1、桥式吊车的电气传动系统设计摘 要 吊车是起重机的俗称，随着市场经济的快速发展，桥式起重机成为一种物料搬运的典型设备，在企业生产活动中有着显著而广泛的作用。本设计中桥式起重机的起升机构采用变频调速专用电机，而且交流驱动常规采用的调速方法是绕线式电动机转子串电阻调速，为了保证重物下放时能够低速运行，一般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动、转子反馈控制制动等所谓的软制动，随着电子技术的发展，PLC 可编程控制器的应用使控制系统的性能进一步优化。 本次设计根据桥式起重机电控设计的要求和所给的参数以及工作环境，设计出了起重机的起升机构，选出了适合的调速变频电机、变频器以及制动单元和制动电阻器的型
2、号，设置变频器的参数以及采用PLC技术，实现了起重机的变频调速。关键词：桥式起重机；起升机构；变频调速；PLC可编程控制Abstract Commonly known as the crane is a crane, with the rapid development of market economy, bridge crane is one kind of typical of material handling equipment, has acsignificant and extensive application in the enterprise production acti
3、vities.The design of tin crane hoisting mechanism adopts frequency control of motor speed, motor and speed regulating methods used conventional ac drives are wound rotor motor rotor series resistance speed, in order to keep the weight down to a lower speed, generally rely on energy consumption braki
4、ng, reverse connect braking, later also used eddy current brake, rotor feedback control brake and other so-called soft brake, with the development of electronic technology, the application of PLC programmable controller, further optimize the performance of the control system.This design according to
5、 the requirement of electric control design of bridge crane and the given parameters and working environment, designed the crane hoisting mechanism, select the appropriate speed regulation of frequency conversion motor, frequency converter as well as the braking unit and braking resistor type, set t
6、he parameters of the frequency converter and PLC technology, realized the frequency control of motor speed of crane.Keyword: Bridge crane;hoisting mechanism;frequency control;PLC programmable control目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 本设计的研究及意义11.2 课题研究的国内外动态21.3 论文研究的主要内容32 桥式起重机的结构及特点52.1 桥式起重机的基本结构及特点52.2
7、桥式起重机的分类及特点62.3 桥式起重机的主要参数92.4 桥式起重机的负荷特点及要求103 桥式起重机的调速系统123.1 电动机的调速指标123.2 变频调速基本原理133.3 电动机变频调速系统的特性163.4 采用变频调速的基本考虑184 电气传动系统参数的选型与计算224.1 齿轮电动机的选型与计算224.2 变频器的选型与计算264.3 尺寸标注的制动电阻器274.4 变频器参数的设置285 桥式起重机变频调速系统设计305.1 桥式起重机变频调速系统设计305.2 桥式起重机整体主电路原理图31结 论34致 谢35参考文献361 绪论1.1 本设计的研究及意义起重机是指在一定的
8、范围内可以垂直起升和水平移动物体以及对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械，一般用于人力不能完成的任务，具有动作间歇性和作业循环性，不仅提高了劳动生产率，还在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域和部门中得到了广泛的应用。我国最早的起重机是通过向前苏联学习以及仿造其技术制造出来的，所以，我国起重机到目前为止仍残留着前苏联起重机原型的影子。自改革开放后，国内制造业日益强大的生产需求，促使起重机生产厂家不得不对起重机进行新的摸索和改进，在引进先进技术的同时，积极探索起重机的发展方向，以形成具有自我特色的优势，其中桥式起重机是最为显著的代表。桥式起重机是桥架两端通过运行装置直接
