門座起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)控制系統(tǒng)

1、第1章 緒論1.1 設(shè)計目的及意義門座起重機的結(jié)構(gòu)是立體的，不多占用碼頭的面積，具有高大的門架和較長距離的伸臂，因而具有較大的起升高度和工作幅度，能滿足港口、碼頭、船舶和車輛的機械化裝卸、轉(zhuǎn)載，充分使用港口、碼頭場地，適應(yīng)船舶的空載、滿載作業(yè)，以及地面車輛的通行要求；還具有高速靈活、安全可靠的裝卸能力，對提高裝卸生產(chǎn)率，減輕繁重的體力勞動都具有重大的意義。近年來隨著港口運輸事業(yè)的發(fā)展，港口起重機向大型化、專業(yè)化方向發(fā)展，這就要求現(xiàn)代港口起重機在電氣傳動控制調(diào)速性能要求比一般起重機要高，以保證在進行裝卸作業(yè)時平穩(wěn)、可靠，且有良好的低速就位性能。傳統(tǒng)的調(diào)速控制系統(tǒng)已難以滿足港機作業(yè)的要求，人們希望

2、在許多場合下能夠用可調(diào)速的交流電機來代替直流電機，從而降低成本，提高運行的可靠性。采用變頻調(diào)速和可編程控制技術(shù)控制門座式起重機各系統(tǒng)，不僅可以明顯提高門座式起重機的安全性,可靠性，而且可以提高裝卸效率，降低能源的消耗，降低維修費用，減少勞動強度。滿足其工況和作業(yè)需要.主要表現(xiàn)在：（1）明顯改善鋼結(jié)構(gòu)性能變頻調(diào)速使起升，變幅，旋轉(zhuǎn)，行走運行平穩(wěn)，制動沖擊?。唬?）變頻調(diào)速以其體積小，通用性強，動態(tài)響應(yīng)快，工作頻率高，保護性能完善，可靠性好，使用方便等卓越的性能；（3）工作可靠性顯著提高；（4）節(jié)能效果十分可觀， 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在低速運行時，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)消耗大量的電能。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)

3、后，非但外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源（可反饋電網(wǎng)或消耗掉）；（5）調(diào)速質(zhì)量明顯提高，調(diào)速范圍寬，性能好，調(diào)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。起升，變幅，旋轉(zhuǎn)工作速度可實現(xiàn)無級變速，操作者可根據(jù)負載的變化情況，實現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速；（6）可簡化傳動鏈，由于可以進行無級調(diào)速，從而在機械上省去了非標準設(shè)計的減速箱；（7）結(jié)構(gòu)簡單，可靠性性高，易維護。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢門座式起重機是港口起重機械的主力軍,經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,雖然我國在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修和管理方面不斷的改造推動了技術(shù)的持續(xù)進步。但是在實際生活中

4、我們?nèi)匀幻媾R著許多有待解決的問題。當前隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展水平越來越高,人們對門機的要求也越來越高。與其他行業(yè)的機械電氣轉(zhuǎn)動系統(tǒng)一樣，門座起重機電氣傳動系統(tǒng)經(jīng)歷了直流發(fā)電機-電動機（G-M）；晶閘管直流電動機（SCR-M）的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)和異步電動機的變極調(diào)速；繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；調(diào)壓調(diào)速；轉(zhuǎn)差電動機調(diào)速；串級調(diào)速的發(fā)展過程。眾所周知，直流電動機有換向器和電刷，維護保養(yǎng)麻煩，價格也昂貴，容量上也受到一定限制。而上述的幾種異步電機調(diào)速分別存在能耗大、調(diào)速范圍有限、功率因數(shù)低、不能在大功率中應(yīng)用等缺點1。交流異步電機變頻調(diào)速是目前交流電機最完善的調(diào)速方式，速度可在整個調(diào)速范圍內(nèi)

5、連續(xù)控制，調(diào)速平滑、精度高。有恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制性能，對負載突變有極好響應(yīng)。系統(tǒng)功率因數(shù)近似于1.0，對前級電源的容量配置要求低,且諧波等電網(wǎng)公害小，力能指標遠優(yōu)于其他方式。變頻調(diào)速的平滑調(diào)速和其較高的穩(wěn)定性是港口電機調(diào)速的方向。變頻器在港口機械企業(yè)已經(jīng)得到普遍的認可。目前生產(chǎn)的港口起重機幾乎是百分之百的都使用變頻調(diào)速。起重機械行業(yè)中變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要采用變頻調(diào)速技術(shù)和可編程邏輯控制技術(shù)，真正實現(xiàn)了變頻器在位勢能負載上的應(yīng)用，可取代傳統(tǒng)的起重機調(diào)速系統(tǒng)，適用于新設(shè)備的制造和既有設(shè)備改造。隨著電控技術(shù)特別是變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在諸多調(diào)速技術(shù)中的優(yōu)勢勢必會引導(dǎo)起重機械應(yīng)用企業(yè)進行

6、變頻改造，來提高起重設(shè)備的性能。同時，隨著機械行業(yè)的發(fā)展，配置的變頻器也會隨科學(xué)技術(shù)等因素的提高而進一步的優(yōu)化升級。但在國內(nèi)，交流變頻調(diào)速在起重機特別是大噸位起重機上的應(yīng)用還剛起步，原因是作為起重機核心機構(gòu)的起升機構(gòu)其位能性負載特性和使用安全性的需求使一般通用變頻器在性能上不能滿足要求。低頻時能否達到恒轉(zhuǎn)矩輸出；空中是否溜鉤等問題一直是起重機起升機構(gòu)使用變頻調(diào)速的難點，還有起升機構(gòu)重載下放時其再生制動能量是消耗在制動電阻上還是回饋回電網(wǎng)，這些一直都給起重機使用全變頻調(diào)速控制系統(tǒng)帶來困惑。近年來，矢量控制變頻器的出現(xiàn)給起重機能否安全使用變頻調(diào)速技術(shù)帶來了生機，國外、國內(nèi)各大專業(yè)電氣公司也都在致力

7、于這方面的開發(fā)和研究，因此，怎樣使矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)用于起重機電氣傳動，實現(xiàn)四象限運行，保證起升機構(gòu)各種工況要求和良好的低速就位性能，對推動港口機械電氣控制與調(diào)速系統(tǒng)的更新?lián)Q代，具有非常實用的意義。1.3 本文的主要內(nèi)容論文首先對門座起重機進行了簡要的介紹；接著對交流電動機變頻調(diào)速的原理進行了分析分析；最后，詳細介紹了門座起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)，并對所設(shè)計的系統(tǒng)進行了仿真。論文的主要研究內(nèi)容如下：1、分析原有門座起重機交流電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)電控原理圖，設(shè)計出符合原有起重機需求的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖。2、確定門座起重機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)各部分主要元器件的選型，以滿足門座起重機的工

