桥式吊车的电气传动系统设计样本

桥式吊车电气传动系统设计摘要吊车是起重机俗称，随着市场经济迅速发展，桥式起重机成为一种物料搬运典型设备，在公司生产活动中有着明显而广泛作用。本设计中桥式起重机起升机构采用变频调速专用电机，并且交流驱动常规采用调速办法是绕线式电动机转子串电阻调速，为了保证重物下放时可以低速运营，普通依托能耗制动、反接制动，日后还采用涡流制动、转子反馈控制制动等所谓软制动，随着电子技术发展，PLC可编程控制器应用使控制系统性能进一步优化。本次设计依照桥式起重机电控设计规定和所给参数以及工作环境，设计出了起重机起升机构，选出了适合调速变频电机、变频器以及制动单元和制动电阻器型号，设立变频器参数以及采用PLC技术，实现了起重机变频调速。核心词：桥式起重机；起升机构；变频调速；PLC可编程控制AbstractCommonlyknownasthecraneisacrane，withtherapiddevelopmentofmarketeconomy，bridgecraneisonekindoftypicalofmaterialhandlingequipment，hasacsignificantandextensiveapplicationintheenterpriseproductionactivities.Thedesignoftincranehoistingmechanismadoptsfrequencycontrolofmotorspeed，motorandspeedregulatingmethodsusedconventionalacdrivesarewoundrotormotorrotorseriesresistancespeed，inordertokeeptheweightdowntoalowerspeed，generallyrelyonenergyconsumptionbraking，reverseconnectbraking，lateralsousededdycurrentbrake，rotorfeedbackcontrolbrakeandotherso-calledsoftbrake，withthedevelopmentofelectronictechnology，theapplicationofPLCprogrammablecontroller，furtheroptimizetheperformanceofthecontrolsystem.Thisdesignaccordingtotherequirementofelectriccontroldesignofbridgecraneandthegivenparametersandworkingenvironment，designedthecranehoistingmechanism，selecttheappropriatespeedregulationoffrequencyconversionmotor，frequencyconverteraswellasthebrakingunitandbrakingresistortype，settheparametersofthefrequencyconverterandPLCtechnology，realizedthefrequencycontrolofmotorspeedofcrane.Keyword：Bridgecrane;hoistingmechanism;frequencycontrol;PLCprogrammable control

目录17888摘要 I27394Abstract II295961绪论 1117711.1本设计研究及意义 135281.2课题研究国内外动态 2243981.3论文研究重要内容 3283732桥式起重机构造及特点 5208242.1桥式起重机基本构造及特点 5306042.2桥式起重机分类及特点 6116912.3桥式起重机重要参数 969832.4桥式起重机负荷特点及规定 10173983桥式起重机调速系统 12207533.1电动机调速指标 12166993.2变频调速基本原理 13254653.3电动机变频调速系统特性 16145913.4采用变频调速基本考虑 18277594电气传动系统参数选型与计算 22266014.1齿轮电动机选型与计算 22255424.2变频器选型与计算 26325114.3尺寸标注制动电阻器 27132694.4变频器参数设立 28227465桥式起重机变频调速系统设计 30317145.1桥式起重机变频调速系统设计 3064135.2桥式起重机整体主电路原理图 315361结论 3413448致谢 3513228参照文献 36绪论本设计研究及意义起重机是指在一定范畴内可以垂直起升和水平移动物体以及对物料进行起重、运送、装卸和安装作业机械，普通用于人力不能完毕任务，具备动作间歇性和作业循环性，不但提高了劳动生产率，还在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等各种领域和部门中得到了广泛应用。