9、支撑在高架轨道上的桥架型起重机，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，从而构成矩形的工作范围，不受地面设备的阻碍，以达到充分利用桥架下面的空间吊运物料。所以，桥式起重机广泛运用于工矿企业、铁路交通、钢铁化工、港口码头以及物流周转等部门和场所。同时，桥式起重机运输机械对于降低生产成本、提高生产能力、保证产品质量、提高运输效率、加快物资周转和流通都有着十分重要的影响。随着生产规模日益扩大，特别是现代化、专业化生产的要求，各种专门用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，它不仅是生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业线上不可缺少的重要机械设备，它的发展对国
10、民经济建设起着积极的促进作用。桥式起重机可以说是目前使用最广泛、市场拥有量最大的一种轻轨运行式起重机，起重量可以从几吨达到几百吨，具体可根据实际情况定制相应的起重量的机型。传统的桥式起重控制系统主要采用继电-接触器实现控制，采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速，这种控制系统存在可靠性差，操作复杂，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点1。随着时代的进步和科技的发展，我国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，推进了桥式起重机的进步，但是在实际应用中，由于频繁的超负荷作业、过大的机械振动冲击等造成机械疲劳，起重机结构开裂等意外情况时有发生。因此，解决该问题的有效手段
11、就是采用平滑的无级调速电气控制系统。而大规模的集成电路和计算机控制技术的出现，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的主要发展方向，起重机将向现代化、智能化、安全化、方便可靠化的方向发展。随着自动化技术的不断发展，变频调速控制在起重机械中必将得到更为广泛的应用，因此对桥式起重机控制系统进行研究具有重要的现实意义。因为桥式起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。加强对桥式起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对整个起重运输行业产生深远的影响1.2 课题研究的国内外动态近年来，随着国家在民生
12、设施方面的扩大投入和现代化建设的发展，使得起重机械在土木、建筑和工业领域的应用越来越广泛。而桥式起重机自然而然的成为不可缺少的提升和装卸设备。为了满足用户的各种需求，桥式起重机就要有先进的高质量的电控装置，而保证电控系统拥有有良好的稳定性、可靠性以及节能性的前提条件，就是起重机电气调速系统的控制，其控制方法有很多，主要分为直流调速和交流调速。对直流驱动来说，20世纪60年代采用的是发电机电机(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，由可控硅晶闸管组成的晶闸管整流器-电机系统得到了广泛的应用。进入21世纪，大多数晶闸管-电机系统已
13、被全控型电力电子器件组成的脉宽调制-电机（PWM）系统所取代。从交流驱动来讲，主要有降压调速、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，常规的调速是采用绕线式电动机转子串电阻调速，为保证重物下放时能够低速运行，一般采用能耗制动、反接制动，另外也可以用涡流制动、转子反馈控制制动等一些软制动。而随着电力电子技术的快速发展，使得电气控制系统的性能更加完善，目前国内外常用的几种调速系统，如变频调速，其控制方法有矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制，转差频率控制等，这些控制方法都已得到了不同程度的应用；还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
14、究和开发。交流电气传动系统自引入可编程控制器PLC后，它的传动系统性能发生了质的变化，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，从而达到了一个新的技术高度。近年来，随着变频技术的飞速发展，它的可靠性能大大提高，生产成本降低，以及优越的起制动控制特性，在各种行业得到广泛应用。起重机的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。经过多年的发展，我国桥式起重机的应用不断扩大，随着技术进步，针对实际中桥式起重机的恶劣工作坏境及长时间超负荷作业而导致的事故，为桥式起重机改造提出了新的要求，以便在实际操作更加安全、更加高效。目前，由于高性能金属材料的采用和材料加工
15、能力的提高，起重机零部件的性能和寿命也不断提高，整机使用寿命一般规定在10年以上。由于电动机、电气拉制技术和液压技术的发展，近年来起重机电力驱动的品质和自动化水平也大为提高起，其发展趋势，将主要体现在如下几个方面：大型化：起重机的起重量将会越来越大，以满足特殊工程的需要轻量化：将广泛采用新材料和采用合理的结构形式，以减轻设备自重。提高作业性能：如提高运行速度，保证运行的准确性和平稳性。多样化：将向同一设备可使用多种工作装置的要求发展，扩大使用范围。最优化：将普遍采用先进的设计计算方法，并配用电子计算机进行优化设计，以选择 合理的结构形式。通用化：力求提高系列产品零部件的通用率。液压化：主要体现