8、作要求。3、完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計后，對整個調(diào)速系統(tǒng)進行仿真，驗證其邏輯的合理性。門座起重機是一種用來起吊、放下和搬運重物，并使重物在一定范圍內(nèi)移動的起重、搬運設(shè)備。門座式起重機的工作機構(gòu)分為起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)四部分。論文主要以門座起重機行走與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)電氣控制系統(tǒng)為例，詳細介紹了其變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，包括電動機的選型、變頻器的選擇、附加配套設(shè)備的選擇、系統(tǒng)的主電路原理圖、制動單元和制動電阻的選擇、可編程控制器的選用等。第2章 門座起重機概述2.1 門座起重機簡介港口起重機是一種周期性間隙動作的機械，按其組成形式可分為輕小型起重設(shè)備、升降機、臂架類起重機、橋架類起重機等基本類型

9、。常用于港口的起重機械主要有門座起重機、橋式起重機、浮式起重機、輪胎式起重機等。這類起重機的主要組成部分有起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、變幅機構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)以及其它相關(guān)裝置等。門座起重機是一種用來起吊、放下和搬運重物，并使重物在一定范圍內(nèi)移動的起重、搬運設(shè)備，在生產(chǎn)過程中起著重要作用。門座式起重機的工作機構(gòu)分為起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)四部分。門座起重機是港口碼頭數(shù)量和使用最多的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機構(gòu)最多的、最典型的電動裝卸機械。它具有較好的工作性能和獨特的優(yōu)越結(jié)構(gòu)，通用性好，被廣泛地用在港口雜貨碼頭。門座起重機又簡稱為門吊、門機，是電力驅(qū)動、有軌運行的臂架類起重機之一。它的構(gòu)造大體上可以

10、分為兩大部分：上部旋轉(zhuǎn)部分和下部運行部分。上部旋轉(zhuǎn)部分安裝在一個高大的門形底架（門架）上，并相對于下部運行部分可以實現(xiàn)360°任意旋轉(zhuǎn)。門架可以沿軌道運行，同時它又是起重機的承重部分。起重機的自重和吊重均由門架承受，并由它傳到地面軌道上。門座起重機正是由此門形底座而得名的。門座式起重機如圖1-1所示。圖1-1 門座起重機門座起重機的上部旋轉(zhuǎn)部分包括臂架系統(tǒng)、人字架、旋轉(zhuǎn)平臺、司機室等，還安裝有起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。下部運行部分主要由門架和運行機構(gòu)組成。門架底部能通火車，軌距有3種：能通過一列火車軌距為6m，稱單線門架，能通過并排兩列火車的軌距為10.5m，稱雙線門架，能通過并

11、排三列火車的軌距為16m，稱三線門架。碼頭前沿的門座起重機門架多屬雙線門架。門座底部裝有行車車輪或運行臺車，運行機構(gòu)使整臺起重機可以沿著地面上的軌道運行。門座起重機的工作原理是：通過起升、變幅、旋轉(zhuǎn)3種運動的組合，可以在一個環(huán)形圓柱體空間實現(xiàn)物品的升降、移動，并通過運行機構(gòu)調(diào)整整機的工作位置，故可以在較大的作業(yè)范圍內(nèi)滿足運移物品的需要。2.2 門座起重機的工作機構(gòu)2.2.1 起升機構(gòu)任何起重機械都是依靠起升機構(gòu)升降貨物的。起升機構(gòu)是起重機不可缺少的工作機構(gòu)，沒有它就不能稱其為起重機。起升機構(gòu)是最重要的機構(gòu)，并且它的工作好壞將直接影響到整臺起重機的工作性能。起升機構(gòu)通常有以下幾個方面的任務(wù)2：（

12、1）從地面上起升重物以及把重物從空中放回到地面上，與其他機構(gòu)配合實現(xiàn)貨物的位移。 （2）機構(gòu)能夠以各種不同的速度起升和下降重物。 （3）能夠在起升運動狀態(tài)和下降運動狀態(tài)下制動，使貨物停留在空中任意位置。 （4）在電動機突然斷電的情況下，重物能夠靜止在空中。 （5）當電機通電后，懸空狀態(tài)下的重物，能夠繼續(xù)起升或下降，整個機構(gòu)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。起升機構(gòu)工作原理：電動機通過聯(lián)軸節(jié)與減速器的高速軸相連。機構(gòu)工作時，減速器的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷入或放出，經(jīng)過滑輪系統(tǒng)，使吊鉤實現(xiàn)上升或下降。機構(gòu)停止工作時，制動器使吊鉤連同貨物靜止在空中，吊鉤的升降靠電動機改變轉(zhuǎn)向來轉(zhuǎn)換。2.2.2 變幅機構(gòu)在起重機

13、中用來改變復(fù)讀的機構(gòu)稱為變幅機構(gòu)，根據(jù)工作要求的不同，變幅機構(gòu)的主要作用是：（1）通過改變幅度來改變?nèi)∥镅b置的工作位置，以實現(xiàn)起重機起重能力的調(diào)整，或者裝卸路線的調(diào)整，或者提高非工作狀態(tài)下的起重機通過性能。（2）通過改變幅度來擴大起重機的作業(yè)范圍，與起升、回轉(zhuǎn)機構(gòu)協(xié)同工作，使取物裝置的工作范圍形成一環(huán)形工作空間，以提高起重機的生產(chǎn)率，改善其工作性能。為使臂架繞其鉸軸擺動來改變起吊貨物的位置，就必須有一套專門的驅(qū)動機構(gòu)。根據(jù)變幅機構(gòu)工作性質(zhì)和要求不同，出現(xiàn)了多種傳動機構(gòu)，如齒條、螺桿螺母、液壓等。2.2.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)是用來支承旋轉(zhuǎn)部分重量，并驅(qū)使旋轉(zhuǎn)部分相對于不旋轉(zhuǎn)部分做旋轉(zhuǎn)運動的工作機

