畢業(yè)設計---橋式起重機變頻調速控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經(jīng)濟中有著十分重要的地位，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設計、制造工藝、設備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術進步。但在實際使用中，傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)所采用交流繞線轉子串電阻的方法進行啟動和調速，繼電—接觸器控制，在工作環(huán)境差，工作任務

2、重時，電動機以及所串連電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生；繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復雜，故障率高；轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想。所串連電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。</p><p>　　近年來，隨著計算機技術和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時也帶動電氣傳動和自動控制領域的發(fā)展。其中，具有代表性的交流變頻調速裝置和可編程控制器獲得

3、了廣泛的應用，為PLC控制的變頻調速技術在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條件。變頻技術的運用使得起重機的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)存在諸多的問題，變頻調速以其可靠性好，高品質的調速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運輸機械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　本次設計采用PLC和變頻器技術，以PLC控制變頻器，即以程序控制取代繼電—接觸器控制，控制變頻器實現(xiàn)變頻調速，設計出PLC控制的橋

4、式起重機的變頻調速系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了起重機的半自動化控制。此系統(tǒng)特別適用于橋式起重機在惡劣條件下的工作情況，對改善橋式起重機的調速性能，提高工作效率和功率因數(shù)，減小起制動沖擊以及增加起重機使用的安全可靠性是非常有益的。</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 橋式起重機電氣傳動技術的國內外發(fā)展概況</p><p&g

5、t;　　電氣調速控制的方法很多，對直流驅動來講60年代采用發(fā)電機—電機系統(tǒng)。從控制電阻分級控制，到交磁放大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計算機、微處理器應用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。</p><p>　　從交流驅動來講：常規(guī)的常采用繞線式電動機轉子串電阻調速，為滿足重物下放時的低速，一般依靠能耗制動、反接制動，后

6、來還采用渦流制動，還有靠轉子反饋控制制動、反接制動、單相制動器抱閘松勁的所謂軟制動，隨著電子技術的發(fā)展，國內外開發(fā)研制變頻調速，PLC 可編程序控制器的應用控制系統(tǒng)的性能更加完美。目前國內外幾種常用調速系統(tǒng)配置及其性能：</p><p>　　l) DC-300直流驅動調速系統(tǒng)：GE公司DC-300，DC-2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅動調速系統(tǒng)，其控制功率從300HP到4000HP，并采用PLC對整機驅動系

7、統(tǒng)實施故障診斷、檢測、報警及控制。</p><p>　　該驅動系統(tǒng)實施主回路SCR整流，其控制是給定模擬量通過數(shù)模轉換成數(shù)字量，通過速度環(huán)、電流環(huán)到SCR移現(xiàn)觸發(fā)的邏輯無環(huán)流的調速系統(tǒng)?？捎脺y速反饋或電壓反饋，對磁場弱磁，以實施恒功率控制。</p><p>　　2) 交流調速控制系統(tǒng)：對于起重機械來講，交流驅動仍是國內普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機轉子串電阻來調速。隨著功率電子技術

8、的發(fā)展，早在六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調壓調速技術的開發(fā)研究。目前，該技術已進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應用階段。日本安川電機制作所于1972年就正式定為VS系列，應用于起重機及軋機輔助設備的交流調速。法國、英國、德國等大電氣公司亦在這方面展開了重點研制開發(fā)。借助電力電子技術、微電子技術的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標準化、系列化，進而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控制?？删幊绦蚩刂破鱌L

9、C引入到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質的變化。在橋式起重機實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達到了新的技術高度。</p><p>　　3) 變頻調速：變頻調速技術是國際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開發(fā)，也是國際國內這幾年全力研制應用的目標與方向。這幾年一些公司如德國SIEMENS，美國GE，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術，大功率的IGBT模塊的出現(xiàn)使變頻技術在起升機

10、械、電梯等位能負載控制成為現(xiàn)實。目前，變頻調速的控制方法有恒壓頻比控制，轉差頻率控制，矢量控制，直接轉矩控制等。這些控制方法都得到了不同程度的應用，但其控制性能有一定的差異。</p><p>　　直流電動機之所以與有良好的控制性能，其根本原因是當勵磁電流恒定時，控制電樞電流的大小就能無時間滯后的控制瞬時轉矩的大小。異步電動機產(chǎn)生瞬時轉矩的原理雖然與直流電動機相同，但由于建立氣隙磁場的勵磁分量和電磁轉矩所對應裝置電

11、流有功分量都應包含在定子電流中，無法直接將它們分開，在運行過程中，這兩個分量有會互相影響。因此要控制異步電動機的瞬時轉矩十分困難。像采用恒壓頻比控制、轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)由于是從控制電動機的平均轉矩的角度出發(fā)來控制電動機的轉速，因而難以獲得較理想的動態(tài)性能，異步電動機在高精度調速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應用受到限制。而矢量控制是從根本上解決了這個問題，使交流調速系統(tǒng)的應用范圍迅速擴大。</p><p>　　適用于

12、通用的鼠籠式電動機，無速度傳感器的矢量控制變頻調速技術的應用，該技術使變頻控制裝置不再配套專用電機，而且可通過軟件對一般的鼠籠式電機—矢量控制裝置實施參數(shù)調整，進一步降低電氣電機的投資而且維護保養(yǎng)方便。</p><p>　　變頻器使用PWM技術可嚴格地使輸入電流正弦，即在下降過程各機械減速制動中，將動能和位能轉化為電能反饋電網(wǎng)，達到理想的節(jié)能指標，同時確保工況正常運行，上述發(fā)展己完成了產(chǎn)品系列化上市，對 “變頻”

13、裝置在技術上以及經(jīng)濟上與其他驅動裝置競爭將有明顯的優(yōu)勢。同時隨著PLC系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負載上的成功應用，變頻調速系統(tǒng)必將成為未來調速市場的主流。</p><p>　　1.2 傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)的特點和存在的問題</p><p>　　橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經(jīng)濟中有著十分重要的地位，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設計、制造工藝、

