QE150起重機電氣使用說明書

1、上海安頓起重機械安裝有限公司 QE150T起重機電氣使用說明書 QE150T起重機電氣使用說明書 編制 趙國慶審核 翁建華批準 何金龍上海安頓起重機械安裝有限公司2011年 9月您好！歡迎您使用公司是各類起重運輸機械產(chǎn)品！敬請您注意：在使用與維護本公司改造的QE150T起重機之前，請仔細閱讀本電氣使用說明書電氣系統(tǒng)改造說明為滿足招標方通用能源（杭州）有限公司的產(chǎn)品升級換代（特別是對105t工件的翻身）需要，招標方委托供應商：上海安頓起重機械安裝有限公司全權負責將原QE(75/20t+75t)-22m，A5起重機改造為QE150t（120/20/75t）-22m，A5起重機的工作，并對改造后的起

2、重機進行安裝調試驗收取證；一、 上海安頓起重機械安裝有限公司的改造內容和范圍：1、 B跨QE75t+75/20t起重機北側小車75/20t，改成120/20t并提供成套裝置，采用原遙控裝置，2、 所有電機、電氣件、制動器、控制系統(tǒng)（如需要，要求采用原系統(tǒng)）采用原廠設計產(chǎn)品；負責原有75/20t小車的拆除并搬遷到指定地點；3、 負責新120/20t小車的安裝及相應配套設施包括電氣柜（如果需要）、小車移動電纜等的安裝（包括各箱體潤滑油的添加，潤滑油由GEHZ提供）；4、 負責在起重機主梁下增加二個電子顯示屏，顯示起重機兩小車主鉤（75t和120t）噸位的實際重量數(shù)字，5、 要求顯示器的誤差值在各吊

3、鉤的額定載荷時2%，在其他載荷時6%；2個屏幕外形尺寸都是6、 735293，字高8英寸；屏幕采用防墜落設計，并完全負責對 QE150t(120/20/75t)起重機各吊鉤顯示精度的調整。二，電源部分及負荷計算1 供電方式：本機采用AC380V, 3相交流電經(jīng)4根H滑線上機,其中一相接地保護，進起重機總電源柜3VL5763/630A開關（原有），向各機構供電。電源斷路器設置在的總電源柜中（電氣室設置在主梁中），其額定容量根據(jù)裝機容量選配，總斷路器具有過流、欠壓保護功能。整機工作電源由總電源斷路器輸出端引向機上各機構的電源斷路器上樁頭。簡易聯(lián)動臺和遙控器上都裝有緊急停止自鎖按鈕，緊急情況下可拍下

4、該按鈕，總斷路器就自動切各個機構的動力工作電源?？刂齐娫礊锳C220V,在電源柜中設置了AC380V/AC220V的控制變壓器，為緊停回路、各機構控制回路提供電源。根據(jù)現(xiàn)行的起重機安全標準，該機要增加斷相錯相保護繼電器。2.負荷計算：1）整機裝機容量：序號機構名稱電機數(shù)量功率（KW）電流（A）許用電流（A）附注1副起升90kw x19018018075噸2副小車運行11kw x11122223主起升110kw x1110220220120噸（改）4輔起升37kw x13774020噸（改）5主小車運行15kw1530306大車運行15kwx460 120 07照明輔助電源18.5kva18.5

5、 37 378綜合情況總341.5 總683 489由上表可見，改造后的QE150t(120/20/75t)-22m,A5起重機整機裝機容量約為 341.5KW2)最大工作電流單臺機的額定電流按式（138）計算（GB-3811）：Iw=IN1+IN2+IN3+IAUXI （138）式中：Iw 總進線電纜或滑線的額定工作電流，稱作起重機工作電流，單位為安培。IN1功率最大機構電動機的額定工作電流，220A(主小車主鉤)，單位為安培。IN2，IN3工件翻身時其它兩個可能同時工作的機構電動機的額定工作電流180A(副小車75噸吊鉤)、52A(兩個小車同時運行的電流)。IAUXI輔助電氣設備與控制所需

