/3x10.5O =20.8

17、9ON y3I2 N3）电动机的等效转差率r*d额定转差率 s = n0 - nN =（1000-900）/1000=0.01N n0等效转差率r ；=R* s n转子导线电阻 R= - =0.0175x 15 =0.0263 OA10式中：L-电动机转子导线长度，对运行电动机为15 mA-导线截面积，查得A为10 mm2转子导线电阻标么值R*二旦=0.0263/20.89=0.0013RN所以 r;二R* sn =0.0013 x0.01=0.000014）选电阻器选用RY5型电阻器，串4级可切换电阻和1级常串电阻。查得各级电阻的标么值 R* =0.1- r ;=0.1-0.00001=0.

18、09999R * =0.1R * =0.2R * =0.4 R * =1.223455）各级电阻值计算R 1 =Rn R* =20.89 x0.09999 O =2.089 OR2 =Rn R; =20.89 x 0.1 O =2.089 OR3 =Rn R;=20.89x0.2 O =4.178OR4 =Rn R20.89 x 0.4 O =8.356 OR5 = Rn R; =20.89 x 1.2 O =25.068 O3起升机构控制系统3.1控制系统组成主提升控制系统包括接触器控制开关，三相异步电动机，主令控制器，电压 继电器，过电流继电器，中间继电器，以及限位开关等。3.2起升机构控

19、制电路图3.3起升机构的工作原理合上电源开关，当主令控制器手柄置于0位时，SA-1闭合，电压继电器KV 线圈通电并自锁，为启动作准备。当控制器手柄离开零位，处于其他工作位置是， 虽然触头SA-1断开，并不影响KV的吸合状态。但电源断开后，却必须将控制器 手柄返回0位后才能再次启动，这就是零电压和零位保护的作用。（1）提升重物的控制。控制器提升控制5个档位，在提升各档位上，控制器 触头SA3, SA4, SA6与SA7都闭合，于是将上升行程开关SGU2接入，起提升限 位保护作用；接触器KMU,KMB,KM1始终通电吸合，电磁抱闸松开，短接R1电阻， 电动机按提升相序接通电源，产生提升方向电磁转矩

20、，在提升1位时，由于启动 转矩小，一般吊不起重物，只做张紧钢丝绳和消除齿轮间隙的预备启动级。当主令控制器手柄依次扳到上升2至5档时，控制器触头SA8-SA11依次 闭合，接触器KM2-KM5线圈依次通电吸合，将R2-R5各段电阻逐级短接。根据负 载大小选择适当档位进行提升操作，可获得5种提升速度。（2）下放重物控制。主令控制器在下放重物时也有5个档位，但在前2个档 位，正转接触器线圈KMU通电吸合，电动机仍以提升相序接线，产生向上的电磁 转矩，只有在下降的后3个档位，反转接触器KMD才通电吸合，电动机产生向下 的电磁转矩，所以，前2个档位为倒拉反接制动下放，而后3个档位为强力下放。1）下放1档

21、位预备档。此时控制器触头SA4断开，KMB断电释放，制动器 未松开；触头SA6，SA7，SA8闭合，接触器KMU,KM1，KM2通电吸合，电动机转 子电阻R1，R2被短接，定子按提升相序接通三相交流电源，但此时由于制动器 未打开，故电动机并不旋转。该档位是为适应提升机构由提升变换到下降重物， 消除因机械传动间隙产生冲击而设定的。所以此档不能停留，必须迅速通过该档 扳向下放其他档位，以防电动机在堵转状态下时间过长而烧毁电动机。2）下放2档是为载荷低速下放而设的。此时控制器触头SA4, SA6, SA7,SA8 闭合，接触器KMB,KMU,KM1，KM2线圈通电吸合，制动器打开，电动机转子串入 R