国内最早起重机是通过向前苏联学习以及仿造其技术制造出来，因此，国内起重机到当前为止仍残留着前苏联起重机原型影子。自改革开放后，国内制造业日益强大生产需求，促使起重机生产厂家不得不对起重机进行新摸索和改进，在引进先进技术同步，积极摸索起重机发展方向，以形成具备自我特色优势，其中桥式起重机是最为明显代表。桥式起重机是桥架两端通过运营装置直接支撑在高架轨道上桥架型起重机，桥架沿铺设在两侧高架上轨道纵向运营，起重小车沿铺设在桥架上轨道横向运营，从而构成矩形工作范畴，不受地面设备阻碍，以达到充分运用桥架下面空间吊运物料。因此，桥式起重机广泛运用于工矿公司、铁路交通、钢铁化工、港口码头以及物流周转等部门和场合。同步，桥式起重机运送机械对于减少生产成本、提高生产能力、保证产品质量、提高运送效率、加快物资周转和流通均有着十分重要影响。随着生产规模日益扩大，特别是当代化、专业化生产规定，各种专门用途起重机相继产生，在许多重要部门中，它不但是生产过程中辅助机械，并且已成为生产流水作业线上不可缺少重要机械设备，它发展对国民经济建设起着积极增进作用。桥式起重机可以说是当前使用最广泛、市场拥有量最大一种轻轨运营式起重机，起重量可以从几吨达到几百吨，详细可依照实际状况定制相应起重量机型。老式桥式起重控制系统重要采用继电-接触器实现控制，采用交流绕线串电阻办法进行启动和调速，这种控制系统存在可靠性差，操作复杂，故障率高，电能挥霍大，效率低等缺陷[1]。随着时代进步和科技发展，国内桥式起重机在使用设计、制造工艺、设备维修、管理方面等不断改进，积累经验，推动了桥式起重机进步，但是在实际应用中，由于频繁超负荷作业、过大机械振动冲击等导致机械疲劳，起重机构造开裂等意外状况时有发生。因而，解决该问题有效手段就是采用平滑无级调速电气控制系统。而大规模集成电路和计算机控制技术浮现，使得高性能交流调速系统应运而生。交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制重要发展方向，起重机将向当代化、智能化、安全化、以便可靠化方向发展。随着自动化技术不断发展，变频调速控制在起重机械中必将得到更为广泛应用，因而对桥式起重机控制系统进行研究具备重要现实意义。由于桥式起重机不但要容易操作，容易维护，并且安全性要好，可靠性要高，规定具备优秀耐久性、无端障性、维修性和使用经济性。加强对桥式起重机研究和改进，增进其不断发展，必将对整个起重运送行业产生深远影响课题研究国内外动态近年来，随着国家在民生设施方面扩大投入和当代化建设发展，使得起重机械在土木、建筑和工业领域应用越来越广泛。而桥式起重机自然而然成为不可缺少提高和装卸设备。为了满足顾客各种需求，桥式起重机就要有先进高质量电控装置，而保证电控系统拥有有良好稳定性、可靠性以及节能性前提条件，就是起重机电气调速系统控制，其控制办法有诸多，重要分为直流调速和交流调速。对直流驱动来说，20世纪60年代采用是发电机—电机(G-M)系统，随后从交磁放大机-电机（SKK-M）系统发展到晶闸管-电机（SCR-M）系统,到了70年代，由可控硅晶闸管构成晶闸管整流器-电机系统得到了广泛应用。进入21世纪，大多数晶闸管-电机系统已被全控型电力电子器件构成脉宽调制-电机（PWM）系统所取代。从交流驱动来讲，重要有降压调速、变频调速、变压变频调速、变极对数调速、绕线式电动机转子串电阻调速等，常规调速是采用绕线式电动机转子串电阻调速，为保证重物下放时可以低速运营，普通采用能耗制动、反接制动，此外也可以用涡流制动、转子反馈控制制动等某些软制动。而随着电力电子技术迅速发展，使得电气控制系统性能更加完善，当前国内外惯用几种调速系统，如变频调速，其控制办法有矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制，转差频率控制等，这些控制办法都已得到了不同限度应用；尚有交流调速控制系统，英国、德国、法国等大型电气公司已在这一领域展开了重点研究和开发。交流电气传动系统自引入可编程控制器PLC后，它传动系统性能发生了质变化，使得桥式起重机实现了全自动控制和故障诊断、检测显示等，从而达到了一种新技术高度。近年来，随着变频技术飞速发展，它可靠性能大大提高，生产成本减少，以及优越起制动控制特性，在各种行业得到广泛应用。起重机起升机构采用变频调速控制后，就可以用鼠笼式异步电动机取代绕线式异步电动机。通过近年发展，国内桥式起重机应用不断扩大，随着技术进步，针对实际中桥式起重机恶劣工作坏境及长时间超负荷作业而导致事故，为桥式起重机改造提出了新规定，以便在实际操作更加安全、更加高效。当前，由于高性能金属材料采用和材料加工能力提高，起重机零部件性能和寿命也不断提高，整机使用寿命普通规定在以上。由于电动机、电气拉制技术和液压技术发展，近年来起重机电力驱动品质和自动化水平也大为提高起，其发展趋势，将重要体当前如下几种方面：