6、的額定工作電流，37A。所以 Iw=IN1+IN2+IN3+IAUXI=220+180+54+37=491 (A)查原通用能源杭州采購的75t+75t起重機的總斷路器選3VL5763-1DE36,額定電流為630A,兼具欠壓脫口跳閘、短路及過流、過載保護；計算結論：原總斷路器可以使用。三，主小車起升機構滿足120t（起升最大速度4.9m/min）電機功率計算1. 120噸起升電動機的選擇1）.穩(wěn)態(tài)起升功率PN(GB-T3811-2008) ： P2.1.1.1計算： PN=Pq*Vq/1000 (P.1)本機(一個吊鉤)： PN電動機的穩(wěn)態(tài)起升功率，單位為千瓦（KW）；Pq額定起升載荷，單位為

7、牛(N)；對吊鉤起重機應包括鋼絲繩和吊具的重力，本機為120t(額定載荷)+12t(吊具和鋼絲繩)；Vq起升速度，單位為米每秒（m/s）,本機120噸主鉤的最快速度為4.9m/min；起升機構總效率，設本機的120噸起升機構的總效率為85%。根據(jù)本機情況： PN=Pq*Vq/1000=(120t+12t)*9800*4.9/60/850=132*9800*4.9/60/850=6338640/60/850=105644/850=124287W125KW2） 由于電動機都過載能力，120噸起升機構選用為1臺110KW變頻電動機，型號為YZP 355L1-10, 額定電流220A,工頻轉速594r

8、pm。3） YZP 355L1-10,采用變頻器驅動控制電機轉速。 2.120噸起升變頻器的選擇1） 變頻器選型變頻器容量按異步電動機功率，選用1臺日本安川 CIMR-G7B4132(132KW)重載型變頻器，帶PG卡，通過HEL-600L-3F。A。編碼器、雙絞屏蔽線（DJPVR-3x2x0.75）進行閉環(huán)矢量控制，變頻器的額定輸出電流為264A,驅動1臺110kw的起升電動機。 由于120噸起升機構要滿足動載試驗，允許過載10%，故要核算一下變頻器的選用情況： 120噸起升機構在額定載荷時的計算電流為125（kw）x2=250（A）當?shù)?20x1.1=132噸物件時，主鉤電機實際出力： I

9、p=1.1*250A=275A,由于變頻器的標準短時過載倍數(shù)200%，此時，變頻器的過載倍數(shù)為275/270x2=0.509,變頻器不過載，容量校核通過。由于120噸起升機構要滿足靜載試驗，允許過載25%，故要核算一下變頻器的選用情況： 120噸起升機構在額定載荷時的計算電流為125（kw）x2=250（A）當?shù)?20x1.25=150噸物件時，主鉤電機實際出力： Ip=1.25*250A=312.5A,由于變頻器的標準短時過載倍數(shù)200%，此時，變頻器的過載倍數(shù)為312.5/270x2=0.579,變頻器不過載，容量校核通過。120噸主起升變頻器參數(shù)設置有：額定電壓、額定電流、最大頻率、最小

10、頻率、基頻、加減速時間、停車方式、以及過載、短路、接地保護等的電機保護功能。起升機構的閉環(huán)控制速度反饋采用增量式脈沖編碼器回饋到變頻器，實時檢測變頻器力矩及轉速信號根據(jù)電動機的實際轉速與主令控制給變頻器的頻率指令比較，隨時微調電動機的實際轉速，使電動機在各種狀態(tài)下轉矩和轉速保證在輸入指令的希望值范圍之內。此系統(tǒng)具有足夠的調速硬度和良好的低頻轉矩特性，克服了定子調壓調速會發(fā)生吊鉤反沖的弊端。起升機構通過HBC遙控器主令搖桿控制進行調速控制，采用液壓制動器，實現(xiàn)零速報閘，可以全速受控，減少報閘閉合時的振動及閘皮磨損，使停車更平穩(wěn)。起升機構的電氣保護有短路及過電流保護、過載保護、超負荷保護和零位保護