14、設備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術進步。但在實際使用中，結構開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負荷作業(yè)及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞。因此，除了機械上改進設計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。由于傳統(tǒng)橋式起重機的電控系統(tǒng)采用轉子回路串接電阻進行有級調速，致使機械沖擊頻繁，振動劇烈，因此電氣控制上應采用平滑的無級調速是解決問題的有效手段。</p><p

15、>　　傳統(tǒng)的起重機驅動方案一般采用：（1）直接起動電動機；（2）改變電動機極對數(shù)調速；（3）轉子串電阻調速；（4）渦流制動器調速；（5）可控硅串級調速；（6）直流調速。前四種方案均屬有級調速，調速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調速：起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進行機械制動，對起重機的機構沖擊大，制動閘瓦磨損嚴重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于0.2~0.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大?？煽毓璐壵{速雖

16、克服了上述缺點，實現(xiàn)了額定速度以下的無級調速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動沖擊，價格較低，但目前串級調速產(chǎn)品的控制技術仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調速性能和起制動性能，很好的保護功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機，而直流電動機制造工藝復雜，使用維護要求高，故障率高。</p><p>　　由于傳統(tǒng)橋式起重機的電控系統(tǒng)通常采用轉子回路串接電阻進行有級調速，盡管起動性能與調速性能較交流鼠籠型電動

17、機有很大改善，但由于采用有級調速，依然存在以下問題：</p><p>　　1）．控制檔位較多時，控制電路復雜，系統(tǒng)的故障率較高；</p><p>　　2）．在換檔時依然存在電流與轉矩沖擊，重載情況下尤為突出；</p><p>　　3）．低速定位時由于采用“倒拉反接制動”運行方式，轉子中串入了較大電阻導致機械特性變得很軟，低速定位困難；</p><

18、p>　　4）．能量損耗大，特別是重載低速時的損耗尤其嚴重。</p><p>　　1.3起重機調速技術的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　電動機的調速經(jīng)過了很長時間的演變過程，一直以來人們在電動機的調速和轉矩控制上做過了大量的研究，嘗試過使用各種不同形式的調速方法，隨著大功率和高開關頻率的半導體器件的開發(fā)研制成功，以及計算機技術的普及應用，交流電動機的調速方式在近20年內取得了飛速發(fā)展，調

19、速技術已經(jīng)日趨成熟。</p><p>　　根據(jù)異步電機的知識，電動機的轉速可以用公式表示為：</p><p>　　其中：—異步電動機的轉速，單位為r/min；</p><p>　　—定子的電源頻率，單位為Hz；</p><p>　　—電機的轉速滑差率；</p><p><b>　　—電機的極對數(shù)。</b

20、></p><p>　　由上面的公式，我們不難看出，要改變電機的速度，我們可以通過如下的方法：（1）改變極對數(shù)的調速；（2）改變轉差率調速；（3）變頻調速。</p><p>　　旋轉磁場的速度與定子的極對數(shù)有關，定子繞組進行切換就可以改變極對數(shù)，從而改變轉速。但是從低極對數(shù)（高速）變換到高極對數(shù)，電機的實際速度會大幅度下降，如果切換速度很快，電機將會經(jīng)歷一個發(fā)電階段，從而在電機及機械

21、裝置上產(chǎn)生較大的反向轉矩。改變磁極對數(shù)方式屬于有極調速，調速范圍小。目前，在起重機上已經(jīng)很少應用這種方式。</p><p>　　改變轉差率調速是目前起重機上應用較多的調速方式，轉子串電阻、定子調壓調速等均為這種調速方式，尤其是轉子串電阻調速方式更為普遍。該方式依賴繞線電機轉子部分串不同阻值的金屬電阻來消耗部分能量以達到調速效果，但在低速區(qū)具有穩(wěn)定性差、出力不足的缺點，在重載下降時要有第三方制動即拖拽才能保證重載不

22、溜鉤，這種制動方式常有能耗制動、渦流制動、單相制動等。由于采用了第三方的拖拽對電機的沖擊較大，在能耗和單相制動要對電機注入直流電流和不平衡電流，在頻繁使用過程中會使電機的溫度過高，影響電機的絕緣壽命，加速了電機的老化過程。在機械平穩(wěn)方面也由于制動的沖擊力使振動加劇，加速了機械疲勞過程。</p><p>　　隨著電氣設備自動化控制要求及可靠性的不斷提高，變頻器在各行各業(yè)中的應用越來越廣泛。國內起重機采用變頻器進行調

23、速控制大概是從20世紀90年代初期，由于其較于傳統(tǒng)起重機控制方式具有顯而易見的優(yōu)勢，因此很快被起重機廣大用戶所接受。早期在起重機上應用的變頻器多用于行走機構（即大、小車運行機構），隨著變頻技術的不斷發(fā)展，以及各變頻器生產(chǎn)廠家對高性能變頻器從軟、硬件的不斷開發(fā)，在起升機構的應用也逐漸增多。</p><p>　　眾所周知，直流調速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能，并且易于實現(xiàn)、便于控制，在很長一段歷史時期內，一直處于調

24、速領域的絕對優(yōu)勢地。然而，直流電機結構復雜，制造費時，對運行環(huán)境要求較高，電刷易于磨損，維護麻煩，這些問題極大限制了直流調速系統(tǒng)的應用，而交流電機在這方面存在顯著的優(yōu)勢。交流電動機因其結構簡單、堅固耐用、運行可靠、成本低、易維護、可適合于大容量調速和惡劣環(huán)境工作等優(yōu)點，在工業(yè)領域得到廣泛的應用。隨著變頻器的發(fā)展，逐漸取代直流調速而成為調速領域的領跑者。</p><p>　　隨著自動化技術的不斷發(fā)展，電子元件制造工