①大型化：起重机起重量将会越来越大，以满足特殊工程需要

②轻量化：将广泛采用新材料和采用合理构造形式，以减轻设备自重。

③提高作业性能：如提高运营速度，保证运营精确性和平稳性。

④多样化：将向同一设备可使用各种工作装置规定发展，扩大使用范畴。

⑤最优化：将普遍采用先进设计计算办法，并配用电子计算机进行优化设计，以选取合理构造形式。

⑥通用化：力求提高系列产品零部件通用率。

⑦液压化：重要体当前轮式起重机向全液压传动发展。

⑧安全化：起重机械可靠性、安全性和舒服性将成为评价设备重要指标；特别是安全性，将作为评价先进性头等重要指标。例如，在安全防护装置配备、司机室合理布置、以及减少震动和噪音等方面，都将作为制造厂家设计原则一某些。论文研究重要内容本设计重要内容是：本设计中桥式起重机起升机构采用变频调速专用电机，并且交流驱动常规采用调速办法是绕线式电动机转子串电阻调速，为了保证重物下放时可以低速运营，普通依托能耗制动、反接制动，日后还采用涡流制动、转子反馈控制制动等所谓软制动。依照变频调速基本原理和起重行业对电动机和变频器规定，以及起重电控设计规定和所给参数、工作环境等设计出起重机起升机构，选出了适合调速变频电机、变频器以及制动单元和制动电阻器型号，设立变频器参数以及采用PLC技术，实现了起重机变频调速。桥式起重机构造及特点桥式起重机基本构造及特点吊车拖动系统构成①大车拖动系统：拖动桥式起重机整体沿着车间作横向移动。②小车拖动系统：装设在大车上，拖动吊钩及重物沿着桥架作纵向移动。③吊钩拖动系统：装设在小车上，拖动重物作提高或下放升降运营， 该系统是桥式起重机中控制最为复杂、操作最为繁琐机构，也是耗能重要某些。吊车电气传动系统构成及技术方案桥式吊车电气传动系统重要由2台大车电动机，1台小车电动机,2台吊钩电动机（主钩电动机和副钩电动机）构成。技术实行方案采用是4台变频器控制5台电动机,其中2台大车电动机用1台变频器驱动，而小车电动机和吊钩主副钩电动机分别各用1台变频器驱动,以实现同步运营。且提高机构、大小车运营机构都采用YTP变频调速异步电机，同步还为每一台变频器配备了能耗制动组件，以实现制动能量和位置势能消耗，详细系统构造和配备如下图所示：主起升机构机械某些副起升机构机械某些小车运营机构大车运营机构桥式起重机主梁金属构造端梁金属构造司机室电气设备电动机电气设备控制电制图2-1桥式起重机基本构成下面分别对个机构调速进行详细分析阐明：起升机构起升机构属于位能性负载机构，作用在于提起和放下重物，其明显特性是主、副起升机构各自使用一台带PG矢量控制方式变频器驱动单台电机。运营机构大车运营机构选用一台带PGV/f控制方式变频器驱动两台电机，这是由于运营机构在工作时候频率比较接近，因此调速时选用单台变频器，减少成本。桥式起重机拖动系统特点桥式起重机各某些（如大车、小车和吊钩）拖动系统，在调速过程中，均有一种共同特点，就是“恒转矩”调速，即负载转矩大小在拖动过程中基本上与转速无关。桥式起重机分类及特点桥式起重机重要分为两大类型：通用型和电动葫芦型。双小车桥式起重机通用吊钩桥式起重机抓斗桥式起重机通用桥式起重机电磁桥式起重机两用桥式起重机桥式起重机 三用桥式起重机 电动梁式桥式起重机电动葫芦型桥式起重机电动葫芦桥式起重机图2-2桥式起重机重要分类通用桥式起重机重要包括双小车桥式起重机、通用吊钩桥式起重机、抓斗桥式起重机、电磁式桥式起重机、两用桥式起重机和三用桥式起重机。双小车桥式起重机这种起重机与吊钩桥式起重机基本相似，只是桥架上装有两台起重量相似小车，这种机型用于吊运与装卸长形物件。通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属构造、大车运营机构、小车运营机构、起升机构、电气控制系统及司机室构成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t如下多为1个起升机构；16t以上则多为主、副两个起升机构。此类起重机能在各种作业环境中装卸和搬运物料及设备。抓斗桥式起重机抓斗桥式起重机重要用于废旧钢铁、大宗货品、木材等装卸和吊运。它装置为抓斗，基本上就是用钢丝绳分别连系着抓斗起升、开闭等各个机构。这种起重机其他构造部件与通用吊钩桥式起重机并无差别，除了起升闭合机构以外。电磁桥式起重机电磁桥式起重机是用来吊运具备导磁性黑色金属及其制品。它构造与吊钩桥式起重机相似，唯一不同是其吊钩上挂有1个直流起重电磁铁(又称为电磁吸盘)。普通是通过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在小车架上专用卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。两用桥式起重机两用桥式起重机有3种类型：抓斗吊钩桥式起重机、电磁吊钩桥式起重机和抓斗电磁桥式起重机。