11、，當變頻器出現(xiàn)故障信號時，必須通過故障復位按鈕進行復位。為了保證改起重機抬吊工件的總重量不超過150t，改造后的起重機必須增加一個特制的超載限制器，主要功能：所有吊鉤（120t主鉤，75t副鉤，20t輔鉤）總吊重為135t時聲光報警；所有吊鉤總吊重為150t時各吊鉤自動停止上升(但可下降)；120t主鉤和75t副鉤配有大屏幕吊重顯示器；具體改造要求如下所述：變頻調速在起重機上應用的綜述變頻調速技術是起重機調速系統(tǒng)最高成就，與起重機其他調速方式如渦流調速，轉子斬波調速，能耗制動調速，調壓調速，直流調速相比，具有高得多的價格性能比。從90年代起已經(jīng)在國際上獲得廣泛應用。變頻調速技術是應交流電機無極

12、調速的需要而發(fā)展的。20世紀60年代后半期開始，電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT（靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MCT(MOS控制晶體管)、MCTH( MOS控制晶閘管)發(fā)展到今天的IGBT（絕緣柵雙極型晶閘管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管），電力電子器件不斷的推陳出新為變頻調速技術提供了有利的條件。變頻調速起重機是隨著大功率器件IGBT、矢量控制技術和SPWM調制技術的發(fā)明特別是16位、32位、64位微處理的應用而發(fā)展起來的最新調速系統(tǒng)。它具有比上述所有調速系統(tǒng)高得多

13、的價格性能比，其主要技術性能指標已完全達到直流調速系統(tǒng)的技術水平，具有調速范圍大，調速比大于1：100最大調速比可達到1：1000,起制動平穩(wěn)，響應快，容量大，有多達20多項保護控制功能，具有與PLC聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控，全數(shù)字控制等先進功能，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性高，由于接入電動機定子的動力電源是直接經(jīng)過絕緣柵雙極型晶閘管控制的,不需要正反機械連鎖接觸器,不象交流接觸器通斷電源那樣主觸點開閉時有電弧燃燒現(xiàn)象；機械傳動裝置使用籠型電機拖動，電動機轉子回路無外接電阻，因此電機維護方便，且允許起重機長時低速運行等一系列優(yōu)點。目前國內外早已將變頻調速廣泛的應用于調速系統(tǒng)上，但起重機由于其起升機構的位能性負載（

14、重載下降電動機處于發(fā)電狀態(tài)）的特殊性，一段時間來，變頻調速只用于起重機的運行機構上。隨著最近幾年變頻技術的飛速發(fā)展，全變頻調速起重機才獲得了推廣，國外許多公司近年來相繼推出了各自的新產(chǎn)品，并成功的應用于各類起重機上。我公司于94年開始將變頻調速應用于起重機的運行機構上，于96年開始將變頻調速應用于起重機的起升機構上，獲得了成功，填補了國內空白，其總體技術性能達到國際先進，國內領先的水平。目前，起重機的變頻調速已廣泛應用于各類電氣拖動系統(tǒng)的產(chǎn)品上，且已標準化，系統(tǒng)化，全面推向用戶，小到0.5t的電動單梁起重機，大到1200t起重機。我公司到99年11月，已生產(chǎn)全變頻調速起重機150多臺，（包括2

15、00t龍門起重機）。解決了許多國家重點工程中對調速起重機的需求，替代進口，節(jié)約大量的外匯，有著顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。我公司在變頻調速起重機上使用的變頻調速器以日本安川（YASKAWA）的為多，因為目前在諸多變頻器中安川變頻器在價格性能比最優(yōu)，當用戶指定使用西門子公司和ABB公司的變頻器時，我司也可以滿足用戶的要求，不過同功率、同性能的變頻器目前西門子和ABB公司的價格要比YASKAWA貴一些。隨著我國改革開放，國外先進技術不斷進入我國，大量的大型精密設備的安裝，調試，先進工藝的生產(chǎn)過程都要求有調速性能優(yōu)良的調速起重機。為了將我國的調速起重機的技術水平達到國際先進水平，以適應國內時常的需要，