14、構(gòu)。它的作用是使被起吊的貨物圍繞起重機的旋轉(zhuǎn)中心做旋轉(zhuǎn)運動，以達到在水平面內(nèi)運移貨物的目的。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)是用來實現(xiàn)起重機旋轉(zhuǎn)部分相對于不旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動的動力和速度的傳動裝置。這種裝置能滿足起重機低速正反轉(zhuǎn)、制動平穩(wěn)、安全可靠的要求。從受力方面考慮，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)必須克服如下阻力矩：一是旋轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩；二是風(fēng)阻力矩；三是由道路坡度或浮船傾斜造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩。2.2.4 運行機構(gòu)在裝卸作業(yè)中，往往要求起重機能夠調(diào)整工作位置，改變工作地點，以擴大作業(yè)范圍，提高裝卸效率。因此，在起重機中通常都裝有運行機構(gòu)，運行機構(gòu)的任務(wù)是使起重機做水平運動。運行機構(gòu)按照結(jié)構(gòu)特點分為無軌運行機構(gòu)和有軌運行機構(gòu)兩

15、大類。港口裝卸用門座起重機運行機構(gòu)均為有軌運行機構(gòu)。有軌運行機構(gòu)起重機可沿著鋪設(shè)的鋼軌上運行。 由于這種運行機構(gòu)的車輪和軌道都是鋼鐵制成的，故其運行阻力小，承載能力大，結(jié)構(gòu)緊湊。盡管與無軌運行機構(gòu)相比較工作范圍受到軌道的限制，但是仍是港口起重機的主要運行形式。門座起重機的運行機構(gòu)屬非工作性運行機構(gòu)只是用來調(diào)整起重機的工作位置。運行機構(gòu)的工作速度隨起重機的用途確定。非工作性運行機構(gòu)為了簡化結(jié)構(gòu)，減輕自重，通常采用較低的運行速度。門座起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動形式是由獨立的驅(qū)動裝置分別驅(qū)動各個支點上的車輪。因為這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，布置方便，在港口起重機械運行機構(gòu)中獲得了廣泛的應(yīng)用。運行機構(gòu)不論是何種結(jié)構(gòu)，

16、都是由運行支承裝置和運行驅(qū)動裝置兩大主要部分組成的。運行支承裝置的機械部分對于有軌運行的起重機來說主要是均衡梁、車輪和軌道。運行驅(qū)動裝置包括電動機、減速器與制動器等。2.3 門座起重機工作流程門座式起重機作為港口碼頭前沿主要裝卸件雜貨及干散貨船的設(shè)備，是通過起升、旋轉(zhuǎn)、變幅機構(gòu)聯(lián)合動作完成貨物搬運的，并且可以通過下部行走機構(gòu)調(diào)整至合適工作位置。門座式起重機可帶載作水平位移變幅和任意角度回轉(zhuǎn)，分析其工作流程如下：空鉤下降到貨物上方，與貨物掛鉤，起重機滿載提升至能夠移出船艙高度制動，改變臂架伸出水平幅度至避開艙蓋位置制動，做臂架旋轉(zhuǎn)至卸貨方向制動，同時臂架改變水平幅度至車皮卸貨上方制動，滿載下降到

17、車皮內(nèi)制動，貨物摘鉤，空鉤上升至進入船艙高度制動，旋轉(zhuǎn)至一定位置制動，改變幅度待卸貨物上方制動，空鉤下降至貨物上方制動，一個工作循環(huán)結(jié)束，如果連續(xù)作業(yè)重復(fù)上述動作。其工作特點：（1）動作是間歇的、重復(fù)的、周期性的。即通過重復(fù)、短時間的工作循環(huán)，周期性地完成貨物的提升和運移，每個工作循環(huán)中都包括滿載和空載的過程。 （2）每個工作循環(huán)中，其主要工作機構(gòu)都作正向和反向的運動，并且起動制動非常頻繁。 （3）所受到的載荷的大小和方向都是變化的。如：貨物的大小、風(fēng)力的大小及方向、坡度以及起動制動時的動載荷3。2.4 門座式起重機對電氣控制要求采用先進的電控系統(tǒng)。起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運行機構(gòu)均采用變頻調(diào)速，調(diào)

18、速性能優(yōu)良，起、制動運行平穩(wěn)、快速。應(yīng)用 PLC 集中控制和檢測，PLC 輸入輸出擴展接口應(yīng)該留有余量，以備維護和擴展。起升機構(gòu)采用閉環(huán)控制，有吊鉤和抓斗兩種工作模式，由兩個電機牽引兩組起升鋼絲繩實現(xiàn)開閉斗，從而實現(xiàn)抓取或釋放物料，能夠?qū)崿F(xiàn)抓斗的自動開閉斗、防漏，具有深挖控制功能，使雙機在抓斗升降過程中均衡受力4。安全保護裝置齊全，工作安全可靠。各機構(gòu)及運動構(gòu)件均設(shè)有限位保護，包括有減速限位，終點限位和極限限位。電氣系統(tǒng)通過各限位開關(guān)和 PLC 設(shè)有多重電氣聯(lián)鎖。設(shè)有力矩限制器進行超載和超力矩保護。還應(yīng)設(shè)有作業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)對主要作業(yè)和工作部位進行監(jiān)控。應(yīng)設(shè)置緊急停車。在裝卸貨物操作運行過程中，設(shè)備

19、出現(xiàn)異常情況或故障時，如果不能使系統(tǒng)停止，將導(dǎo)致設(shè)備損壞或事故。因此必須設(shè)置急停開關(guān)，當出現(xiàn)異常時，使整個系統(tǒng)立刻停止。門座式起重機上應(yīng)布置電氣室，分別安裝動力變壓器和控制、照明專用變壓器。供電電壓為 380V，供電頻率為 50Hz，供電方式為電纜卷筒。第3章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理3.1 交流異步電動機調(diào)速原理根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式：n=60××(1-s)p （3.1）式中：f1定子供電電源頻率（Hz）； s異步電動機轉(zhuǎn)差率； p磁極對數(shù)。由上式可以看出改變電動機電源的頻率就會引起電動機參數(shù)的變化,電動機參數(shù)的變化同樣會影響電動機的運行性能,因此想獲得最佳的調(diào)速特性僅僅依

20、靠改變供電電源的頻率是不夠得。而變頻調(diào)速就是通過改變電動機的定子電壓和定子頻率來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速,從而獲得所需要的調(diào)速特性。通用變頻器對異步電機調(diào)速時，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調(diào)速(VVVF)。而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。實際上多數(shù)變頻調(diào)速場合是用于額定頻率以下，低頻時采用的補償都是為了解決低頻轉(zhuǎn)矩的下降，其采用的方式多種多樣。有矢量控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)以及擬超導(dǎo)技術(shù)(森蘭變頻特有專利技術(shù))等等。其作用不外乎動態(tài)地改變低頻時的變頻器輸出電壓、輸出相位或輸出頻率，也就是利用電路和電腦技術(shù)，達到低速時