16、在轮式起重机向全液压传动发展。安全化：起重机械的可靠性、安全性和舒适性将成为评价设备的重要指标；特别是安 全性，将作为评价先进性的头等重要指标。例如，在安全防护装置的配备、司机室的 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的一部分。1.3 论文研究的主要内容 本设计的主要内容是： 本设计中桥式起重机的起升机构采用变频调速专用电机，而且交流驱动常规采用的 调速方法是绕线式电动机转子串电阻调速，为了保证重物下放时能够低速运行，一般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动、转子反馈控制制动等所谓的软制动。 根据变频调速的基本原理和起重行业对电动机和变频器的要求，以及起重电控设计
17、的要求和所给的参数、工作环境等设计出起重机的起升机构，选出了适合的调速变频电机、变频器以及制动单元和制动电阻器的型号，设置变频器的参数以及采用PLC技术，实现了起重机的变频调速。2 桥式起重机的结构及特点2.1 桥式起重机的基本结构及特点1. 吊车拖动系统的组成 大车拖动系统：拖动桥式起重机整体沿着车间作横向移动。 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。 吊钩拖动系统：装设在小车上，拖动重物作提升或下放的升降运行， 该系统是桥式起重机中控制最为复杂、操作最为繁琐的机构，也是耗能 的主要部分。 2. 吊车电气传动系统的构成及技术方案桥式吊车的电气传动系统主要由2台大车电动
18、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。技术实施方案采用的是 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的分别各用1台变频器驱动,以实现同步运行。且提升机构、大小车运行机构都采用YTP变频调速的异步电机，同时还为每一台变频器配置了能耗制动的组件，以实现制动能量和位置势能的消耗，具体的系统结构和配置如下图所示： 主起升机构机械部分 副起升机构 小车运行机构 大车运行机构 桥式起重机 主梁金属结构 端梁 司机室电气设备 电动机 控制电制 图 2-1 桥式起重机的基本构成下面分别对个机构调速进行具体的分析说明：1) 起
19、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，其显著特征是主、副起升机构各自使用一台带PG的矢量控制方式的变频器驱动单台电机。2) 运行机构大车运行机构选用一台带PG的V/f控制方式的变频器驱动两台电机，这是因为 运行机构在工作的时候频率比较接近，所以调速时选用单台变频器，降低成本。3. 桥式起重机拖动系统特点桥式起重机的各部分（如大车、小车和吊钩）的拖动系统，在调速过程中，都有一个共同的特点，就是“恒转矩”调速，即负载转矩的大小在拖动过程中基本上与转速无关。2.2 桥式起重机的分类及特点桥式起重机主要分为两大类型：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
20、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 桥式起重机的主要分类1. 通用桥式起重机主要包含双小车桥式起重机、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。1) 双小车桥式起重机这种起重机与吊钩桥式起重机基本相同，只是桥架上装有两台起重量相同的小车，这种机型用于吊运与装卸长形物件。2) 通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属结构、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电气控制系统及司机室组成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t以下的多为
21、1个起升机构；16t以上的则多为主、副两个起升机构。这类起重机能在多种作业环境中装卸和搬运物料及设备。3) 抓斗桥式起重机抓斗桥式起重机主要用于废旧钢铁、大宗货物、木材等的装卸和吊运。它的装置为抓斗，基本上就是用钢丝绳分别连系着抓斗的起升、开闭等各个机构。这种起重机其它结构部件与通用吊钩桥式起重机并无差异，除了起升闭合机构以外。4) 电磁桥式起重机电磁桥式起重机是用来吊运具有导磁性的黑色金属及其制品的。它的构造与吊钩桥式起重机相同，唯一不同的是其吊钩上挂有1个直流起重电磁铁(又称为电磁吸盘)。通常是经过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内的可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在
22、小车架上的专用卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。5) 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的起升机构，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)。6) 三用桥式起重机三用桥式起重机是一种多用途的起重机，根据需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂一个马达抓斗装卸物料，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同。这种起重机适用于经常变换取物装置的物料场所。2. 电动葫芦型桥式起