25、藝的不斷進步，變頻調速控制在起重機械中必將會得到更為廣泛的應用。</p><p>　　1.4 本課題的研究意義和主要內容</p><p>　　本課題中以橋式起重機作為研究實體，由上可知，傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉子串電阻的方法進行啟動和調速，繼電—接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有： </p><p>　　1) 橋式起重機工作環(huán)境差，工作任務重，電

26、動機以及所串連電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生；</p><p>　　2) 繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復雜，故障率高；</p><p>　　3) 轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想，所串連電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。</p><p>　　要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。近年來，隨著計算機技術和電力電子器件的迅猛發(fā)

27、展，同時也帶動電氣傳動和自動控制領域的發(fā)展。其中，具有代表性的交流變頻調速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應用，為PLC控制的變頻調速技術在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條件。變頻技術的運用使得起重機的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)存在諸多的問題，變頻調速以其可靠性好，高品質的調速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運輸機械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　由于起重機行業(yè)的特殊性，變頻調速系

28、統(tǒng)的應用相對滯后。采用變頻調速取代傳統(tǒng)的橋式起重機控制系統(tǒng)是近才開始應用的新技術。無論是在起重機老產(chǎn)品還是新產(chǎn)品設計，變頻調速都是優(yōu)選方案。變頻調速裝置的先進性能特別適用于起重機的惡劣工況，對改善起重機的調速性能，提高工作效率和功率因數(shù)，減小起制動沖擊以及增加起重機使用的安全可靠性是非常有益的。相比較發(fā)達國家而言，我國的相關技術水平差距較大。主要技術難度體現(xiàn)在：對起重機對電控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性要求愈來愈高，起重機的起重量及運行速度

29、等技術參數(shù)越來越大，起重機的自動化程度越來越高，起重機對管理和通訊的性能要求越來越嚴格。為此，有必要對橋式起重機電控系統(tǒng)的應用研究。由變頻器構成的交流調速系統(tǒng)可取代直流調速系統(tǒng)，是隨著計算機技術特別是大規(guī)模集成電路制造技術的不斷發(fā)展的必然結果，符合起重機的發(fā)展趨勢，適合發(fā)展大起重重量的起重機；提高工作速度、擴大調速范圍；提高金屬結構、機構和電氣設備的可靠性和使用壽命；改善司機操作的條件，保證作業(yè)安全，提高自動化控制程度和擴大遠距離控制系

30、統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應用到作業(yè)頻繁的倉庫堆垛起重機和環(huán)境惡劣的冶金起重機上。也符合</p><p>　　2 三相異步電動機的變頻調速</p><p>　　調速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為地改變電動機的轉速。這是生產(chǎn)機械經(jīng)常向電動機提出的要求。調速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機械的工作效率和產(chǎn)品的質量。</p><p>　　2.1 電動機的調速指標</

31、p><p><b>　　1) 調速范圍</b></p><p>　　電動機在額定負載(電流為額定值)情況下所能得到的最高轉速與最低轉速之比稱為調速范圍，用D表示，即</p><p><b>　　2) 調速方向</b></p><p>　　調速方向指調速后的轉速比原來的額定轉速(基本轉速)高還是低。若比基

32、本轉速高，稱為往上調，比基本轉速低，稱為往下調。</p><p><b>　　3) 調速的平滑性</b></p><p>　　調速的平滑性由一定范圍內能得到的轉速級數(shù)來說明。級數(shù)越多，相鄰兩轉速的差值越小，平滑性越好。如果轉速只能跳躍式的調節(jié)，例如只能從3000r/min一下調節(jié)到1500r/min，在又調節(jié)到1000 r/min等，兩者之間的轉速無法得到，這種調速稱

33、為有級調速。如果在一定的調速范圍內的任何轉速都可以得到則稱為無級調速。無級調速的平滑性當然就比有級調速好。</p><p>　　平滑的程度可用相鄰兩轉速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)，即</p><p>　　越接近于1，平滑性越好。無級調速時=1，平滑性最好。</p><p><b>　　4) 調速的穩(wěn)定性</b></p><p&

34、gt;　　調速的穩(wěn)定性是用來說明電動機在新的轉速下運行時，負載變化而引起轉速變化的程度，通常用靜差率來表示。其定義為：當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降-與理想空載轉速之比，即</p><p>　　s越小，穩(wěn)定性越好。</p><p>　　靜差率與機械特性的硬度有關。機械特性的硬度的定義為</p><p>　　越大，轉矩變化時，變化

35、的程度就越小，機械特性就越硬，靜差率就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉速的大小有關。例如兩條平行的機械特性硬度相同，在靜差率公式中的-相同，由于不同，他們的s就不同，大的，s小，小的，s就大。</p><p>　　生產(chǎn)機械在調速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。靜差率還會對調速范圍起到制約的作用，因為如果調速時所得到的最低轉速下的s太大，則該轉速性太差，便難以滿足生產(chǎn)機械的要求。</p

36、><p><b>　　5) 調速的經(jīng)濟性</b></p><p>　　這要由調速時的初期投資，調速后的電能消耗以及各種運行費用的多少來說明。</p><p>　　6) 調速時的允許負載</p><p>　　電動機在各種不同轉速下滿載運行時，如果允許輸出的功率相同，則這種調速方法稱為恒功率調速；如果允許輸出的轉矩相同，則這種調

37、速的方法稱為恒轉矩調速。</p><p>　　不同的生產(chǎn)機械對此的要求往往不同。例如切削機床，要求精加工小切削量時，工件轉速高，粗加工大切削時，工件轉速低。因此，它希望電動機能具有恒功率調速的性能。另一類生產(chǎn)機械，例如起重機、卷揚機等則要求電動機在各種轉速下都能輸出同樣的轉矩，因此，它希望電動機具有恒轉矩調速的性能[1]。</p><p>　　2.2 變頻調速的基本原理</p>

38、<p>　　根據(jù)異步電機的知識，異步電機的轉速公式為：</p><p>　　其中：—異步電動機的轉速，單位為r/min；</p><p>　　—定子的電源頻率，單位為Hz；</p><p>　　—電機的轉速滑差率；</p><p><b>　　—電機的極對數(shù)。</b></p><p>