21、力矩提升，并且穩(wěn)定運行，又不至于電流太大而造成故障。3.2 變頻控制技術(shù)這里控制技術(shù)是指專用變頻控制技術(shù)，處理交流電機內(nèi)部復(fù)雜的控制信號和控制變量力矩和速度的非線性關(guān)系。3.2.1 v/f 控制（標量控制）照電壓、頻率關(guān)系對變頻器的頻率和電壓進行控制，稱為 v/f 控制方式，又稱為VVVF（Variable Voltage Variable Freqency）控制方式?；l以下可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)整。早期的通用變頻器大多數(shù)為開環(huán)恒壓比（即：電壓比頻率 v/f 為常數(shù)）的控制方式。其原理是把電機當作一個大電感，恒壓比可保證電流可控。其優(yōu)點是控制結(jié)構(gòu)簡單（只關(guān)心電流的大小，即標量）、成本較低，缺點是系

22、統(tǒng)性能不高。v/f 控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可以是通用標準異步電動機，所以通用性強，經(jīng)濟性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。3.2.2矢量控制矢量控制是 70 年代初由西德 F.Blaschke 等人首先提出，它基于電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和旋轉(zhuǎn)坐標理論，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制，可以實現(xiàn)分別控制電機的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流。把交流電動機的控制以直流電動機的分析方法進行闡述，由此開創(chuàng)了交流電動機和等效直流電動機控制的先河。它使人們看到交流電動機盡管控制復(fù)雜，但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨立控制的內(nèi)在本質(zhì)。矢量控制的誕生，為高性能交流電動機控制技術(shù)奠定了理論

23、基礎(chǔ)。但由于它們實現(xiàn)比較復(fù)雜，當時還不為世人所重視。隨著電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，到 80 年代，矢量控制才進入了實用化階段。矢量控制基本點是控制轉(zhuǎn)子磁場并以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定向電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量。然后，通過控制磁場電流分量去控制磁場，通過控制轉(zhuǎn)矩電流來控制電機轉(zhuǎn)矩。由于直接控制電機的轉(zhuǎn)矩電流，電機的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)較快，因此，這一控制方式可大大提高電機的控制性能、增強穩(wěn)定性；也可大大改進電機的低速響應(yīng)性能。標量控制和矢量控制的主要區(qū)別是：標量控制只控制電機電流的大小，而矢量控制不僅控制電機電流的大小，還控制電機電流的相位。 當然，矢量控制要比標量控制復(fù)雜，需坐標變換和矢量控制，

24、運算量大的多。另外，矢量控制理論上需要轉(zhuǎn)子的磁場方向，因此，它需要電機的位置速度，由于位置信號可通過速度信號導(dǎo)出，它又等效于需要速度信號，通過引入速度傳感器提供的速度信號來實現(xiàn)的矢量控制通常稱之為閉環(huán)矢量控制，又由于電機的速度可以通過電機的反電勢進行一定程度的估算，因此，電機的速度信號可以不引入速度傳感器來實現(xiàn)，這種方法通常稱之為開環(huán)矢量控制，也叫無速度矢量控制。3.3 變頻調(diào)速控制方式的比較與選用 3.3.1 v/f 控制方式及開閉環(huán)控制的選擇設(shè)定原則 一般的 v/f 型通用變頻器，其數(shù)字、模擬給定分辨率分別可達 0.01Hz/0.04Hz。最高輸出頻率 120Hz650Hz，可使用于標準異

25、步電動機、磁阻電動機和恒磁同步電動機，變頻范圍 0.25kW150kW。對電網(wǎng)的允許波動范圍是：電壓±15，頻率±6。主要用于水泵、風(fēng)機、運輸傳動等無動靜態(tài)指標要求的場合。除了恒定電壓頻率以外，通用變頻器還有其它形式的控制特性曲線供用戶選擇，有的變頻器使用說明書稱為轉(zhuǎn)矩提升設(shè)定或轉(zhuǎn)矩補償?shù)?v/f 設(shè)定。用戶可根據(jù)負載情況任意選擇某一檔的曲線。 由于標量控制算法不需要電機模型和速度信息，因此，速度閉環(huán)僅用來幫助電機的速度跟蹤特性，對于動靜態(tài)指標要求不高的簡單用途，例如泵類及風(fēng)機、簡單的運輸機械傳動，選用頻率控制。對于動態(tài)指標要求盡管不高，但是轉(zhuǎn)速精度要求較高的場合，如紡織行

26、業(yè)的控制系統(tǒng)，可選擇分辨率為 0.01Hz 的開環(huán)頻率控制5。對于動態(tài)指標要求不高，但是轉(zhuǎn)速精度要求很高的場合，也可選擇轉(zhuǎn)速反饋。如果采用轉(zhuǎn)速反饋，一臺變頻器只能控制一臺電動機。當使用模擬測速機時，注意變頻器的最大輸入頻率應(yīng)受模擬測速機的最高轉(zhuǎn)速的限制。 由于 v/f 控制本身控制技術(shù)是標量的，限制了變頻器的動靜態(tài)特性，所以，它主要應(yīng)用場合是開環(huán)控制方式。 3.3.2矢量控制方式及開閉環(huán)控制的選擇設(shè)定原則 一般的矢量控制型通用變頻器，其數(shù)字給定分辨率可達 0.001Hz，不帶測速傳感器時數(shù)字/模擬給定分辨率都能達到 0.001Hz。最高輸入頻率為 120650Hz，可使用于標準異步電動機、緊湊

27、型異步電動機、磁阻電機和恒磁同步電機，功率范圍2.2kW1500kW。對電網(wǎng)的允許波動范圍是：電壓±15，頻率±6。主要用于紡織機網(wǎng)絡(luò)、軋機主傳動、壓力機、升降機等動態(tài)指標要求比較高的場合6。 在使用矢量控制變頻器時應(yīng)注意，電動機的極數(shù)必須與變頻器使用說明書上規(guī)定的極數(shù)相同（一般是 4 極電動機）；由矢量控制的原理可知，一臺矢量控制變頻器僅能拖動一臺電動機才能達到使用矢量控制變頻器的目的；當動態(tài)指標要求比較高，或需要閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，或轉(zhuǎn)速精度要求高時，應(yīng)使用轉(zhuǎn)速反饋。矢量控制變頻器的設(shè)定方法與普通的 v/f 變頻器設(shè)定方法基本一樣。一般矢量控制變頻器都有電機參數(shù)自動檢測功能。