23、重机其特点是桥式起重机的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的起升机构，小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因此，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然一般起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用标准产品电动葫芦配套，对厂房建筑压力负载较小，建筑和使用经济性都较好。因此在中小起重量范围的一般使用场合使用越来越广泛，甚至有替代某些通用桥式起重机的趋势。1) 电动梁式起重机其特点是用自行式电动葫芦替代通用桥式起重机的起重小车，用电动葫芦的运行小车在单根主梁的工字钢下翼缘上运行。跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度
24、大时可在主梁工字钢的上面再作水平加强，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行装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运行装置悬挂在房顶下面的架空轨道上(悬挂式)。2) 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，小车运行机构也多采用电动葫芦零部件作成简单的构造形式，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、有很广泛的使用适应性。箱形双梁桥式起重机是由一个有两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架，在桥架上运行起重小车。可起吊和水平搬运各类物体， 它适用于机械加工和
25、装配车间料场等场合。桥架的结构主要有箱形结构，空腹桁架式结构，偏轨空腹箱形结构及箱形单主梁结构等，5-80 吨中小起重量系列的起重机一般采用箱形结构，且为保证起重机稳定，选择箱形双梁结构作为桥架结构。为了操纵和维护的需要，在传动侧走台的下面装有司机室。司机室有敞开式和封闭式两种，一般工作环境的室内采用敞开式的司机室，在露天或高温等恶劣环境中使用封闭式的司机室。箱形双梁桥架具有加工零件少，工艺性好，通用性好等优点。桥架结构应根据其工作类型和使用环境温度等条件，按照有关规定来选 用钢材。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。
26、外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。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；桥架和大车运行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组成三维空间里作搬运和装卸货物用。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，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，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式起重机的基础上派生发展出来的。2.3 桥式起重机的主要参数起重机械的参数是用来解释说明其规格和工作性能的一些基本的数据,同时也是起重机械在设计方面的技术依据和计算选型的数据依据。 桥式起重机的基本参数主要有起
27、升能力、额定载荷、起升高度、跨度、各机构的运行速度以及工作级别等。桥式起重机的起升能力主要由总起升载荷、单钩起升载荷、起升重量与幅度、牵引力矩等因素决定，额定载荷一般介于505000KN之间，例如我国生产的标准桥式起重机系列就有13种，即50，80，125/30，160/30，200/50，320/80，500/125，800/200，1000/320，1250/320，1600/500，2000/500，2500/500。桥式起重机的其他有关参数包括如下几项： 额定起重量吊钩所能吊起的最大重量，包括使用其它辅助取物装置和吊具（如电磁铁、抓斗、平衡梁等）的额定起重量在内的质量总和。在决定额定起
28、重量时，应符合标准规定的数值。起重量的数值过小就不能满足安全生产的要求，过大则会造成基建投资的浪费。 起升高度指起重机的吊钩从最低位置移到最高位置时经过的垂直距离，标准桥式起重机的起升高度一般在1232m之间，但严格意义上来讲该参数没有标准的规定，可根据工作时的需要来设定。 跨度和幅度这两个参数都表示的是起重机的工作范围。跨度指的是桥式类型起重机大梁两轨道中心线之间的水平距离；幅度是指旋转起重机的旋转中心线与取物装置铅垂线之间的水平距离。 轨距轨距也称轮距，对桥式起重机来说指的是小车轨道中心线之间的距离。 基距基距也称轴距，是指沿纵向运动方向的起重机或小车支承中心线之间的距离。基距的测定与支承
29、轮的布置有关。 起重力矩起重力矩是起吊物品的重力G与幅度L与的乘积。 轮压轮压是指小车处于极限位置时，大车车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷。按工况不同，分为工作轮压和非工作轮压。 工作速度v(m/min)包括起升、运行、变副和旋转速度，但旋转速度用n(r/min)表示。起升速度起升机构电动机在稳定运行状态下吊钩上升的速度，一般为每分钟几米到几十米；运行速度运行机构电动机在稳定运行状态下大、小车直线运行的速度，一般为每分钟10120m；变副速度稳定运行状态下吊钩从最大幅度水平位移到最小幅度的平均线速度，一般为每分钟几米到几十米；旋转速度旋转机构电动机在额定转速下，起重机的转速，一般为每分钟零