39、;　　三相異步電動機的調速方法可分為兩大類：一類是通過改變同步轉速來改變轉速，具體方法有變極調速(改變)和變頻調速(改變)；另一類是通過改變轉差率來實現(xiàn)調速，這就需要讓電動機從固有特性上運行改為人為特性上運行，具體方法有變壓調速(改變)，轉子電路串電阻調速(改變)，等等。由上式可知，如果改變輸入電機的電源頻率，則可相應改變電機的輸出轉速。</p><p>　　在電動機調速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量為額

40、定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合適，保持 不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉子合成產(chǎn)生的。</p><p>　　三相異步電動機每相電動勢的有效值是：</p><p><b>　　式中：<

41、/b></p><p>　　—氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值，單位為V；</p><p>　　— 定子頻率，單位為Hz；</p><p>　　—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　—定子基波繞組系數(shù)；</p><p>　　—每極氣隙磁通量，單位為Wb；</p><p>　　由

42、公式可知，只要控制好和，便可以控制磁通中不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況；</p><p><b>　　1) 基頻以下調速</b></p><p>　　當電源頻率在基頻以下調速時，電動機轉速下降，但在調節(jié)電源頻率的同時，必須同時調節(jié)電動機的定子電壓，且始終保持常數(shù)，否則電動機無法正常工作。這是因為三相異步電動機定子繞組相電壓，當下降時，若不變，則必

43、使電動機每極磁通增加，在電動機設計時，處于磁路磁化曲線的膝部，的增加將進入磁化曲線飽和段，使磁路飽和，電動機空載電流劇增，使電動機負載能力變小，而無法正常工作。為此，電動機在基頻以下調速時，應使恒定不變。所以，在頻率下調的同時應使電動機定子相電壓隨之下調，并使常數(shù)?？梢姡妱訖C額基頻以下的調速為恒磁通調速，由于不變，調速過程中電磁轉矩不變，屬于恒轉矩調速。</p><p><b>　　2) 基頻以上調速

44、</b></p><p>　　當電源頻率在基頻以上調節(jié)時，電動機的定子相電壓是不允許在額定相電壓以上調節(jié)的，否則會危及電動機的絕緣。所以，電源頻率上調時，只能維持電動機定子相電壓不變。于是，隨著升高將下降，但上升，故屬于恒功率調速。</p><p>　　把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調速控制特性，如圖2-1所示。如果電動機在不同的轉速下都具有額定電流

45、，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉矩調速”的調速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調速”[2]。</p><p>　　圖2-1 異步電動機變頻調速控制特性</p><p>　　Fig. 2-1 Variable frequency speed-governing control characteristics of asynchron

46、ous motor</p><p>　　2.3 三相異步電動機變頻調速的機械特性</p><p>　　2.3.1 =常數(shù)時的變頻調速機械特性 </p><p>　　下面來分析機械特性中的三個特殊點，并由此來決定機械特性。</p><p>　　同步點：由，則，下調，隨之下降。</p><p>　　最大轉矩點：由c=常數(shù)

47、，=常數(shù)，而臨界轉差率，臨界轉速降常數(shù)。因此，在不同頻率下，最大轉矩保持不變，且對應于最大轉矩的轉速降也不變。所以其機械特性基本上是平行的。但當下調過低時，因也很低，此時定子電阻上的壓降已不能再忽略，而使、下降更嚴重，電動機的將變小。</p><p><b>　　起動轉矩點：</b></p><p>　　電動機起動轉矩。所以起動轉矩隨頻率下降而增加。</p>

48、;<p>　　由此可畫出=常數(shù)時，三相異步電動機變頻調速特性如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 三相異步電動機=常數(shù)變頻調速機械特性</p><p>　　Fig. 2-2 Mechanical characteristics of three-phase asynchronous motor=constant variable Frequency speed-go

49、verning</p><p>　　2.3.2 的變頻調速機械特性</p><p>　　同步點：由，則，當調高時，隨之上升。</p><p>　　最大轉矩點：由，當調高時，減小。</p><p>　　起動轉矩點： ，當調高時，起動轉矩大大減小。</p><p>　　此時電動機機械特性如圖2-3所示：</p>

50、<p>　　圖2-3 時三相異步電動機變頻調速機械特性</p><p>　　Fig.2-3 Mechanical characteristics of three-phase asynchronous motor variable frequency speed-governing</p><p><b>　　2.4 變頻器</b></p>

51、<p>　　三相異步電動機變頻調速所用的變頻電源有兩種，一種是變頻機組，另一種是靜止的變頻裝置變頻器。前者由直流電動機和交流發(fā)電動機組成，調節(jié)直流電動機轉速就能改變交流發(fā)電動機的頻率，由于變頻機組設備龐大，可靠性差。隨著現(xiàn)代電力電子技術的飛速發(fā)展，靜止式變頻器已完全取代了早期的旋轉變頻機組。</p><p>　　2.4.1 變頻器的分類</p><p>　　按變頻的原理有交—交

52、變頻器和交—直—交變頻器。前者是將頻率固定的交流電源變換成頻率連續(xù)可調的交流電源，其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，變換頻率高，但其連續(xù)可調的頻率范圍較窄，一般在 ，故主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。后者是將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經(jīng)過逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)可調的三相電流。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調節(jié)范圍、變頻后電動機特性的改善等方面都具有明顯的優(yōu)勢，目前使用最多的變頻器均為交—直—交變頻器。<

53、/p><p>　　根據(jù)直流環(huán)節(jié)的儲能方式不同，交—直—交變頻器又分為電壓型和電流型兩種。</p><p>　　電壓型變頻器是指變頻器整流后是由電容來濾波，現(xiàn)在使用的交—直—交變頻器大部分為電壓型變頻器。</p><p>　　電流型變頻器是指變頻器整流后是由電感元件來濾波，目前少見。</p><p>　　根據(jù)調壓方式不同，交—直—交變頻器又分成脈幅