16、我公司自行研制開發(fā)了5250t變頻調速起重機系列產(chǎn)品。下面就起重機常用四種調速方案作簡要比較。渦流調速具有調速比適中，性能穩(wěn)定、可靠，對晶閘管容器要求低的特點，但它要求有笨重的渦流制動器，因而大大增加了調速系統(tǒng)的轉動慣量，這對調速系統(tǒng)是很不利的，同時調速過程中產(chǎn)生的轉差功率消耗在系統(tǒng)器件上，故不能長期低速運行。另外對機構的布置也帶來一定的困難。晶閘管定子調壓調速目前在國際上是很成熟的產(chǎn)品，它具有四象限工作范圍，調速性能良好，但調速范圍最大只能達到1：20，且調速過程中產(chǎn)生轉差功率部分消耗在系統(tǒng)器件上，調速器的價格又較高。國外產(chǎn)品有西門子SIMOTRASHE、ABB的ASTAT系列、TE公司的S

17、TATOVER系列、KONE公司的ACE系列?，F(xiàn)已逐步被變頻調速所取代。直流調速具有優(yōu)良的性能，先進的直流調速系統(tǒng)如法國TE公司的RTV84及美國GE公司的DC300系列、西門子的6RA24系列、具有調速范圍大，起制動平穩(wěn)，響應快，容量大等一系列優(yōu)點。但由于直流電機價格較貴，且維修不便。電控部分的價格較高，現(xiàn)已逐步被變頻調速多取代。起重機變頻調速具有比上述所有調速系統(tǒng)高得多的價格性能比，其主要技術性能指標已達到直流調速系統(tǒng)技術水平、具有調速范圍大，速比可大于1：1000，起制動平穩(wěn)，響應快，容量大，有多達20多項保護控制功能系統(tǒng)，具有與PLC聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控，全數(shù)字控制等先進功能，穩(wěn)定性好，可靠性高

18、，易于維護，允許長期低速允許等一系列優(yōu)點，近兩年來被國內外所廣泛采用。下表是起重機主要四種調速方案主要性能及價格比較表，從表中可見，起重機變頻調速具有最好的價格性能比。調速方式渦流調速調壓調速直流調速變頻調速調速基本原理利用渦流制動器的制動力矩與電機軟化特性的組合特性調速改變電機供電電壓，結合改變轉子電阻值進行閉環(huán)調速改變直流電機的勵磁電壓進行調速改變籠型電機的供電電壓及頻率進行調速使用電機異步繞線籠型電機異步繞線籠型電機直流滑環(huán)電機交流籠型電機調速性能耗能性，能耗最大耗能性，能耗最大節(jié)能型節(jié)能型最大調速比1：101：201：1001：100調速范圍10%45%額定速度5%50%額定速度1%1

19、50%額定速度1%200%額定速度響應速度較慢較快快快特性硬度（閉環(huán)）5%較差12%較好1%0.2%好1%0.2%好低速運行時間較短較長可長期低速運行可長期低速運行維護較簡單較簡單復雜簡單超同步運行（起升）不可以不可以可以可以起重機變頻調速系統(tǒng)的工作原理由于拖動電機采用變頻器調速具有啟制動平穩(wěn)，對機械機構沖擊小等優(yōu)點，目前，變頻調速系統(tǒng)已逐漸成為電氣調速傳動的主流，即使在大型、高精度、快響應的調速系統(tǒng)中，直流電機調速系統(tǒng)也有逐步被變頻調速系統(tǒng)取代的趨勢。在起重機調速領域，起重機變頻調速系統(tǒng)具有比其它調速系統(tǒng)高得多的價格性能比，必將成為起重機調速系統(tǒng)的主流。起重機由于其起升機構的位能性負載的特殊

20、性，過去一段時間以來，變頻調速只用于起重機的運行機構上。隨著最近幾年變頻技術的飛速發(fā)展，全變頻調速起重機才獲得了推廣，國外許多公司近年來相繼推出了各自的新產(chǎn)品。我們于96年開始將變頻調速應用于起重機的起升機構上，獲得了成功，填補了國內空白，其總體技術性能達到國際先進，國內領先的水平。1.變頻調速之所以發(fā)展如此迅速，與如下一些關鍵性技術的突破有關。1.1電力電子器件制造技術發(fā)展近年來，高速開關絕緣柵雙極型晶體管IGBT的應用，提高了電源開關頻率，極大地改善了電源輸出波形，提高了系統(tǒng)功率因數(shù)。降低了變頻容量的配置及系統(tǒng)成本，使變頻器大規(guī)模推廣使用成為可能。目前IGBT單只最大電流可達1000A以上