30、点几到一点几转，但不超过4r/min。 生产率Q（t/h）是起重机装载或吊运物料的工作能力的综合指标。 起重机工作级别起重机工作级别是按照其使用等级和载荷状态划分的，该参数表明起重机在工作时间上的繁忙程度以及在吊重方面的满载程度，也表明起重机工作循环次数的工作特性。2.4 桥式起重机的负荷特点及要求1) 负荷特点 桥式起重机的驱动系统，其负载都属于恒转矩负载，且它的起升机构为位能性负载， 当起升机构起吊重物下降或者快速加减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。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 流侧的上升电压影响电机的制动效果。2) 控制要求 起升机
31、构的基本要求是起动转矩大，起动运行平稳。 起升机构中要有机械制动器以及相应的制动电阻。 要备有应急措施，防止起升机构在启动和停止的过程中出现溜钩等问题。3 桥式起重机的调速系统3.1 电动机的调速指标1) 调速范围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围，用D表示，即 （3-1）2) 调速方向指调速后的转速与原来的额定转速，也就是基本转速相比较，是高还是低。若比原来的基本转速高，称为往上调，相反的比原来基本转速低，称为往下调。3) 调速的平滑性调速的平滑性与转速级数有关，一定范围内得到的级数越多，相邻的两转速之间的差值就越小，平滑性也就越好。无级调速的平滑性就比有级
32、调速的好。因为有极调速是跳跃式的调节，比如它只能从1500r/min一下子调节到1000r/min，然后再又调节到750r/min等，这中间的转速就没办法得到了，而无级调速则不同，它在一定的调速范围内可以得到任何转速。平滑的程度也称为平滑系数，可用两相邻的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，调速平滑性最好。4) 调速的稳定性调速的稳定性通常用转速变化率来表示，主要是说明当电动机在某一新的转速下运行时，负载的变化能够引起转速变化的一个程度，具体定义为：当系统在某一转速下运行时，电机由理想空载变为额定负载时所对应的转速降-与理想空载转速之比，即 （3
33、-3）越小，稳定性越好。静差率或称为转速变化率，与机械特性的硬度有关，而定义为 （3-4）若越大，当转矩T发生变化时，转速变化程度越小，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围也是相互制约的，所以生产机械在调速时，为保证系统的稳定性，对静差率有一定的要求，否则难以满足生产机械的要求。5) 调速时的允许负载电动机在不同的转速下满载运行时，恒转矩调速允许输出的转矩相同，恒功率调速允许输出的功率相同。不同的生产机械对调速时的允许负载的要求是各有不同的。例如起重机械类，它要求电动机具有恒转矩调速的性能，这样电动机就可以在各种不同转速下都能输出相同的转矩。又例如切
34、削机床类，它要求电动机在各种不同转速下都能输出相同的功率，所以粗加工大切削时，要求工件转速低，精加工小切削量时，要求工件转速高。3.2 变频调速基本原理根据三相异步电动机的相关知识，异步电动机的转速n表示为： (3-5)其中：异步电机的转速，单位为r/min； 电机的转差率； 电机定子的电源频率，单位为Hz； 异步电机的极对数。三相感应电动机的调速方法可分为两大类：一类是通过改变同步转速从而改变转速，具体方法有变极调速(改变极对数)和变频调速(改变频率)；另一类是通过改变转差率来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上运行，具体方法有变压调速(改变电源电压)，转子回路串电阻调速
35、(改变电阻)，转差离合器，串级调速等。由上式可知，如果改变输入电机的电源频率，则可相应改变电机的输出转速。电动机调速是一个很重要的过程，它的关键因素在于，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，严重时会因为励磁电流过大而使绕组过热从而损坏电机；但是磁通太弱的话，又说明没有充分合理的利用电机的磁心，这会造成一种资源浪费。对于直流电机来说，只要对电枢反应给予适当补偿，就很容易做到保持不变，因为该励磁系统是独立的。而交流异步电机的磁通是由转子和定子共同产生的。三相异步电动机每相电动势的有效值 (3-6)其中：气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； 定子频率，单位为Hz；
36、 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)以上和基频以下两种情况：1) 基频以下调速当电源频率在基频以下调速时，电动机转速下降，且始终要保持常数，因此在调节电源频率的同时，还要调节电动机的定子电压，否则电动机无法正常工作。原因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，则气隙每极磁通必须增加，在电动机设计时，磁路本来刚进入饱和状态，的增加使磁路饱和，电动机空载电流急剧增加，使电动机负载能力变小，从而导致电机无法正常工作,