其特点是在一台小车上设有两套各处独立起升机构，一套为抓斗用，一套为吊钩用(或一套为电磁吸盘用一套为吊钩用，或一套为抓斗用一套为电磁吸盘用)。三用桥式起重机三用桥式起重机是一种多用途起重机，依照需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂一种马达抓斗装卸物料，还可以把抓斗卸下来再挂上电磁盘吊运黑色金属，故称为三用桥式(可换)起重机。其基本构造与电磁桥式起重机相似。这种起重机合用于经常变换取物装置物料场合。电动葫芦型桥式起重机其特点是桥式起重机起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作起重小车起升机构，小车运营、大车运营等机构传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因而，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然普通起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用原则产品电动葫芦配套，对厂房建筑压力负载较小，建筑和使用经济性都较好。因而在中小起重量范畴普通使用场合使用越来越广泛，甚至有代替某些通用桥式起重机趋势。电动梁式起重机其特点是用自行式电动葫芦代替通用桥式起重机起重小车，用电动葫芦运营小车在单根主梁工字钢下翼缘上运营。跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度大时可在主梁工字钢上面再作水平加强，形成组合断面主梁。其主梁可以是单根主梁(电动单梁式起重机)，也可以是两根主梁(电动双梁式起重机)，其桥架可以是像通用桥式起重机那样通过运营装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运营装置悬挂在房顶下面架空轨道上(悬挂式)。电动葫芦桥式起重机其特点是固定式电动葫芦装在小车上作起升机构，小车运营机构也多采用电动葫芦零部件作成简朴构造形式，小车也极为简便轻巧，其整体高度小，小车及桥架自身轻、重心低、有很广泛使用适应性。箱形双梁桥式起重机是由一种有两根箱形主梁和两根横向端梁构成双梁桥架，在桥架上运营起重小车。可起吊和水平搬运各类物体，它合用于机械加工和装配车间料场等场合。桥架构造重要有箱形构造，空腹桁架式构造，偏轨空腹箱形构造及箱形单主梁构造等，5-80吨中小起重量系列起重机普通采用箱形构造，且为保证起重机稳定，选取箱形双梁构造作为桥架构造。为了操纵和维护需要，在传动侧走台下面装有司机室。司机室有敞开式和封闭式两种，普通工作环境室内采用敞开式司机室，在露天或高温等恶劣环境中使用封闭式司机室。箱形双梁桥架具备加工零件少，工艺性好，通用性好等长处。桥架构造应依照其工作类型和使用环境温度等条件，按照关于规定来选用钢材。桥式起重机普通由装有大车运营机构桥架、装有起升机构和小车运营机构起重小车、电气设备、司机室等几种大某些构成。外形像一种两端支撑在平行两条架空轨道上平移运营单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向运动；桥架和大车运营机构用来将起重小车和物品作纵向移动，以达到在跨度内和规定高度内构成三维空间里作搬运和装卸货品用。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大一种轨道运营式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本形式是通用吊钩桥式起重机，其她形式桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式起重机基本上派生发展出来。桥式起重机重要参数起重机械参数是用来解释阐明其规格和工作性能某些基本数据,同步也是起重机械在设计方面技术根据和计算选型数据根据。桥式起重机基本参数重要有起升能力、额定载荷、起升高度、跨度、各机构运营速度以及工作级别等。桥式起重机起升能力重要由总起升载荷、单钩起升载荷、起升重量与幅度、牵引力矩等因素决定，额定载荷普通介于50~5000KN之间，例如国内生产原则桥式起重机系列就有13种，即50，80，125/30，160/30，200/50，320/80，500/125，800/200，1000/320，1250/320，1600/500，/500，2500/500。桥式起重机其她关于参数涉及如下几项：⑴额定起重量吊钩所能吊起最大重量，涉及使用其他辅助取物装置和吊具（如电磁铁、抓斗、平衡梁等）额定起重量在内质量总和。在决定额定起重量时，应符合原则规定数值。起重量数值过小就不能满足安全生产规定，过大则会导致基建投资挥霍。⑵起升高度指起重机吊钩从最低位置移到最高位置时通过垂直距离，原则桥式起重机起升高度普通在12~32m之间，但严格意义上来讲该参数没有原则规定，可依照工作时需要来设定。