隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，變頻調(diào)速技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中應(yīng)用于起重機(jī)械行業(yè)更為突出。這是因?yàn)樽冾l調(diào)速技術(shù)具有效率高、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、起動(dòng)/制動(dòng)平穩(wěn)且沖擊小、可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速及節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。而到目前為止，國(guó)內(nèi)大部分橋式起重機(jī)仍然使用傳統(tǒng)的繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)上各機(jī)構(gòu)起停及運(yùn)行速度的控制；但該傳統(tǒng)調(diào)速方式只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，起動(dòng)/制動(dòng)沖擊電流大，存在大量的轉(zhuǎn)差功率消耗于轉(zhuǎn)子串接的電阻上，致使電機(jī)的機(jī)械特性很軟，調(diào)速精度差、范圍小，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)的電刷、滑環(huán)及制動(dòng)器有比較大的沖擊，維修率較高。所以，為滿足生產(chǎn)需要，提高設(shè)備的效益，降低維修率，節(jié)約電能等方面考慮，現(xiàn)利用變頻調(diào)速技術(shù)與PLC控制相結(jié)合對(duì)橋式起重機(jī)中進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及研究。
一、橋式起重機(jī)的簡(jiǎn)述
橋式起重機(jī)是目前在工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重搬運(yùn)吊裝設(shè)備。其一般分為三個(gè)基本
機(jī)構(gòu)：用于提升重物的起升機(jī)構(gòu)、用于移動(dòng)重物的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)（即橋式起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)）和用于移動(dòng)重物的縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)（即橋式起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)），如圖1橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖1橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖
其中橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是通過(guò)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器和減速器帶動(dòng)繞有鋼絲繩的卷筒，使吊鉤升或降。而橋式起重機(jī)的兩個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，也分別是通過(guò)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器和減速器帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
二、橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的概述
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的工作原理：在異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s一定的情況下，只改變異步電動(dòng)機(jī)的供電電源頻率f，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。但當(dāng)供電電源頻率f小于電動(dòng)機(jī)的額定工作頻率內(nèi)變化時(shí)，因端電壓U≈（式中：E1－感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、f－供電電源頻率、w—串聯(lián)匝數(shù)、k—繞組系數(shù)、φ－電機(jī)的磁通），只有維持U/f為常數(shù)，才能保證電機(jī)的磁通φ不變，保證電動(dòng)機(jī)的性能不變。而當(dāng)供電電源頻率f大于電動(dòng)機(jī)的額定工作頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，若仍維持U/f為常數(shù)，端電壓U將超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電壓，這是不允許的，因此，在實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時(shí)，應(yīng)保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率f增加，電動(dòng)機(jī)磁通φ將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也將隨之下降，而輸出功率近似恒定。
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速方式一般采用U/f控制方式、矢量控制方式及直接轉(zhuǎn)矩控制方式。其中起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般采用閉環(huán)的矢量控制方式或閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式；而移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般開(kāi)環(huán)的U/f控制方式或開(kāi)環(huán)的矢量控制方式。