37、这是不允许的。因此,降低电源频率的同时,必须降低电源电压，并使常数。由于气隙磁通恒定不变，电动机基频以下的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的限制，定子相电压是不允许在额定相电压以上调节的，所以当上调时，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。异步电动机的变频调速控制特性，如图3-1所示，就是把基频以下和基频以上两种情况结合起来得到的结果。在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属
38、于“恒转矩调速”方式；而在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，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3.3 电动机变频调速系统的特性1. =常数时的变频调速机械特性下面来分析机械特性中的三个特殊点，并由此来决定机械特性：同步点：由，则，下调，随之下降。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，在不同的频率下，最大转矩始终保持恒定不变，且与其对应的转速降也是恒定不变的。所以其机械特性基本上是平行的。但当频率下调过低时，此时的电压也很低，所以定子电阻上的压降不能再被忽略了，否则会使电动势和磁通下降的更为严
39、重，电动机的转矩也将变小。起动转矩点：电动机起动转矩。所以起动转矩随频率下降而增加。由此可以画出=常数时如图3-2所示的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2. 的变频调速机械特同步点：由，则，当调高时，随之上升。最大转矩点：由，当调高时，减小。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3.4 采用变频调速的基本考虑1. 主拖动系统1) 电动机选型a. 大车与小车变频调速专用电机；b. 吊钩用电动机，由于要求较高，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。2) 制动方法一般采用直流制动、再生制动和电磁
40、机械制动三种制动相结合的方法。a. 首先，利用变频调速系统的直流制动和再生制动，使运动中的大车、小车或吊钩能够停住，也就是使它们的转速快速降为0；b. 对吊钩来说，经常要保持重物能在半空中停留一段时间(比如重物在空中平移的时候)，而变频调速系统因很容易受外界因素的干扰(如在平移过程中很容易出现的瞬间断电等)，虽然也能使重物停住，但是可靠性较差。因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。2. 对电动机运行状态的分析1) 空钩(包括极轻负载)运行空钩运行时负载转矩由摩擦阻力构成,因为吊钩采用蜗轮蜗杆减速的机械设计,本身具备自锁功能。a. 上升运行重物上升时，电动机正向电动运行，电磁转矩T0，转
41、速n0，即旋转方向与转矩方向一致，此时电机处于电动状态，其工作点在第I象限，如图3-4中所示的A点(高速)与B点(低速)。b. 下降运行重物下降时，电动机反向电动运行，电磁转矩T0，转速n0，即旋转方向与转矩方向还是一致，此时电机仍处于电动状态，其工作点在第象限，如图3-4中所示的C点(高速)与D点(低速)。 图3-4 不同状态下电动机的工作点2) 重载运行（负载加重时，工作点将右移）a. 上升运行：工作点右移至点和点；b. 下降运行：工作点右移至第象限，如图3-4中所示的C点（高速）和D点（低速）。受重力加速度的影响，此时电动机的旋转速度将超过同步转速而进入再生制动状态。虽然电动机的旋转方向
42、已变成反转的，但是转矩的方向仍保持不变，是正向的，主要是用来防止重物不断下降，所以说同重量的物体在下降时的负载转矩要小于上升时的负载转矩。3. 变频调速系统的控制要求桥式起重机拖动系统的控制动作包括：大车的左、右行；小车的前、后行；吊钩的升、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。具体控制方法如下：1) 重物停住的控制过程ON正转OFFON制动抱闸要求OFFONOFF制动抱闸开始ONOFF制动抱闸完成 图3-5 重物停住的控制过程a. 设定一个“停止起始频率”，当变频器的工作频率下降到 时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出制动电磁铁断电指令；b. 设定一个的维持时
43、间，的长短应略大于制动电磁铁从开始释放到完全抱闸所需要的时间；c. 变频器将工作频率下降至0。2) 重物升降的控制过程正转 tRC tRDONOFF 输出电流OFF制动释放要求OFFON制动释放开始ONOFF制动释放完成ON 图3-6 重物升降的控制过程a. 设定一个“升降起始频率”，当变频器的工作频率上升到时，将暂停上升。为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已能控制重物的升降到不会溜钩，所以，在工作频率达的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需时间；b. 当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电；c. 设定一个的维持时间 ， 的长短应略大于制动电磁铁从通电到完全松开所需要的时间。d. 变频器将工作频率上升至所需频率。4. 桥式起重机采用变频调速系统的优点1) 工作可靠性显著提高 2) 节能效果十分可观3) 调速质量明显提高4) 可简化传动链4 电气传动系统参数的选型与计算本设计中需要的一些参数如下表4-1所示：表4-1 本设计的基本参数 基本参数 参考数值负载质量包括负载悬挂装置