54、調制型和脈寬調制型兩種。</p><p>　　脈幅調制是指變頻器輸出電壓大小是通過改變直流電壓大小來實現(xiàn)的，常用PAM表示。這種調壓方式很少使用。</p><p>　　脈寬調制是指變頻器輸出電壓大小是通過改變輸出脈沖的占空比來實現(xiàn)的，常用PWM表示。目前使用最多的占空比按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調制，即SPWM方式。</p><p>　　2.4.2變頻器的主電路<

55、;/p><p>　　變頻器的主電路包括整流電路、濾波及限流電路、直流中間電路、逆變電路和能耗制動電路等部分組成，其中整流電路和逆變電路是很重要的兩部分，下面簡單介紹一下整流電路和逆變電路。</p><p><b>　　1)．整流電路</b></p><p>　　一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，

56、并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質量較高的直流電源。此外，由于電動機制動的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其它輔助電路。</p><p><b>　　2)．逆變電路</b></p><p>　　逆變電路是變頻

57、器主要的部分之一。它是利用六個半導體開關器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。由于逆變器的負載為異步電動機，屬感性負載，無論電動機處于拖動狀態(tài)還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為1。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠這之間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電

58、源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調速控制。</p><p>　　2.4.3變頻器的控制電路</p><p>　　變頻器控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。控制電路的主要作用是完成對逆變器開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。</p&g

59、t;<p>　　2.4.4 交—直—交變頻器 </p><p>　　這種變頻器主要由整流調壓、濾波及逆變三部分組成，如圖2-4所示。在此，僅對逆變器的工作原理作一介紹。</p><p>　　圖2-4 交—直—交變頻器</p><p>　　Fig.2-4 AC-DC-AC transducer</p><p>　　1) 單相逆變

60、電路 </p><p>　　圖2-5為單相逆變電路原理圖。當開關S1、S4 同時閉合時，電壓為正；開關S2、S3同時閉合時，電壓為負。由于開關S1~S4的輪流通斷，從而將直流電壓逆變成了交流電壓。</p><p>　　可以看到在交流電變化的一個周期中，一個臂上的兩個開關S1、S2交替導通，每個開關導通派的電角度。因此，交流電的頻率可以通過改變開關通斷的速度來調節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓

61、幅值。</p><p>　　a) 主電路 b) 開關通斷規(guī)律 c) 波形圖</p><p>　　圖2-5 單相逆變電路原理圖</p><p>　　a) main circuit b) switch make and break law c) oscillogram</p><p>　　Fig.2-5 Single-phase inve

62、rt schematic circuit</p><p>　　2) 三相逆變電路 </p><p>　　圖2-6為三相逆變電路原理圖。圖中開關S1~S6組成逆變電路。這6個開關交替的接通、關斷，就可以在輸出端獲得一個相位互差的三相交流電壓。</p><p>　　當S1、S4閉合時，為正；當S2、S3閉合時，為負；當S3、S6閉合時，為正；當S5、S4閉合時，、、

63、在相位上依次相差，各開關的接通、斷開應符合一定的規(guī)律。</p><p>　　由上可看出：各橋臂上的開關始終處于交替閉合、斷開的狀態(tài)；各相的開關順序以各相的首端為準，互差電角度，如S3比S1滯后，S5比S3滯后。</p><p>　　由以上分析可知，通過6個開關的交替工作可以得到三相交流電，只要調節(jié)開關的通斷速度就可以調節(jié)電頻率。</p><p>　　a) 主電路

64、b) 開關通斷規(guī)律 c) 波形圖</p><p>　　圖2-6 三相逆變電路原理圖</p><p>　　a) main circuit b) switch make and break law c) oscillogram</p><p>　　Fig.2-6 Priciple diagram of three-phase inverting circuit&l

65、t;/p><p>　　3) 電壓型交—直—交變頻器的濾波器采用大容量的電容器。對逆變器來說，其直流電源的阻抗(包括濾波器)遠小于逆變器的阻抗，故可將逆變器前面部分看作恒壓源，其直流輸出電壓穩(wěn)定不變。因此，經(jīng)過逆變器切換后輸出的交流電壓波形接近于矩形波。</p><p>　　圖2-7為簡單三相電壓逆變器的主電路(不包括換流)圖。假設每一個晶閘管的導通角為，且晶閘管按VT1、VT2、…、VT6的順

66、序觸發(fā)導通，各觸發(fā)信號彼此相位差為，換流瞬時完成，則在任何瞬間，每個臂上只有一個VT導通，而三個臂上各有一個VF導通。該電路波形如圖2-8所示?？梢娝且粋€方段矩形組成的三相交流波形。</p><p>　　圖2-7 三相橋式逆變電路主電路</p><p>　　Fig.2-7 Three- phase bridge type main circuit</p><p>

67、　　圖2-8 三相逆變器輸出電壓波形圖</p><p>　　Fig.2-8 Three-phase inverter output voltage oscillogram</p><p>　　圖2-7中與晶閘管VT反并聯(lián)的二極管VD的作用是：在該晶閘管由截至轉為導通時，給負載電流提供一條通路，通過二極管將無功能量反饋給濾波電容。該電路結構簡單，應用比較廣泛，其缺點是：電源側功率因數(shù)低，因存

68、在較大的濾波環(huán)節(jié)，故動態(tài)響應較慢。</p><p>　　2.4.5脈寬調制型(PWM)變頻器</p><p>　　1) 在一般的交直交變頻器供電的變壓、變頻調速中，為獲得變頻調速所要求的變頻與變壓的協(xié)調控制，整流器必須是可控整流，這樣在變頻調速時要同時控制整流器和逆變器，這就帶來一系列的問題。首先是主電路中有兩個可控功率環(huán)節(jié)，這樣使系統(tǒng)比較復雜；第二由于中間環(huán)節(jié)存在動態(tài)元件，使系統(tǒng)的動態(tài)響