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速一般分起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速和移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速，其主要由機(jī)構(gòu)中的變頻電機(jī)、變頻器、控制器件及線路保護(hù)開(kāi)關(guān)等組成。但為了防止變頻器對(duì)外界的干擾和對(duì)自身的保護(hù)、以及提高電機(jī)控制的精度，一般在變頻器周圍配有AC/DC電抗器、制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻、濾波器及傳輸卡件等。而其中，根據(jù)橋式起重機(jī)機(jī)構(gòu)用途的不同，在起升機(jī)構(gòu)所用的變頻電機(jī)內(nèi)都配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，提高調(diào)速精度和響應(yīng)速度。同時(shí)控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，取代過(guò)去采用交流接觸器控制，使控制系統(tǒng)可靠性高、應(yīng)用靈活、線路簡(jiǎn)單、易于使用及故障率低等。
三、橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速設(shè)計(jì)
1、橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的硬件選擇
（1）變頻電機(jī)的選擇
a、起升機(jī)構(gòu)變頻電機(jī)應(yīng)滿足：
（式中：P－電機(jī)容量（kw）；G－額定重量（kg），應(yīng)考慮125%的過(guò)載能力；v－額定線速度（m/min）；η－機(jī)械效率）。
b、移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻電機(jī)應(yīng)滿足：
（式中：P－電機(jī)容量（kw）；u—移動(dòng)阻力（kg）；V—額定速度（m/min）；η—機(jī)械效率）。在室外的情況下，移動(dòng)阻力中還須包括風(fēng)阻和由于移動(dòng)路徑的傾斜度（水平度）而加大的阻力等。
（2）變頻器的選擇
在選擇橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)變頻器的容量時(shí)，通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。變頻器的銘牌輸出電流I1應(yīng)滿足以下條件：且（式中：Ie－電動(dòng)機(jī)額定電流；I0－電動(dòng)機(jī)最大工作電流，為靜載電流和動(dòng)載電流之和；K0－安全系數(shù)，重復(fù)短時(shí)工作制一般場(chǎng)合取1～1.1；K1－最大負(fù)載系數(shù)，即所需最大轉(zhuǎn)距與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)距之比；K2－余量系數(shù)，一般取1.2；K3－變頻器過(guò)載能力系數(shù)，見(jiàn)產(chǎn)品手冊(cè)。）
（3）制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元的選擇
制動(dòng)電阻阻值的計(jì)算基準(zhǔn)：變頻電機(jī)再生電能必須被制動(dòng)電阻完全吸收，即滿足R＝V²/Pe×Kc
；而制動(dòng)單元按制動(dòng)電流選擇，即滿足
(式中：R-制動(dòng)電阻等效電阻值；V－制動(dòng)單元直流工作點(diǎn)電壓，一般取700V；Pe－電機(jī)額定功率；Kc－制動(dòng)頻度，在橋式起重機(jī)中取0.2～0.4；K－回饋時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。
（4）可編程控制器（PLC）的選擇
在橋式起重機(jī)中，由于各機(jī)構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個(gè)機(jī)構(gòu)所需的PLC總點(diǎn)數(shù)一般在19～20個(gè)點(diǎn)。對(duì)一臺(tái)三個(gè)機(jī)構(gòu)的橋式起重機(jī)一般所需的總點(diǎn)數(shù)在60個(gè)左右。
（5）其它電氣元器件按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，在此不作詳細(xì)說(shuō)明。
一、橋式起重機(jī)的簡(jiǎn)述
橋式起重機(jī)是目前在工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重搬運(yùn)吊裝設(shè)備。其一般分為三個(gè)基本
機(jī)構(gòu)：用于提升重物的起升機(jī)構(gòu)、用于移動(dòng)重物的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)（即橋式起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)）和用于移動(dòng)重物的縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)（即橋式起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)），如圖1橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖1橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖
其中橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是通過(guò)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器和減速器帶動(dòng)繞有鋼絲繩的卷筒，使吊鉤升或降。而橋式起重機(jī)的兩個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，也分別是通過(guò)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器和減速器帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
二、橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的概述