28、有的矢量控制變頻器有三種控制供用戶選擇，例如安川 Varispeed G7 系列變頻器就提供了：無PG（無速度）矢量 1 控制、帶 PG（帶速度）矢量控制、無 PG（無速度）矢量 2 控制。這三種矢量控制的主要用途如表 3-1所示。矢量控制的先決條件是能夠精確地測取和調(diào)整由轉(zhuǎn)矩和磁通所產(chǎn)生的電流，在采用無速度反饋矢量控制時，雖然在轉(zhuǎn)矩和磁通的計算精度方面受到了一定的影響，但是不會影響調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。因此，對于在動態(tài)性能方面并無嚴格要求的生產(chǎn)工藝來說，不要輕易增加速度反饋。速度反饋是最不可靠的環(huán)節(jié)，如果使用了速度反饋，又不檢測其動態(tài)性能指標，既增加了系統(tǒng)投資，又增加了系統(tǒng)的不可靠性因素。表3

29、-1 可選擇矢量控制模式控制模式基本控制主要用途無 PG 矢量 1 控制無反饋的電流矢量控制可全部變速，是無PG高性能控制的必要用途。帶 PG 矢量控制帶反饋的電流矢量控制帶PG的超高性能控制(簡易伺服動，高精度速度控制，力矩控制，力矩限制等等)無 PG 矢量 2 控制具有ASR(速度控制器)無PG電流矢量控制無PG的超高性能控制(簡易伺服驅(qū)動，力矩控制，力矩限制等等)，介于帶PG矢量和無PG矢量1控制的中間性能。第4章 門座式起重機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 電氣傳動方案的選擇由于散雜貨碼頭生產(chǎn)貨類復(fù)雜，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，碼頭前沿使用的門座式起重機要求在不同的工作條件運行不同的速度，其目的是讓起

30、重機運行合理的速度以提高生產(chǎn)效率，確保作業(yè)現(xiàn)場安全。然而這種頻繁的速度變換過程，若采用機械調(diào)速難以實現(xiàn)，實際中常對拖動電機進行變頻調(diào)速。起重機控制系統(tǒng)調(diào)速分為兩大類，即直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速因具有直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、維修成本高，保養(yǎng)困難等缺點，目前在大型起重機電氣控制系統(tǒng)均采用交流變頻調(diào)速方式。起重機控制系統(tǒng)采用的交流調(diào)速方式主要有繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，能耗制動下降調(diào)速，渦流制動器調(diào)速，定子調(diào)壓調(diào)速，變極調(diào)速及變頻調(diào)速等，幾種主要調(diào)速方式的優(yōu)缺點及應(yīng)用場合表 4-1 所示。表4-1港口起重機常用交流調(diào)速方式對比表調(diào)速方案調(diào)速范圍低速運行時的效率特點適用負載驅(qū)動機構(gòu)

31、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速1:3低1.線路簡單、成本低、易維修2.調(diào)速性能差，無低速下降3.不能長期低速運行位能反抗起升運行能耗制動調(diào)速1:31:5低1.線路簡單、成本低、易維修2.重載下降能獲得低速，上升無低速3.直流電源因電機而異，無法標準位能起升渦流制動器調(diào)速1:10低1.線路簡單、成本低、易維修2.速度有低速，但不能長時間低速運行3.加大了系統(tǒng)GD2位能反抗起升運行定子調(diào)壓調(diào)速1:10低1.線路復(fù)雜、成本高2.若采用閉環(huán)控制能得到穩(wěn)定低速范圍較大，能無級調(diào)速位能反抗起升運行變頻調(diào)速1:100高1.速度可在整個調(diào)速范圍內(nèi)連續(xù)控制2.有恒轉(zhuǎn)矩性能，基頻以上恒功率調(diào)速3.性能最優(yōu)，但需專用變頻裝置，成本

32、高位能反抗起升運行定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng),采用轉(zhuǎn)子回路切電阻及定子回路調(diào)電壓相結(jié)合的方式,可以有較寬的調(diào)速范圍,正反向由可控硅控制,反應(yīng)靈活,但是由于該系統(tǒng)采用模擬線路控制,用分立從元件組合而成,硬件的可靠性差,而且需要測速發(fā)電機和轉(zhuǎn)子電阻,系統(tǒng)復(fù)雜。在低速時能量消耗到電阻上,有一定的局限性。表 4-1 中可以看出，交流變頻調(diào)速控制方式與起重機其它調(diào)速方式相比，有顯著的優(yōu)點，變頻調(diào)速的調(diào)速范圍更廣，可在整個調(diào)速范圍內(nèi)連續(xù)控制，開、閉環(huán)特性好，調(diào)速比可達 1：100 以上，調(diào)速精度±1%，調(diào)速平穩(wěn)，負載突然變化時有極好的動態(tài)響應(yīng)，可以長時間低速運行，控制得精度更高，節(jié)能效果顯著,簡化了電控系

33、統(tǒng),省去了電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的大功率電阻、切換交流接觸器和電動機正反轉(zhuǎn)交流接觸器,再加之系統(tǒng)傳動所用變頻電機屬鼠籠式異步電動機類、成本相對低廉,維修少,因此變頻調(diào)速是起重機最理想的交流調(diào)速方案,具有同直流傳動一樣的調(diào)速性能,性能價格比最高，比較適合港口起重機復(fù)雜的作業(yè)工況7。4.2 變頻調(diào)速的優(yōu)點采用變頻調(diào)速和可編程控制技術(shù)控制門座起重機各系統(tǒng)，不僅可以明顯提高門座起重機的安全性、可靠性，而且可以提高裝卸效率，減少能源的消耗，降低維修費用和勞動強度。滿足其工況及作業(yè)需要。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下6點8：（1）明顯改善鋼結(jié)構(gòu)性能。變頻調(diào)速使起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走運行平穩(wěn)，制動沖擊小。（2）變頻調(diào)速以其體積

34、小、通用性強、動態(tài)響應(yīng)快、工作頻率高、保護性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。（3）工作可靠性顯著提高。主要有：制動電磁鐵的壽命大大延長。常規(guī)拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘的(熱剎車)；采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進行抱閘(冷剎車)，閘皮的磨損情況大為改善。系統(tǒng)的故障率大為下降。常規(guī)拖動系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的接觸器繼電器系統(tǒng)進行控制的，故障率較高；采用了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡化，可靠性大為提高。（4）節(jié)能效果十分可觀。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在低速運行時，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)消耗大量的電能；采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，不僅外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)