69、應緩慢；第三由于整流器是可控的，使控電電源的功率因數(shù)隨變頻裝置輸出頻率的降低而變差，并產(chǎn)生高次諧波電源；第四逆變器輸出為六拍階梯波交變電壓，在拖動電動機中形成較多的各次諧波，從而產(chǎn)生較大的脈動轉矩，影響電動機的穩(wěn)定工作，低速時尤為嚴重。</p><p>　　為解決上述問題，采用脈沖寬度調制(PWM)控制方式。圖2-9為PWM逆變器示意圖，在該逆變器電路中，同時進行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調速對電壓與頻率

70、協(xié)調控制的要求。這樣，首先使主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結構；第二使用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無關而接近1；第三逆變器在調節(jié)的同時實現(xiàn)調壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無關，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應；第四可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負載電動機可在近似正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，大大擴展了拖動系統(tǒng)的調速范圍，提高了系統(tǒng)性能。</p><p>

71、;　　圖2-9 PWM逆變器組成</p><p>　　Fig.2-9 PWM inverter structure diagram</p><p>　　2) 脈寬調制器的基本工作原理 </p><p>　　脈寬調制是將輸出電壓分解成很多的脈沖，調頻時控制脈沖的寬度和脈沖間的間隔時間就可控制輸出電壓的幅值，如圖2-10所示。從圖中可以看到，脈沖的寬度越大，脈沖的間

72、隔越小，輸出電壓的平均值就越大。為了說明、和電壓平均值之間的關系，我們引入了占空比的概念。所謂占空比是指脈沖寬度與一個脈沖周期比值，用表示，即。</p><p>　　因此，可以說輸出電壓的平均值與占空比成正比，調節(jié)電壓輸出就可以演化為調節(jié)脈沖的寬度，所以稱為脈寬調制。圖2-10a為調制前的波形，電壓周期為，圖2-10b為調制后的波形，電壓周期為。與a圖相比，b圖的電壓周期增大(也就是說頻率降低)，電壓脈沖的幅值不

73、變，仍為，而占空比則減小，故平均電壓降低。</p><p>　　a) 調制前的波形 b) 調制后的波形</p><p>　　圖2-10 脈寬調制的輸出電壓</p><p>　　a) modulate late waveform b) modulate rear waveform</p><p>　　Fig.2-10 The out

74、put voltage of the PWM</p><p>　　由于變頻器的輸出是正弦交流電，即輸出電壓的幅值是按正弦波規(guī)律變化，因此在一個周期內的占空比也必須是變化的，也就是說在正弦波的幅值部分，取大一些，在正弦波到達零處，取小一些，如圖2-11所示?？梢钥吹竭@種脈寬調制，其占空比是按正弦規(guī)律變化的，故這種調制方法叫正弦波脈寬調制，即SPWM。</p><p>　　圖2-11 正弦波脈

75、寬調制的輸出電壓</p><p>　　Fig. 2-11 The output voltage of the SPWM</p><p>　　SPWM的脈沖系統(tǒng)中，各脈沖的寬度t1和脈沖的間隔t2都是變化的。為了說明其調制原理，見圖2-12 PWM逆變器簡單原理圖，圖中V1~V6為絕緣柵雙極晶體管，由他們的交替切換來獲得交流信號的輸出。當V1導通時，在A相負載上得到的電壓與V2導通時在A相負

76、載上得到的電壓方向相反。因此，V1、V2的輪流導通就可得到A相交流電壓的正、負半周。同時，其他管子的導通亦可得到三相交流電的B相和C相。在變頻器中，V1、V2的導通、截止是由調制波和載波的交點來決定的。在這里，把希望得到的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到期望的PWM波形。</p><p>　　圖2-12 PWM逆變器簡單原理圖</p><p>　　Fig.2

77、-12 Priciple diagram of PWM inverter</p><p>　　3) 單極性SPWM</p><p>　　在單極性的調制方式中，調制波為正弦波載波為單極性的等三角形，即調制波為正半周時，載波為正極性的三角波，調制波為負半周時，載波為負極性的三角波，如圖2-1所示(僅畫出了正半周)。V1、V2的導通、關斷條件可用表2-3表示(以A相為例)。</p>

78、<p>　　表2-1 單極性SPWM調制規(guī)律</p><p>　　Tab.2-1 Unipolarity SPWM modulate law</p><p>　　a 當 <時，逆變管 V1、V2導通，決定了SPWM系列脈沖的寬度；當<時，逆變管V1、V2截止，決定了SPWM系列脈沖的間隔寬度。</p><p>　　圖2-13 單極性SPW

79、M調制</p><p>　　Fig.2-13 Unipolarity SPWM modulation</p><p>　　若降低調制波的幅值，見圖2-13中的，各段脈沖的寬度將變窄，從而使輸出電壓的幅值也相應減少。</p><p>　　b 每半個周期內逆變橋同一橋臂的兩個逆變管中，只有一個按規(guī)律時通時斷地工作，另一個則完全截止。而在另一個周期內，兩個管子的工作情況正

80、好相反，于是流經(jīng)負載的電流為正負交替的交變電流了。</p><p>　　由此可見，單極性SPWM逆變器的輸出交流電壓和頻率均可由調制波電壓來控制。只要改變的幅值，就改變了輸出電壓的大?。欢淖兊念l率，輸出電壓的頻率也隨之改變。由于控制對象只有一個，所以控制電路相對要簡單一些</p><p>　　圖2-14 雙極性SPWM調制波形</p><p>　　Fig.2-14

81、 Bipolarity SPWM modulation waveform</p><p>　　4) 雙極性脈寬調制</p><p>　　若調制波信號與載波信號均為雙極性信號，即在的半個周期內，三角形載波是在正、負兩個方向變化的，稱為雙極性脈寬調制，這種調制方法是目前使用最多的方法。在雙極性SPWM方法中，所用的調制信號未可變頻變幅的三相對稱普通正弦波、、，其載波信號為雙極性三角波，如圖2-