21、，電壓在1200V以上。1.2 變頻裝置的高性能早期的變頻調速系統(tǒng)基本上采用V/F控制方式在改變電動機電源頻率的同時改變電動機電源的電壓，使電動機的磁通保持一定，調速范圍較寬，無法得到快速的轉矩響應，低速特性較差。隨著“矢量控制”磁場定向控制技術的應用，改變了過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電流的量值進行控制的方法，實現(xiàn)了在控制量值的同時也控制其相位的新的控制思想，使用坐標變換的方法，實現(xiàn)定子電流的磁場分量與轉矩分量的解藕控制，可以使交流電機像直流電機一樣具有良好的調速性能。YASKAWA G7 系列變頻器采用世界領先技術的“3電平控制方式”是真正的電流失量控制系統(tǒng)，這一直接轉矩控制技術的發(fā)明，使變頻調

22、速系統(tǒng)的性能有了進一步的提高。 1.3 SPWM沖寬度調制技術的應用SPWM技術伴隨著自關斷技術的發(fā)展而發(fā)展起來的，它可以改善變頻器的輸出波形，降低諧波，減少脈動轉距，簡化了變頻器的結構，加快調節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。1.4 全數(shù)字控制技術的應用變頻調速系統(tǒng)是一種全數(shù)字控制系統(tǒng)，其特點如下：（1）高精度。特別是在變頻器中使用了16位至64位處理器，系統(tǒng)精度大為提高；（2）穩(wěn)定性好。由于控制信息為數(shù)字型式，故不易隨時間和溫度發(fā)生變化；（3）可靠性高。由于采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中硬件電路數(shù)量減少，相應的故障率大大降低。（4）靈活性好。系統(tǒng)中硬件向標準化、集成化方向發(fā)展；（5）存儲力強。

23、存儲容量大，存放時間幾乎不受限制，故可在存儲器中存放大量數(shù)據(jù)和表格。利用查表法簡化計算，提高運算速度。（6）邏輯運算能力強。實現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障搜索等功能，使變頻器的可靠性，可使用性，免維修性大大提高。2.起重機變頻調速的工作原理及其工作狀態(tài)2.1 變頻調速的簡單原理在交流異步電動機諸多調速方法中，變頻調速的性能最好。調速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對三相籠型異步電動機進行調速控制，由于使用方便、可靠性高且經(jīng)濟效益顯著，現(xiàn)已被大量的應用于各種調速系統(tǒng)中。2.1.1 變頻調速的基本控制方式異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為n1=60f1/np式中 n1同步轉速（r

24、/min）；f1定子頻率（HZ）；np磁極對數(shù)。而異步電動機的軸轉數(shù)為：n= n1（l-s）=60f1/np（l-s）式中s異步電動機的轉差率，s=（n1n）/ n1。改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現(xiàn)調速運行。對異步電動機進行調速控制時，希望電動機的主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉距小，電動機的負載能力下降；磁通太強，則處于過勵磁狀態(tài)。使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負載分量，為使電動機不過熱，負載能力也要下降。異步電動機的氣隙磁通（主磁通）是定、轉子合成磁動勢產(chǎn)生的，下面說明怎樣才能使氣隙磁通保持恒定。由電機理論知道,三相異步電動

25、機定子每相電動勢的有效值為E1=4.44f1N1m式中 E1定子每相由氣隙磁通感應的電動勢的方均根值(V);f1定子頻率(Hz);N1定子相繞組有效匝數(shù)；m每級磁通量（Wb）。由于式可見，m的值是有E1和f1共同決定的，對E1和f1進行適當?shù)目刂?，就可以使氣隙磁通m保持額定值不變。下面分兩種情況說明：（1）基頻以下的恒磁通變頻調速 這是考慮從基頻（電機額定頻率 f1N）向下調速的情況。為了保持電動機的負載能力，應保持氣隙主磁通m不變，這就要求降低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持E1/f=常數(shù)，即保持電動勢與頻率之比為常數(shù)進行控制。這種控制又稱為恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。但是，E1難