22、1，R2电阻，定子按提升相序接线，载荷获得倒拉反接制动低速下放。所以， 控制器手柄在该档位时，将稳定运行低速下放载荷。在上述制动下放的2个档位，控制器触头SA3始终闭合，将提升限位开关 SQU2接入，其目的在于预防对吊物重量估计不准。重物不但不下降反而上升， 此时SQU2起上升限位作用。3）控制器手柄在下放3,4,5档位时为强力下放。此时，控制器触头SA2, SA4，SA5,SA7，SA8始终闭合，接触器KMD,KMB,KM1，KM2线圈通电吸合，制动 器打开，电动机定子按下放重物相序接线，转子电阻逐级短接，提升机构在电动 机下放电磁转矩和重力矩共同作用下，是重物下放。电路的联锁与保护。由过流

23、继电器KI5实现过流保护；电压继电器KV与 主令控制器SA实现零电压保护欲零位保护;行程开关SQU2实现上升的限位保护， KMU,KMD实现上升与下降的联锁保护，在加速接触器KM3, KM4, KM5线圈电路中 串接了前一级加速接触器的常开辅助触点，确保转子电阻按顺序依次短接，实现 机械特性平滑过渡，电动机转速逐级提高。接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它 带动触点的闭合与断开。触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用 是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中

24、，以满足各 种控制方式的要求。灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少 电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置， 一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。工作原理：当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使 主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压) 时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路， 辅助接点随之动作采用串电阻调速的优点：绕线式异步电动机转子串电阻调速最为简单经济， 适合于低速运行要求不高的场合，

25、因此仍广泛的应用于各种对调速性能要求不高 的起重机械运输上。3.4系统的保护桥式起重机的动力源是电动机，通过控制电动机的正反转，以及速度来控制 桥式起重机，所以对于起重机的电动机要进行保护。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥 厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用输送机，输送机的动力传输装 置是电动机。电动机在高温、高湿、多尘埃的工况条件下，容易使电动机出现堵 转、短路、断相、漏电和长期过负荷导致绝缘受损等故障。一旦输送机的动力传 输装置电动机发生故障，拆卸更换和修理电动机需要很长时间，这必将造成其所 在生产线的停工，它甚至会影响整个大生产系统的工艺流程。

26、另外，由于电机的 故障、损坏所造成的其它事故以及导致工厂停产所造成的间接经济损失则更为巨 大。因此，超前、准确、及时地判断电动机的故障，就能有效地防止灾难性事故 的发生。目前使用的电动机保护装置中，电动机保护器集过（轻）载保护、缺相、 过（欠）压、堵转、漏电、接地及三相不平衡保护等低压保护于一身，具有设定精 度高、节电、动作灵敏、工作可靠等优点，并且可以远程控制，十分适合对电动 机的保护，电动机保护器在桥式起重机上通过保护电机来实现对起重机的保护 缺相和相不平衡保护：由于缺相能引起电动机三相电流严重不平衡，故在设计时将缺相和相不平衡 故障综合考虑。根据电动机使用规范，相间不平衡及缺相的计算公式

27、如下：5 = （、/ IMN ） x Ip x 100 %式中：命一三相最大电流*IN 三相最小电流、三相平均电流 电动机的相间不平衡采用反时限动作原理，即。数越大，动作时间越短,考虑到电 动机本身因素和测量值误差,6为10%时开始累加，大于150%时，保护器立即动作接地保护：电动机内部最常发生的故障是定子绕组故障。究其原因，一般是因为电动机 长时间或周期性过热，导致绝缘状况恶化。由于电动机定子绕组安装在接地金属 外壳内，所以电动机内部发生的绝大部分故障都表现为接地故障。采用的接地保 护类型及TA（电流互感器）的连接方式与发生接地故障时接地故障电流的大小相 关。而接地故障电流的大小则与系统接地方式有关4大车运行机构控制系统设计4.1控制系统组成1）凸轮控制器Q2,过流继电器KI3, KI4,大车右限位行程开关SQR，左限位行程 开关SQL2）大车机构采用两台三相异步电动机驱动。eraQ3-100-1403-13Q3-1EQ3-95.小车运行机构控5.1控制系统组成-1）凸轮控制器Q33流SQFWU2）小车机构采用一台三相异步电动机驱动。Q2-UQE-9Q2-8习KI3YAEQ2QP向左nEY Q.向右5班-1vr_12345532101f