82、14a所示?，F(xiàn)仍以A相為例，說明雙極性脈寬調制原理。</p><p>　　a 雙極性SPWM調制規(guī)律：不分正、負半周，>時，V1導通，V2截止，輸出為正，即為的正脈沖寬度；<時，V2導通，V1截止， 輸出為負，即為的負脈沖寬度，見圖2-14b同理可畫出、的輸出波形，見圖2-14c與圖2-14d。</p><p>　　b 調制波和載波的交點決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖

83、系列也是雙極性的，如圖2-14b所示。由于線電壓=-，所以線電壓的脈沖是單極性的，如圖1-12e所示。</p><p>　　c 逆變橋在工作時，同一橋臂的兩只管子不停地交替導通、關斷。而流過負載的電流是按現(xiàn)電壓規(guī)律的交變電流[3]。</p><p>　　3 橋式起重機變頻調速控制系統(tǒng)總體方案設計和部件選型</p><p><b>　　3.1 概述</

84、b></p><p>　　3.1.1 橋式起重機拖動系統(tǒng)的構成</p><p>　　橋式起重機俗稱行車，是工礦企業(yè)中應用得十分廣泛的一種起重機。其運行機構由三個基本獨立的拖動系統(tǒng)構成：</p><p>　　1) 大車拖動系統(tǒng) </p><p>　　拖動整臺起重機順著車間作“橫向”運動(以操作者的坐標為準)。</p>&l

85、t;p>　　2) 小車拖動系統(tǒng) </p><p>　　拖動吊鉤及重物順著橋架作“縱向”運動。</p><p>　　3) 吊鉤拖動系統(tǒng) </p><p>　　拖動重物作吊起或放下的上、下運動。</p><p>　　3.1.2 橋式起重機的負荷特點和對拖動系統(tǒng)的要求</p><p><b>　　1) 負

86、荷特點 </b></p><p>　　各拖動系統(tǒng)得負荷轉矩都與“阻力”和回轉半徑的乘積成正比：</p><p>　　= (3-1)</p><p>　　在大車和小車拖動系統(tǒng)中，是摩擦力，而在吊鉤拖動系統(tǒng)中，是被吊物和吊鉤的重力。 </p><p>　　由式3-1可知，負

87、載轉矩的大小與速度無關，因而具有“恒轉矩”的特點。</p><p>　　2) 對拖動系統(tǒng)的要求 </p><p>　　大車和小車對拖動系統(tǒng)的要求較為一般，這里重點介紹對吊鉤拖動系統(tǒng)的要求。</p><p>　　a 在全調速范圍內，電動機的有效轉矩線應是恒轉矩的；</p><p>　　b 起動時，除上述負載轉矩外，還必須克服靜摩擦力。所以，

88、拖動系統(tǒng)應有足夠大的啟動轉矩；</p><p>　　c 重物下降時，除空鉤和極輕負載外，在絕大多數(shù)情況下，都是依靠自身的重力而下降的。為了克服重物因重力加速度而不斷加速，電動機必須產(chǎn)生足夠的制動轉矩，使重物在所需轉速下平穩(wěn)下降；</p><p>　　d 重物在空中停住的前后，不能發(fā)生“溜鉤”。</p><p>　　3.1.3 原拖動系統(tǒng)的主電路</p>

89、<p>　　原拖動系統(tǒng)的主電路如圖 3-1 所示，其主要特點是：</p><p>　　1) 選用電動機 </p><p>　　大多采用繞線轉子異步電動機；</p><p><b>　　2) 調速方法 </b></p><p>　　在電動機的轉子回路內串人五段外接電阻R1~R5(也有七段或更多)，由接觸器K

90、M1 ~KM4 的狀態(tài)來決定串入電阻的多少，從而調整電動機的轉速高低；</p><p>　　3) 制動方法 </p><p>　　采用電磁制動器進行機械制動。</p><p>　　圖3-1 原拖動系統(tǒng)的主電路</p><p>　　Fig. 3-1 Main circuit of original driving system</p&

91、gt;<p>　　3.2 采用變頻調速的基本考慮</p><p>　　3.2.1 主拖動系統(tǒng)</p><p><b>　　1) 電動機選型</b></p><p>　　a 大車與小車用電動機</p><p>　　可選用普通的籠型轉子異步電動機；</p><p><b>　　

92、b 吊鉤用電動機</b></p><p>　　由于要求較高，應選用變頻專用的籠型轉子異步電動機；</p><p><b>　　2) 制動方法</b></p><p>　　采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。</p><p>　　a 首先，通過變頻調速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車或

93、吊鉤迅速而準確地將轉速降為0(使它們停住)；</p><p>　　b 對于吊鉤，常常需要重物在半空中停留一段時間(如重物在空中平移時)，而變頻調速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾(如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電)，可靠性較差。因此，利用電磁制動器進行機械制動仍然是必須的。</p><p>　　3.2.2 對電動機運行狀態(tài)的分析</p><p>　　

94、大車與小車拖動系統(tǒng)的運行狀況與普通負載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。</p><p>　　1) 空鉤(包括極輕負載)運行 </p><p>　　由于吊鉤的機械系統(tǒng)采用了蝸輪蝸桿減速，具有自鎖功能，故空鉤時的負載轉矩主要由摩擦阻力構成。</p><p><b>　　a 上升運行 </b></p><p>

95、;　　重物的上升，完全是電動機正向轉矩作用的結果。這時，電動機的旋轉方向與轉矩方向相同，電動機處于電動狀態(tài)，其機械特性在第I象限，工作點如圖3-2 中的A點(高速)與B點(低速)所示。</p><p><b>　　b 下降運行</b></p><p>　　由于蝸輪蝸桿自鎖的原因，空鉤及輕載時是無法靠自重放鉤的，故下降運行只能通過反接電源來實現(xiàn)。電動機的旋轉方向仍與轉矩

96、方向相同，但方向反了，其機械特性在第3象限，工作點如圖3-2 中的C點(高速)與D點(低速)所示。</p><p>　　圖3-2 不同狀態(tài)下電動機的工作點</p><p>　　Fig. 3-2 Operating point of electric motor under different conditions </p><p>　　2) 重載運行 負載加重時，