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的工作原理：在異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s一定的情況下，只改變異步電動(dòng)機(jī)的供電電源頻率f，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。但當(dāng)供電電源頻率f小于電動(dòng)機(jī)的額定工作頻率內(nèi)變化時(shí)，因端電壓U≈（式中：E1－感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、f－供電電源頻率、w—串聯(lián)匝數(shù)、k—繞組系數(shù)、φ－電機(jī)的磁通），只有維持U/f為常數(shù)，才能保證電機(jī)的磁通φ不變，保證電動(dòng)機(jī)的性能不變。而當(dāng)供電電源頻率f大于電動(dòng)機(jī)的額定工作頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，若仍維持U/f為常數(shù)，端電壓U將超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電壓，這是不允許的，因此，在實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時(shí)，應(yīng)保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率f增加，電動(dòng)機(jī)磁通φ將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也將隨之下降，而輸出功率近似恒定。
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速方式一般采用U/f控制方式、矢量控制方式及直接轉(zhuǎn)矩控制方式。其中起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般采用閉環(huán)的矢量控制方式或閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式；而移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般開(kāi)環(huán)的U/f控制方式或開(kāi)環(huán)的矢量控制方式。
橋式起重機(jī)變頻調(diào)速一般分起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速和移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速，其主要由機(jī)構(gòu)中的變頻電機(jī)、變頻器、控制器件及線路保護(hù)開(kāi)關(guān)等組成。但為了防止變頻器對(duì)外界的干擾和對(duì)自身的保護(hù)、以及提高電機(jī)控制的精度，一般在變頻器周圍配有AC/DC電抗器、制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻、濾波器及傳輸卡件等。而其中，根據(jù)橋式起重機(jī)機(jī)構(gòu)用途的不同，在起升機(jī)構(gòu)所用的變頻電機(jī)內(nèi)都配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，提高調(diào)速精度和響應(yīng)速度。同時(shí)控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，取代過(guò)去采用交流接觸器控制，使控制系統(tǒng)可靠性高、應(yīng)用靈活、線路簡(jiǎn)單、易于使用及故障率低等。
三、橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速設(shè)計(jì)
1、橋式起重機(jī)變頻調(diào)速的硬件選擇
（1）變頻電機(jī)的選擇
a、起升機(jī)構(gòu)變頻電機(jī)應(yīng)滿足：
（式中：P－電機(jī)容量（kw）；G－額定重量（kg），應(yīng)考慮125%的過(guò)載能力；v－額定線速度（m/min）；η－機(jī)械效率）。
b、移動(dòng)機(jī)構(gòu)變頻電機(jī)應(yīng)滿足：
（式中：P－電機(jī)容量（kw）；u—移動(dòng)阻力（kg）；V—額定速度（m/min）；η—機(jī)械效率）。在室外的情況下，移動(dòng)阻力中還須包括風(fēng)阻和由于移動(dòng)路徑的傾斜度（水平度）而加大的阻力等。
（2）變頻器的選擇
在選擇橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)變頻器的容量時(shí)，通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。變頻器的銘牌輸出電流I1應(yīng)滿足以下條件：且（式中：Ie－電動(dòng)機(jī)額定電流；I0－電動(dòng)機(jī)最大工作電流，為靜載電流和動(dòng)載電流之和；K0－安全系數(shù)，重復(fù)短時(shí)工作制一般場(chǎng)合取1～1.1；K1－最大負(fù)載系數(shù)，即所需最大轉(zhuǎn)距與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)距之比；K2－余量系數(shù)，一般取1.2；K3－變頻器過(guò)載能力系數(shù)，見(jiàn)產(chǎn)品手冊(cè)。）
（3）制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元的選擇
制動(dòng)電阻阻值的計(jì)算基準(zhǔn)：變頻電機(jī)再生電能必須被制動(dòng)電阻完全吸收，即滿足R＝V²/Pe×Kc
；而制動(dòng)單元按制動(dòng)電流選擇，即滿足
(式中：R-制動(dòng)電阻等效電阻值；V－制動(dòng)單元直流工作點(diǎn)電壓，一般取700V；Pe－電機(jī)額定功率；Kc－制動(dòng)頻度，在橋式起重機(jī)中取0.2～0.4；K－回饋時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。
（4）可編程控制器（PLC）的選擇
在橋式起重機(jī)中，由于各機(jī)構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個(gè)機(jī)構(gòu)所需的PLC總點(diǎn)數(shù)一般在19～20個(gè)點(diǎn)。對(duì)一臺(tái)三個(gè)機(jī)構(gòu)的橋式起重機(jī)一般所需的總點(diǎn)數(shù)在60個(gè)左右。
（5）其它電氣元器件按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，在此不作詳細(xì)說(shuō)明。