⑶跨度和幅度这两个参数都表达是起重机工作范畴。跨度指是桥式类型起重机大梁两轨道中心线之间水平距离；幅度是指旋转起重机旋转中心线与取物装置铅垂线之间水平距离。⑷轨距轨距也称轮距，对桥式起重机来说指是小车轨道中心线之间距离。⑸基距基距也称轴距，是指沿纵向运动方向起重机或小车支承中心线之间距离。基距测定与支承轮布置关于。⑹起重力矩起重力矩是起吊物品重力G与幅度L与乘积。⑺轮压轮压是指小车处在极限位置时，大车车轮传递到轨道或地面上最大垂直载荷。按工况不同，分为工作轮压和非工作轮压。⑻工作速度v(m/min)涉及起升、运营、变副和旋转速度，但旋转速度用n(r/min)表达。①起升速度——起升机构电动机在稳定运营状态下吊钩上升速度，普通为每分钟几米到几十米；②运营速度——运营机构电动机在稳定运营状态下大、小车直线运营速度，普通为每分钟10~120m；③变副速度——稳定运营状态下吊钩从最大幅度水平位移到最小幅度平均线速度，普通为每分钟几米到几十米；④旋转速度——旋转机构电动机在额定转速下，起重机转速，普通为每分钟零点几到一点几转，但不超过4r/min。⑼生产率Q（t/h）是起重机装载或吊运物料工作能力综合指标。⑽起重机工作级别起重机工作级别是按照其使用级别和载荷状态划分，该参数表白起重机在工作时间上繁忙限度以及在吊重方面满载限度，也表白起重机工作循环次数工作特性。桥式起重机负荷特点及规定负荷特点桥式起重机驱动系统，其负载都属于恒转矩负载，且它起升机构为位能性负载，当起升机构起吊重物下降或者迅速加减速运营时，电动机处在再生发电制动状态。我们需要通过反馈装置提供电能，并将它们发送到电网或消耗在制动电阻上，以防止直流侧上升电压影响电机制动效果。控制规定起升机构基本规定是起动转矩大，起动运营平稳。起升机构中要有机械制动器以及相应制动电阻。要备有应急办法，防止起升机构在启动和停止过程中浮现溜钩等问题。桥式起重机调速系统电动机调速指标调速范畴电动机在额定负载转矩下调速时，其最高转速与最低转速之比称之为调速范畴，用D表达，即（3-1）调速方向指调速后转速与本来额定转速，也就是基本转速相比较，是高还是低。若比本来基本转速高，称为往上调，相反比本来基本转速低，称为往下调。调速平滑性调速平滑性与转速级数关于，一定范畴内得到级数越多，相邻两转速之间差值就越小，平滑性也就越好。无级调速平滑性就比有级调速好。由于有极调速是跳跃式调节，例如它只能从1500r/min一下子调节到1000r/min，然后再又调节到750r/min等，这中间转速就没办法得到了，而无级调速则不同，它在一定调速范畴内可以得到任何转速。平滑限度也称为平滑系数，可用两相邻高一级转速与低一级转速之比来衡量，即（3-2）→1，调速平滑性越好，无级调速中=1，调速平滑性最佳。调速稳定性调速稳定性通惯用转速变化率来表达，重要是阐明当电动机在某一新转速下运营时，负载变化可以引起转速变化一种限度，详细定义为：当系统在某一转速下运营时，电机由抱负空载变为额定负载时所相应转速降-与抱负空载转速之比，即（3-3）越小，稳定性越好。 静差率或称为转速变化率，与机械特性硬度关于，而定义为（3-4）若越大，当转矩T发生变化时，转速变化限度越小，机械特性就越硬，转速变化率就越小，相应地稳定性也就越好。在调速时静差率与调速范畴也是互相制约，因此生产机械在调速时，为保证系统稳定性，对静差率有一定规定，否则难以满足生产机械规定。调速时容许负载电动机在不同转速下满载运营时，恒转矩调速容许输出转矩相似，恒功率调速容许输出功率相似。不同生产机械对调速时容许负载规定是各有不同。例如起重机械类，它规定电动机具备恒转矩调速性能，这样电动机就可以在各种不同转速下都能输出相似转矩。又例如切削机床类，它规定电动机在各种不同转速下都能输出相似功率，因此粗加工大切削时，规定工件转速低，精加工小切削量时，规定工件转速高。变频调速基本原理依照三相异步电动机有关知识，异步电动机转速n表达为：(3-5)其中：—异步电机转速，单位为r/min；—电机转差率；—电机定子电源频率，单位为Hz；—异步电机极对数。三相感应电动机调速办法可分为两大类：一类是通过变化同步转速从而变化转速，详细办法有变极调速(变化极对数)和变频调速(变化频率)；另一类是通过变化转差率来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运营改为人为特性上运营，详细办法有变压调速(变化电源电压)，转子回路串电阻调速(变化电阻)，转差离合器，串级调速等。由上式可知，如果变化输入电机电源频率，则可相应变化电机输出转速。电动机调速是一种很重要过程，它核心因素在于，要保持每极磁通量为额定值不变。若磁通过大，会达到饱和状态，严重时会由于励磁电流过大而使绕组过热从而损坏电机；但是磁通太弱话，又阐明没有充分合理运用电机磁心，这会导致一种资源挥霍。对于直流电机来说，只要对电枢反映予以恰当补偿，就很容易做到保持不变，由于该励磁系统是独立。而交流异步电机磁通是由转子和定子共同产生。