97、工作點將右移。</p><p>　　a 上升運行 工作點右移至點和點。</p><p>　　b 下降運行 工作點右移至第4象限，如圖3-2中的點(高速)與點(低速)所示。這時，由于重力加速度的原因，電動機的旋轉速度將超過同步轉速而進入再生制動狀態(tài)。電動機的旋轉方向是反轉(下降)的，但其轉矩的方向卻與旋轉方向相反，是正方向的，其作用是防止重物不斷下降，故重量相同的重物在下降時構成的負載轉

98、矩比上升時小。</p><p>　　3.2.3 變頻調速系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　橋式起重機拖動系統(tǒng)的控制動作包括：大車的左、右行及速度檔次；小車的前、后行及速度檔次；吊鉤的升、降及速度檔次等。所用這些，都可以通過可編程控制器(PLC)進行無觸點控制。</p><p>　　橋式起重機控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關于防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之

99、后的瞬間，極易發(fā)生重物由停住狀態(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。防止溜鉤的控制需要注意的關鍵問題是：</p><p>　　1) 電磁制動器在通電到松開(或從斷電到抱住)之間是需要時間的，約0.6s(視型號和大小而定)。因此，變頻器如過早停止輸出，將容易溜鉤；</p><p>　　2) 變頻器必須避免在電磁制動器抱住得情況下輸出較高頻率，以免發(fā)生因“過流”而跳閘的誤動作。</p><

100、;p>　　為此，具體控制方法如下：</p><p>　　1) 重物停住的控制過程</p><p><b>　　如圖3-3 所示：</b></p><p>　　圖3-3 重物停住的控制過程</p><p>　　Fig. 3-3 Control process of heavy item anchors </p&

101、gt;<p>　　a 設定一個“停止起始頻率”，當變頻器的工作頻率下降到 時，變頻器將輸出一個“頻率到達信號”。發(fā)出制動電磁鐵斷電指令；</p><p>　　b 設定一個的維持時間，的長短應略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱住所需要的時間；</p><p>　　c 變頻器將工作頻率下降至0。</p><p>　　2) 重物升降的控制過程</p&g

102、t;<p>　　a 設定一個“升降起始頻率”，當變頻器的工作頻率上升到時，將暫停上升。為了確保當制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制重物的升降到不會溜鉤，所以，在工作頻率達的同時，變頻器將開始檢測電流，并設定檢測電流所需時間；</p><p>　　b 當變頻器確認已經(jīng)有足夠大的輸出電流時，將發(fā)出一個“松開指令”，使制動電磁鐵開始通電；</p><p>　　c 設定一個的維持時間

103、， 的長短應略大于制動電磁鐵從通電到完全松開所需要的時間；</p><p>　　d 變頻器將工作頻率上升至所需頻率。 </p><p>　　上述過程如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 重物升降的控制過程</p><p>　　Fig. 3-4 Control process of heavy item fluctuation<

104、/p><p>　　3) 變頻器的零速全轉矩功能和直流強勵磁功能</p><p>　　為了有效地防止溜鉤，某些新型變頻器設置了一些獨特的制動功能，如：</p><p><b>　　a 零速全轉矩功能</b></p><p>　　變頻器可以在速度為0的狀態(tài)下，保持電動機有足夠大的轉矩，且不需要速度反饋裝置。這一功能保證了吊鉤由升

105、降狀態(tài)降速為0時，電動機能夠使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。</p><p>　　b 啟動前的直流強勵磁功能</p><p>　　變頻器可以在啟動前自動進行直流強勵磁。使電動機有足夠大的轉矩(可達額定轉矩的200%)維持重物在空中的停住狀態(tài)，以保證電磁制動器在釋放過程中不會溜鉤[4]。</p><p>　　3.2.4 橋式起重機采用變頻

106、調速的優(yōu)點</p><p>　　1) 工作可靠性顯著提高 </p><p>　　主要有以下幾個方面：</p><p>　　a 消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)</p><p>　　由于用籠型轉子異步電動機取代了繞線轉子異步電動機，從而消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。</p><p>　　b 制動電磁鐵的壽命可大大延長</

107、p><p>　　原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘的，采用變頻調速后，可以在基本停住的狀下進行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善；</p><p>　　c 操作手柄不再易損 </p><p>　　原系統(tǒng)的操作手柄因受力較大，屬于易損件。采用變頻調速后，操作手柄的受力將很小，不易損壞；</p><p>　　d 控制系統(tǒng)的故障率大為下降 </

108、p><p>　　原系統(tǒng)是十分復雜的接觸繼電器系統(tǒng)進行控制的，故障率較高。采用了變頻調速系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡化，可靠性大為提高。</p><p>　　2) 節(jié)能效果十分可觀 </p><p>　　繞線轉子異步電動機在低速運行時，轉子回路的外接電阻內將消耗大量電能。采用了變頻調速系統(tǒng)后，非但外接電阻內消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在吊鉤放下重物時，還可以將重物釋放

109、的位能反饋給電源。</p><p>　　3) 調速質量明顯提高 </p><p>　　采用了變頻調速系統(tǒng)后，調速比可達1：50以上，調速精度達1%。且調速平穩(wěn)，能夠長時間低速運行，具有很高的定位精度和運行效率。</p><p>　　4) 可簡化傳動鏈 </p><p>　　由于可以進行無級調速，從而在機械上省去了非標設計的減速箱，

110、使傳動鏈結構簡單，設計標準化。 </p><p>　　3.3 橋式起重機變頻調速控制系統(tǒng)</p><p>　　本次設計是為125/15t 橋式起重機設計一套變頻調速系統(tǒng)， 在設計中，其大、小車運行機構及提升機構均采用變頻調速，并應用可編程序控制器(PLC)進行信號協(xié)調和邏輯控制。系統(tǒng)結構如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-5 系統(tǒng)結構<