35、約，而且在起重機放下重物時，還可將重物釋放的位能反饋給電源(可反饋電網(wǎng)或消耗掉)。（5）調(diào)速質(zhì)量明顯提高。調(diào)速范圍寬、性能好，調(diào)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。起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走機構(gòu)工作速度可實現(xiàn)無級變速，操作者可根據(jù)負載的變化情況，實現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速。（6）結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易維護。各系統(tǒng)采用獨立的控制柜，外觀結(jié)構(gòu)十分簡單，便于日常保養(yǎng)和維修。使用變頻器控制電機的運行，可以進行電機的軟起動，而讓電機具有很快的動態(tài)響應(yīng)并且實現(xiàn)無級調(diào)速；對電源的缺相、欠壓、過壓、過流等都能做到很及時、很準確地檢測，并自動采取應(yīng)變措施保護電機，確保了控制、保護動作的準確性和可靠性。4.3

36、 元件的選型4.3.1 運行電機的選型及熱校核穩(wěn)態(tài)運行阻力Pj包括摩擦阻力Pm、運行軌道的坡阻力P和風(fēng)阻力PW，按式（4.1）計算。Pj=Pm+P+PW（4.1）（1）運行摩擦阻力Pm主要包括車輪踏面的滾動摩擦阻力、車輪軸承的摩擦阻力以及附加摩擦阻力三部分，按式(4.2)計算。Pm=G0d+2fkDCf（4.2）式中：G0起重機總重量，G0=2503900N； 車輪軸承摩擦阻力系數(shù)，查國標表39得=0.015； d車輪軸徑，單位為毫米（mm），d=100mm； fk車輪沿軌道的滾動摩擦力臂，單位為毫米（mm），查國標表40得fk=0.8; D車輪踏面直徑，單位為毫米（mm）,D=600mm;

37、Cf考慮車輪輪緣與軌頂側(cè)面摩擦或牽引供電電纜及集電器摩擦等的附加摩擦阻力系數(shù)，查國標表41得Cf=1.5。Pm=2503900×0.015×100+2×0.8600×1.5=19405N（2）坡道阻力P按式（4.3）計算。P=mg×tan（4.3）式中：m起重機的質(zhì)量，單位為千克，m=255500kg; g重力加速度； 軌道傾斜的角度，單位為度，tan=0.003。P=255500×9.8×0.003=7512N（3）風(fēng)阻力PW按式（4.4）計算。PW=CpA（4.4）式中：C風(fēng)力系數(shù)，C=1.2； p工作狀態(tài)計算風(fēng)壓，查國

38、標表15得p=150； A起重機構(gòu)件垂直于風(fēng)向的實體迎風(fēng)面積，A=315.63m2.PW=1.2×150×315.64=56815N穩(wěn)態(tài)運行阻力：Pj=19405+7512+56815=83732N穩(wěn)態(tài)運行功率PN按式（4.5）計算。PN=Pjv100060m（4.5）式中：v運行速度，v=20mmin； 運行機構(gòu)總傳動效率，=0.9； m運行機構(gòu)電動機臺數(shù)，m=8。PN=83732×201000×60×8×0.9=3.9KW根據(jù)穩(wěn)態(tài)運行功率查港口起重機用電機選型手冊，本設(shè)計選擇8臺功率相近的變頻調(diào)速電動機：YZP112M2-4型電動

39、機，額定功率N=4.5KW，轉(zhuǎn)速n=1477rmin。運行機構(gòu)穩(wěn)態(tài)平均運行功率Ps按式（4.6）計算：Ps=GG0+m+PWv1000×60m（4.6）式中：G穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，查國標表P.1和表Q.1得G=0.8； G0起重機總重量，G0=2503900N； 車輪軸承摩擦阻力系數(shù)，=0.015； m坡道阻力系數(shù)，m=0.003 PW起重機正常工作狀態(tài)的風(fēng)阻力，PW=56815N; v運行速度，v=20mmin；運行機構(gòu)總傳動效率，=0.9； m運行機構(gòu)電動機臺數(shù),m=8。Ps=0.825039000.015+0.003+56815×201000×60×

40、8×0.9=3.8KW查國標表Q.1得，門座起重機運行機構(gòu)的接電持續(xù)率JC=25%，CZ=150。所選電動機YZP112M2-4在相應(yīng)JC和CZ值下的輸出功率P為4.5KW。因為P>Ps，故所選電動機的發(fā)熱校核為合格。4.3.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的電機選型及熱校核等效回轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)阻力矩Meq按式（4.7）計算：Meq=Mm+MW+M（4.7）式中：Mm回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，主要是回轉(zhuǎn)支承裝置的摩擦阻力矩； MW正常工作狀態(tài)下的等效風(fēng)阻力矩，按PW風(fēng)阻力矩的0.7倍計算； M等效坡道阻力矩，按坡道阻力矩的0.7倍計算。（1）回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩Mm滾動軸承式摩擦阻力矩：Mm=12DN（4.8）式中：N滾

41、動體法向載荷絕對值之和N,根據(jù)計算得N=2273400N； 回轉(zhuǎn)阻力系數(shù)，滾柱式取=0.012； D軸承滾道平均直徑 m，D=3.342。Mm=12×0.012×3.342×2273400=45586Nm（2）等效風(fēng)阻力矩MW當臂架與風(fēng)向垂直時，由風(fēng)力產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)阻力矩達到最大值： MWmax=Pf1R+Pf2l（4.9）式中：Pf1物品上的風(fēng)力N，Pf1=3704N； R幅度（m），R=35m； Pf2回轉(zhuǎn)部分上的風(fēng)力N，Pf2=34300N； l回轉(zhuǎn)部分迎風(fēng)面形心到回轉(zhuǎn)軸線的距離m，l=0.56m。其等效風(fēng)阻力矩：MW=0.7MWmax（4.10）MWmax=3

42、704×35+34300×0.56=148848NmMW=0.7×148848=104194Nm（3）等效坡度阻力矩M起重機回轉(zhuǎn)坡度阻力矩M為：M=i=1nGilisinsin（4.11）式中：Gi起重機各回轉(zhuǎn)部件的重力(N); li各部件重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離（m）； 坡度角度（°）； 起重機回轉(zhuǎn)角度（°）。當=90°或270°時，坡度阻力最大：Mmax=i=1nGilisin（4.12）Mmax=22408876×0.004=89636Nm等效坡度阻力矩M為:M=0.7Mmax（4.13）M=0.7×8

43、9636=62745Nm等效回轉(zhuǎn)穩(wěn)態(tài)阻力矩Meq:Meq=45586+104194+62745=212525Nm等效回轉(zhuǎn)功率Pe按式（4.14）計算：Pe=Meqn9550（4.14）式中：n起重機回轉(zhuǎn)速度（r/min）, n=2r/min; 回轉(zhuǎn)機構(gòu)總傳動效率，=0.9；Pe=212525×29550×0.9=49.5Kw根據(jù)等效回轉(zhuǎn)功率查港口起重機用電機選型手冊，本設(shè)計選擇2臺功率相近的變頻調(diào)速電動機：YZP200L-4型電動機，額定功率N=30KW，轉(zhuǎn)速n=1465rmin。回轉(zhuǎn)機構(gòu)穩(wěn)態(tài)平均運行功率Ps按式（4.15計算：Ps=G(Mm+M+MW）n9550mi（4.