三相异步电动机每相电动势有效值(3-6)其中：—气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V；—定子频率，单位为Hz；—定子每相绕组串联匝数；—定子基波绕组系数；—每极气隙磁通量，单位为Wb；由式（3-6）可知，只要控制好感应电动势和定子频率，就可以控制磁通中气隙磁通量不变，需要考虑基频(额定频率)以上和基频如下两种状况：1)基频如下调速 当电源频率在基频如下调速时，电动机转速下降，且始终要保持常数，因而在调节电源频率同步，还要调节电动机定子电压，否则电动机无法正常工作。因素是三相感应电动机定子绕组相电压，当电源频率下降时，若还保持电源电压为额定值不变，则气隙每极磁通必要增长，在电动机设计时，磁路本来刚进入饱和状态，增长使磁路饱和，电动机空载电流急剧增长，使电动机负载能力变小，从而导致电机无法正常工作,这是不容许。因而,减少电源频率同步,必要减少电源电压，并使常数。由于气隙磁通恒定不变，电动机基频如下调速可视为恒磁通调速，在调速过程中电磁转矩保持不变，由此可见，从基频向下变频调速属于恒转矩调速。2)基频以上调速当电源频率在基频以上调节时，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和限制，定子相电压是不容许在额定相电压以上调节，因此当上调时，只能保持定子相电压为额定值不变。于是，当越高时相反地将越低，但上升，由此可见，从基频向上变频调速属于恒功率调速。异步电动机变频调速控制特性，如图3-1所示，就是把基频如下和基频以上两种状况结合起来得到成果。在基频如下，由于磁通恒定，容许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；而在基频以上，转速升高时磁通减小，容许输出转矩也随之减少，输出功率基本不变，基本上属于“恒功率调速”方式。图3-1异步电动机变频调速控制特性电动机变频调速系统特性=常数时变频调速机械特性下面来分析机械特性中三个特殊点，并由此来决定机械特性：①同步点：由，则，下调，随之下降。②最大转矩点：由c=常数，常数，而临界转差率，临界转速降常数。由此可知，在不同频率下，最大转矩始终保持恒定不变，且与其相应转速降也是恒定不变。因此其机械特性基本上是平行。但当频率下调过低时，此时电压也很低，因此定子电阻上压降不能再被忽视了，否则会使电动势和磁通下降更为严重，电动机转矩也将变小。③起动转矩点：电动机起动转矩。因此起动转矩随频率下降而增长。由此可以画出=常数时如图3-2所示三相异步电动机变频调速特性：图3-2三相异步电动机=常数变频调速机械特性变频调速机械特①同步点：由，则，当调高时，随之上升。②最大转矩点：由，当调高时，减小。③起动转矩点：，当调高时，起动转矩大大减小。此时电动机机械特性如图3-3所示：图3-3电动机机械特性采用变频调速基本考虑主拖动系统电动机选型大车与小车变频调速专用电机；吊钩用电动机，由于规定较高，应选用变频专用笼型转子异步电动机。制动办法普通采用直流制动、再生制动和电磁机械制动三种制动相结合办法。一方面，运用变频调速系统直流制动和再生制动，使运动中大车、小车或吊钩可以停住，也就是使它们转速迅速降为0；对吊钩来说，经常要保持重物能在半空中停留一段时间(例如重物在空中平移时候)，而变频调速系统因很容易受外界因素干扰(如在平移过程中很容易浮现瞬间断电等)，虽然也能使重物停住，但是可靠性较差。因而，运用电磁制动器进行机械制动依然是必要。对电动机运营状态分析空钩(涉及极轻负载)运营空钩运营时负载转矩由摩擦阻力构成,由于吊钩采用蜗轮蜗杆减速机械设计,自身具备自锁功能。上升运营重物上升时，电动机正向电动运营，电磁转矩T>0，转速n>0，即旋转方向与转矩方向一致，此时电机处在电动状态，其工作点在第I象限，如图3-4中所示A点(高速)与B点(低速)。下降运营重物下降时，电动机反向电动运营，电磁转矩T<0，转速n<0，即旋转方向与转矩方向还是一致，此时电机仍处在电动状态，其工作点在第Ⅲ象限，如图3-4中所示C点(高速)与D点(低速)。图3-4不同状态下电动机工作点重载运营（负载加重时，工作点将右移）上升运营：工作点右移至点和点；下降运营：工作点右移至第Ⅳ象限，如图3-4中所示Cˊ点（高速）和Dˊ点（低速）。受重力加速度影响，此时电动机旋转速度将超过同步转速而进入再生制动状态。虽然电动机旋转方向已变成反转，但是转矩方向仍保持不变，是正向，重要是用来防止重物不断下降，因此说同重量物体在下降时负载转矩要不大于上升时负载转矩。变频调速系统控制规定桥式起重机拖动系统控制动作涉及：大车左、右行；小车前、后行；吊钩升、降等。所有这些，都可以通过可编程控制器(PLC)进行无触点控制。