44、15）式中：G穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，查國標表P.1和表Q.1得G=0.6； Mm不考慮起制動階段的電動機平均阻轉(zhuǎn)矩，Mm=212525Nm； M等效坡度阻力矩，M=62745Nm; MW正常工作狀態(tài)下的等效風(fēng)阻力矩，MW=104194Nm； 運行機構(gòu)總傳動效率，=0.9； m運行機構(gòu)電動機臺數(shù),m=2； i回轉(zhuǎn)機構(gòu)的總傳動比;n電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min）,n=1465r/min。Ps=0.6（212525+62745+104194）×14659550×2×732.5×0.9=26.5KW查國標表Q.1得，門座起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的接電持續(xù)率JC=40%，CZ=1

45、000。所選電動機YZP200L-4在相應(yīng)JC和CZ值下的輸出功率P為30KW。因為P>Ps，故所選電動機的發(fā)熱校核為合格。 變頻器及配套設(shè)備的選型1、變頻器的選型必須遵循以下原則：（1）變頻器的輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅(qū)動異步電機的功率和電流。由于變頻器的過載能力沒有電機過載能力強，一旦電機有過載，損壞的首先是變頻器(如果變頻器的保護功能不完善)；又如果設(shè)備上已選用的電機功率大于實際機械負載功率，但是有可能用戶會將把機械功率調(diào)節(jié)到達到電機輸出功率，此時，變頻器一定要可以勝任，也就是說變頻器的功率選用一定要等于或大于電機功率。個別電機額定電流值較特殊，不在常用標準規(guī)格附近，又有

46、的電機額定電壓低，額定電流偏大，此時要求變頻器的額定電流必須等于或大于電機額定電流。（2）必須認清變頻器調(diào)速與機械變速存在本質(zhì)上的區(qū)別。絕對不能不假思索地將某電機使用機械變速改為相同功率的變頻器變速。因為功率是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積：P=M×2n60=1.027Tn（4.16）式中：M轉(zhuǎn)矩Nm(1Nm=9.81kgm); 角速度rads(1rads=260rmin); T轉(zhuǎn)矩kgm; n轉(zhuǎn)速r/min。機械變速時(例如齒轉(zhuǎn)變速、皮帶變速)、若變速比為k，在電機功率不變時，忽略變速器效率：P=1.027Tn=1.027(k×T)nk（4.17）即轉(zhuǎn)速下降k倍，會造成轉(zhuǎn)矩升高k倍，它

47、屬于恒功率負載。（3）變頻器的選用型號應(yīng)根據(jù)使用要求而作仔細考慮。1）基本考慮內(nèi)容是使用環(huán)境條件、電網(wǎng)電壓、負載大小及性質(zhì)。2）環(huán)境溫度長期較高，安裝在通風(fēng)冷卻不良的機柜內(nèi)時，會造成變頻器壽命縮短。電子器件、特別是電解電容等器件、在高于額定溫度后，每升高10壽命會下降一半，因此環(huán)境溫度應(yīng)保持較低，除設(shè)置完善的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)以保證變頻器正常運行外，在選用上增大一個容量等級，以使額定運行時，溫升有所下降是完全必要的。3）電網(wǎng)電壓處于不正常時，將有害于變頻器。電壓過高，如對380V的線電壓如上升到450V就會造成損壞，因此電網(wǎng)電壓超過使用手冊規(guī)定范圍的場合，要使用變壓器調(diào)整，以確保變頻器的安全。4）高

48、海拔地區(qū)因空氣密度降低，散熱器不能達到額定散熱器效果，一般在1000m以上，每增加100m容量下降10%，必要時可加大容量等級，以免變頻器過熱。5）使用于不同用途時，選擇變頻器的系列型號應(yīng)作分析，對于一般用途變頻器采用V/F=常數(shù)控制方式已可滿足，對于負載變化范圍大，而且又要求較高運轉(zhuǎn)精度的場合，特別是低速時要求有穩(wěn)定的速度和負載能力時，則要選用矢量控制等方式的變頻器，對數(shù)控機床等精密傳動還要采用閉環(huán)控制和有速度傳感器的方式，相應(yīng)的變頻器也要有這些配合的接口，選用時需要綜合考慮。6）變頻器使用不同場所對變頻器的防護等級要作選擇，為防止鼠害、異物等進入應(yīng)作防護選擇。 7）當變頻器為降低電動機噪聲

49、而將調(diào)制頻率重新設(shè)置得較高并超過出廠設(shè)置頻率時,會造成變頻器損耗增大。設(shè)置頻率越高，損耗越大，因此要適當減載。8）矢量控制方式只能對應(yīng)一臺變頻器驅(qū)動一臺電機，而且變頻器的額定電流應(yīng)等于或大于電機額定電流，電機的實際使用電流不能比額定電流小太多(不低于變頻器額定電流的1/8)。為了正確地使用矢量控制，在驅(qū)動前，變頻器對電機冷態(tài)參數(shù)還需進行輸入或自動識別。9）一臺變頻器驅(qū)動多臺電機時，變頻器容量應(yīng)比多臺電機容量之和大，并且只能選擇V/F控制模式，不能用矢量控制模式。10）當多臺變頻器的逆變單元共用一個整流/回饋單元時，即采用公共直流母線方式，有利于多臺逆變器制動能量的儲存和利用，此時整流/回饋單元

50、的容量要足夠大，并要有防止小功率變頻器整流橋過載損壞的措施。使用中對多臺電機不能同時制動。2、本設(shè)計所用變頻器的選擇根據(jù)以上變頻器選用原則，本設(shè)計選用安川公司A1000系列變頻器。根據(jù)變頻器的輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅(qū)動異步電機的功率和電流，本設(shè)計運行機構(gòu)選用的變頻器為1臺安川A1000系列型號為CIMR-AB4A0103的變頻器，最大適用電機容量為45kW?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)選用的變頻器為1臺型號為CIMR-AB4A0165的變頻器，最大適用電機容量為75kW。旋轉(zhuǎn)和行走機構(gòu)的電動機，由于數(shù)量較多，而且是平移機構(gòu)，對轉(zhuǎn)矩要求不高，通常采用 v/f 方式進行控制。這種方式可以采用一臺變頻器帶動