详细控制办法如下：重物停住控制过程ONON正转正转OFFOFFON制动抱闸规定ON制动抱闸规定OFFOFFONOFF制动抱闸开始ONOFF制动抱闸开始ONONOFF制动抱闸完毕OFF制动抱闸完毕图3-5重物停住控制过程设定一种“停止起始频率”，当变频器工作频率下降到时，变频器将输出一种“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；设定一种维持时间，长短应略不不大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要时间；变频器将工作频率下降至0。重物升降控制过程正转tRC tRD正转ONOFFONOFF输出电流输出电流OFF制动释放规定OFF制动释放规定OFFON制动释放开始OFFON制动释放开始ONONOFF制动释放完毕OFF制动释放完毕ONON图3-6重物升降控制过程设定一种“升降起始频率”，当变频器工作频率上升届时，将暂停上升。为了保证当制动电磁铁松开后，变频器已能控制重物升降到不会溜钩，因此，在工作频率达同步，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需时间；当变频器确认已有足够大输出电流时，将发出一种“松开指令”，使制动电磁铁开始通电；设定一种维持时间，长短应略不不大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要时间。变频器将工作频率上升至所需频率。桥式起重机采用变频调速系统长处工作可靠性明显提高节能效果十分可观调速质量明显提高可简化传动链电气传动系统参数选型与计算本设计中需要某些参数如下表4-1所示：表4-1本设计基本参数基本参数参照数值负载质量涉及负载悬挂装置平衡物体重量提高速度提高高度卷筒直径卷筒转动惯量转差率起始时间机构效率每天作业时间每小时提高运动齿轮电动机选型与计算电机选型原则及变频调速对电机规定依照负载启动特性及运营特性，选出最适合于这些特性电动机，满足生产机械过程中各种规定。选取具备与使用场合环境相适应防护方式及冷却方式电动机，在构造上应能适应电动机所处环境条件。计算和拟定适当电动机容量。普通设计制造电动机，在75%~100%额定负载时，效率最高。因而，应使设备需求容量与被选电动机容量差值最小，使电动机功率被充分运用。此外，起重机械也规定电机要有较高绝缘级别，普通绝缘级别要达到F级以上，要也具备较大过载能力和较强机械强度。电机容量计算电机容量静止功率为静（4-1）静其中，——额定提高负载/kg——额定起升速度/（m/s）g——重力加速度，取9.81m/s——机构总效率起升机构功率为=静电（4-2）其中，电—系数表，取1.2因此起升机构功率选取电动机：22kW,4极规定输出转速规定齿轮传动比计算电机转动惯量电动机侧转动惯量计算卷筒所需额定输出转矩电机额定提高转速规定电动机侧加速转矩检查所选电机①在121Nm转矩下,额定电动机转矩要高于稳定起重机力矩；②电机可以提供最大转矩为：电动机性能参数如下表4-2所示：表4-2电动机性能参数参数数值额定功率额定电压额定频率电机效率额定力矩倾斜力矩与额定力矩之比额定转速依照变频调速系统对电动机规定，选取电动机绝缘级别要高，需达到F级以上，又由于系统采用V/F控制方式和恒矢量控制方式，规定电机自身特性可以保证系统所需要低频性能，综上所述，我选用是带绝缘轴承变频电动机。YTP系列变频调速电机以变频器为驱动电源，普通选取是4极电机，在0~50Hz、0~1480r/min低频范畴内作恒转矩运营，在50~100Hz、1480~2800r/min高频范畴内作恒功率运营，具备良好调速性能，广泛应用于各种传动机械。依照前面计算成果可知，需要电动机额定电压为,额定功率为,额定转速为，因此起升机构选用电动机型号为。变频器选型与计算通用变频器选取涉及变频器型式选取和容量选取两个方面，其总原则是一方面要保证可靠地满足工艺规定，尽量节约资源。依照控制功能高性能U/f控制型变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器选取要依照负载规定进行，对于风机，泵类等平方转矩，低速下负载转矩较小，普通可选取普通功能变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度规定传动系统选用品有转矩控制功能高功能型变频器则比较抱负，由于这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具备挖土机特性。在实际应用工程中，为了实现大调速比恒转矩调速，常采用加大变频器容量办法。对于规定精度高、动态性能好、响应快生产机械，应采用矢量控制高功能型通用变频器。用于驱动起升机构电动机变频器容量计算（4-3）（4-4）（4-5）式中：——变频器额定容量（kVA）——负载所需电动机轴输出功率（kW）K——电流波形修正系数（PWM取1.05～1.1）——容量补偿系数（普通取1.1～1.2）η——电动机效率（普通约0.85）——电动机功率因数（普通约0.75）——电动机额定电压（V）——工频电源时电动机电流（A）K——电流波形修正系数（PWM取1.05～1.1）——变频器额定电流（A）——容量补偿系数（普通取1.1～1.2）西门子变频器MICROMASTER系列有MM420、MM430、MM440等型号，依照各型号应用领域、功率范畴、电压范畴、控制方式、输入输出等参数不同，本设计选用MM440系列，依照额定功率和额定输出电流，选取外形尺寸为E、型号为6SE6440-2UD33-0EA1变频器。尺寸标注制动电阻器制动电阻器是由制动单元和制动电阻配套工作，都是变频器选件，在起重变频调速系统运营中当停车或下降时，重物产生位势负载使电机处在发电状态，能量向电源侧回馈，由于大多数变频器没有电能回馈装置，此时必要通过制动单元将这某些能量由制动电阻以热能形式释放掉，因此制动单元和制动电阻在起重变频调速系统中起着很大作用。因而，计算出制动功率、制动电阻值和功率容量等参数，对于变频器正常工作是至关重要。如下是关于制动电阻计算与选型：制动电阻粗略计算（4-6）其中，—电动机额定电流—直流电压上限值（V）计算下降时制动功率理论上最大制动功率计算制动功率有效值假设加速和减速坡道不考虑，假定在整个下降时间段内制动功率是稳定，且。由于起升机构以每小时22次频率提高，故提高周期ttotal为选取适当制动电阻器所需某些数值总结：①电阻值：12.7Ω②下降时制动功率：27s,11.5kW③制动功率有效值：4.7kW选取适当制动电阻器尺寸标注示例基于上述MM440变频调速装置电阻分派：①型号：6SE6400-4BD22-2EA0②电阻值：12.7Ω③额定制动功率（制动功率有效值）4.7kW变频器参数设立要使变频器可以驱动电机而作用，就要设立其参数，在启动过程中，如果加速时间预置不对，则变频器很容易因过电流而跳闸；如果减速时间也预置有误，则变频器很容易因过电压导致跳闸。变频器在启动过程中，频率上升快慢，是由加速时间来决定，预置加速时间，可根据两个条件：一是拖动系统惯性大小，二是生产机械加工工艺对加速时间规定。依照规定对传动系统进行参数设定如下表4-3所示：表4-3传动系统进行参数设定参数功能P0003=1原则顾客访问（基本应用）P0004=0参数过滤（所有参数）P0100=0电源频率50HzP0205=0恒定转矩P0300=1异步电机P0304=400电动机额定电压400VP0305=55电动机额定电流55AP0307=22电动机额定功率22kWP0308=0电动机功率因数（自动计算）P0309=0.91电动机额定效率P0310=50电动机额定频率50HzP0311=1460电动机额定转速1460RPMP0335=1逼迫风冷：装有一种独立电源冷却电扇P0640=150恒转矩时过载系数150%P0700=2命令源为端子排P1000=2频率给定源为模仿输入P1080=0最小频率P1082=50最大频率P1120=27加速时间P1121=27减速时间P1300=20矢量控制桥式起重机变频调速系统设计桥式起重机变频调速系统设计本次设计是一种额定起重负载为10t桥式起重机变频调速系统，在设计中，起重机大车运营机构、小车运营机构和提高机构均采用变频调速，电机也都选用变频调速专用电机，并应用可编程序控制器(PLC)进行信号协调和逻辑控制。系统构造如图5-1所示：主控指令PLCPLC变频器变频器变频器变频器变频器变频器提高电机小车提高电机小车电机大车电机制动器制动器制动器制动器制动器制动器图5-1系统构造各系统详细设计如下：大、小车运营机构如章节2.1中吊车电气传动系统构成中，大车运营机构为双梁构造，由两台电动机拖动，并由一台功率较大变频器供电；小车运营机构由单台电动机拖动且有单独变频器供电。大小车运营机构都由不带旋转编码器预置V/F控制方式实现控制。提高机构提高机构电机选用是变频调速专用电机，变频器实现是无测速调速并预置为恒矢量控制方式。制动单元与制动电阻桥式起重机起动、制动比较频繁并且下降时处在制动状态时间相对较长，因此规定制动转矩大，为了产生较大制动电流，缩短制动过程，制动单元加大了一种档次，制动电阻额定功率也加大了一倍。总之，变频调速系统是通过不断减少频率来实现减速和停机，在变频调速运营过程中，异步电动机发电状态，实质上是拖动系统释放机械能成果。当重物下降时，由于有重力加速度因素，使转子转速超过了同步转速，电机处在发电状态，在这里，重物下放是位能减少过程，或者说，是释放位能过程。桥式起重机整体主电路原理图变频调速系统整体原理图图5-2桥式起重机电气传动系统原理图图5-3PLC控制原理图I/O输入及功能阐明如下表5-1：表5-1I/O输入及功能阐明符号地址功能Hoist_UpI2.0提高电机上升Hoist_StopI2.1提高电机停止Hoist_DownI2.2提高电机下降Hoist_upLimitI2.5提高电机上限位停车Hoist_PowerI2.7提高电机电源关断Hoist_KMQ0.6提高电机电源侧交流接触器Hoist_LedQ0.7提高电机限位报警灯Hoist_ECBQ1.0提高电机电磁抱闸RingQ1.1限位报警蜂鸣器Q1.4