51、多臺電動機，其中旋轉(zhuǎn)機構(gòu)一臺變頻器控制兩臺電動機，行走機構(gòu)一臺變頻器控制八臺電動機。3、變頻器配套設(shè)備的選擇變頻器的配套設(shè)備包括斷路器、接觸器、交流電抗器、制動單元和制動電阻。（1）斷路器的后面可以接一臺或多臺變頻器及其它負載。當變頻器或其它負載因過電流故障時，可自動切斷供電電源，防止事故擴大，以及在維修時為了安全可以通過斷路器來切斷電路與電源的連接。斷路器可以使用普通空氣開關(guān)或高靈敏切斷的斷路器，視需要而定，選用時總通過電流應(yīng)大于負載總電流 1.5 倍以上。本設(shè)計旋轉(zhuǎn)機構(gòu)選用380A 的斷路器，行走機構(gòu)使用280A 的斷路器。（2）接觸器用于日常操作變頻器電源的通斷和斷路器斷開再通電時變頻器

52、不會自動運行而使電動機動作，選用時額定電流也要大于變頻器輸出電流 1.5 倍以上。本設(shè)計旋轉(zhuǎn)機構(gòu)選用380A 的斷路器，行走機構(gòu)使用280A 的斷路器。（3）電源側(cè)交流電抗器通用變頻器把電網(wǎng)電壓的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾蠖冀?jīng)電容濾波，電容器的使用使輸入電流呈尖峰脈沖狀，當電網(wǎng)阻抗小時，這種尖峰脈沖電流極大，造成很大的諧波干擾，并使變頻器整流橋和電容器容易損壞。當變壓器容量大于變頻器容量 10倍以上，電網(wǎng)配電變壓器和輸電線的內(nèi)阻不能阻止尖峰脈沖電流時或者同一電源上有晶閘管設(shè)備或開關(guān)方式控制功率因數(shù)補償裝置時，三相電源不平衡度大于 3%時，都要對輸入側(cè)功率因數(shù)作提高和抑制干擾，都需使用電源側(cè)交流電抗器

53、。一般而言，電源逆變器、電源側(cè)交流電抗器的電感量，采用 3%阻抗即可防止突變電壓造成接觸器跳閘，使總諧波電流畸變下降到原先的 44%左右。實際使用中為了節(jié)省費用，常采用 2%阻抗的電感量，但這對環(huán)保而言是不好的。比較好的場合應(yīng)使用 4%阻抗或更大的電抗器。（4）制動單元和制動電阻選擇采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結(jié)合的方法。通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的起升、變幅、旋轉(zhuǎn)的速度迅速而準確地降到 0(使它們停止)。變頻調(diào)速系統(tǒng)中有一個重要的部分需要考慮，那就是制動單元和制動電阻。制動單元和制動電阻用來釋放掉負荷由勢能轉(zhuǎn)換來的電能。變頻器在帶大位能負載高速下放時，從高速減至

54、零速。從機械特性上分析，電動機產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速方向相反的大于負載的制動轉(zhuǎn)距，以保證負載在下降過程中減速，電動機工作在第象限；從能量角度分析，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，大量機械動能和重力位能轉(zhuǎn)化為電能，除部分消耗在電動機內(nèi)部銅損和鐵損外，大部分電能經(jīng)逆變器反饋至直流母線，使直流母線電壓升高。普通變頻器沒有向電網(wǎng)逆變的功能，往往需要靠制動單元控制，將過量的電能消耗在制動電阻上。如果電能在短時間內(nèi)不能釋放，就會使直流母線電壓過高，變頻器發(fā)出過壓故障(OV)報警 。制動單元的作用是電平檢測和斬波，當檢測到的電壓高于設(shè)定值時，打開制動電阻回路，讓電阻消耗部分電能，釋放的電功率取決于制動單元的容量和電阻值9。變頻器內(nèi)

55、部減速時間設(shè)定值，即最高速減至零速的時間，是衡量制動過程的標準參數(shù)。減速時間短，要求變頻器輸出制動轉(zhuǎn)矩大，電氣制動功率大，短時間釋放電能大，即要求制動單元容量大，能耗電阻值小。一般當負載慣量不太大時，認為電機制動時最大有70%能量消耗于制動電阻，30%的能量消耗于電機本身及負載的各種損耗上，此時R=UC20.7P×103（4.18）式中：UC制動時母線上的電壓（V）； P電機功率(KW)； R制動電阻()。一般對三相 380 時，U 700V；單相 220 時，U 390V。為了確保制動單元內(nèi)功率管不被損壞，制動電阻的選擇原則是10：制動電阻的功率應(yīng)大于負載功率，且制動電阻要大于制動

56、單元所允許的最小電阻，但太大了制動效果不好，所以要適當。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用三相380 V,75kW變頻器，制動電阻值為：R=UC20.7P×103=70020.7×75×10310行走機構(gòu)采用三相380V，45KW變頻器，制動電阻為：R=UC20.7P×103=70020.7×45×103164.3.4 減速器的選擇回轉(zhuǎn)機構(gòu)減速器傳動比的計算公式：i0=ndn（4.19）式中：nd電動機的額定轉(zhuǎn)速(r/min)； n回轉(zhuǎn)速度（r/min）。i0=14652=732.5回轉(zhuǎn)機構(gòu)的減速器按啟動功率及速比在場頻目錄上選用標準減速器。運行機構(gòu)減速器傳動比的計算公式：i0=Dnd1000v（4.20）式中：D車輪踏面直徑（mm）,D=600mm; nd電動機的額定轉(zhuǎn)速（r/min）, nd=1444r/min; v運行速度（m/min）,v=20r/min。i0=3.14×600×14441000×20=136運行機構(gòu)的重要特點之一是直線運動部分的慣性質(zhì)量遠大于轉(zhuǎn)動部分的慣性質(zhì)量，即起（制）動動載荷的影響是減速器損壞的主要因素。GB3811-83規(guī)定，對于動載荷較大的起重機工作機構(gòu)，其減速器應(yīng)考慮實際的作用載荷來進行選擇或設(shè)計計算。4.3.5 制動器的選擇起重機周期及間歇性的工作特點，使各個工作機構(gòu)經(jīng)常處于