26、于直接檢測和直接控制。當E1和f1的值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如忽略不計，則可以近似地保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認為U1= E1,保持U1/ f1=常數(shù)即可。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。當頻率較低時，U1和E1都變小 定子漏阻抗壓（主要是定子電壓降） U1不能再忽略。這種情況下，可以人為地 2適當提高定子電壓以補償定子電阻壓降 1的影響，使氣隙磁通基本保持不變。 如圖1所示，其中1為U1/ f1=C時 的電壓、頻率關系，2為有電壓補償時（近似的E1/f1=C）的電壓、頻率關系。實際裝置中U1與f1的函數(shù) 0 圖1U/f關系 f1關系并不簡單的如曲線

27、2所示。通用變頻器中U1與f1之間的函數(shù)關系有很多種，可以根據(jù)負載性質和運行狀況加以選擇。（2）基頻以上的弱磁變頻調速 這是考慮由基頻開始向上調速的情況。頻率由額定值f1N向上增大，但電壓U1受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1= U1N不變。必然會使主磁通隨著f1的上升而減小，相對于直流電動機弱磁調速的情況，屬于近似的恒功率調速方式 m,U1 恒轉矩調速 恒功率調速 U1N上述兩種情況綜合起來， mN異步電動機變頻調速的基本控制方式如圖2所示。由上面的討論可知，異 m步電動機的變頻調速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定 f1N f1子電壓和頻率， 圖2異步電動機變頻調速時控制特性即必須

28、通過變頻裝置獲得電壓頻率均可調節(jié)的供電電源，實現(xiàn)所謂的VVVF（Variable Voltage Variable frequency）調速控制。通用變頻器可適應這種異步機變頻調速的基本要求。用VVVF變頻器對異步電動機機械變頻控制時的機械特性如圖3所示。圖3表示在U1/f1=C的條件下得到的機械特性。 n n 0 T 0 Ta) b) U1 電動時 空載時 再生時 0 f1c)圖3異步機變頻調速的機械特性 a) U1/ f1=C b) E1/f1=C c) U1與f1間的關系在低速區(qū)由于定子電阻壓降的影響使機械特性向左移動，這是由于主磁通減小的緣故。圖3表示采用了定子電壓補償是的機械特性。圖

29、3則示出了端電壓補償?shù)腢1與f1之間的函數(shù)關系。 2.1.2 變頻器的基本構成變頻器分為交交和交直交兩種形式。交交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交直交變頻器則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱間接式變頻器。我們主要研究交直交變頻器，以下簡稱變頻器。變頻器的基本構成如圖4所示，由諸回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成，分述如下： 網(wǎng)側交流器I 中間直流環(huán)節(jié)III 負載變流器II 3 O 整流器 逆變器 AC DC 控 控 制 制 指 指 令 控制電路 令 運行指令圖4變頻器的基本構成（1

30、）整流器 電網(wǎng)側的交流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相）交流整流成直流。（2）逆變器 負載側的變流器II為逆變器。最常見的結構形式是利用六個半導體主開關器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律地控制逆變器中主開關的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。（3）中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功能因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。（4）控制電路 控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸

31、入、輸出電路和驅動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機進行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。2.2 起重機變頻調速系統(tǒng)中電動機的幾種調速方式通常情況下，電力拖動系統(tǒng)電動機有恒磁通調速方式、恒功率調速方式、恒電流調速方式三種。其力矩曲線見圖5。 f150HZ 100HZ 恒功率調速50HZ 恒轉矩調速（恒磁通、恒電流調速） Me M圖5電動機恒功率調速、恒磁通調速、恒電流調速力矩曲線2.3 起重機變頻調速中電動機的幾種控制方式起重機變頻調速中

32、電動機的常用的控制方式有開環(huán)U/F控制方式，開環(huán)矢量控制方式，和閉環(huán)U/F控制方式、閉環(huán)矢量控制方式。U/f控制模式有稱作VVVF控制方式，變頻器輸出的電壓U和頻率F 是由儲存在變頻器內的由軟件可選的U/F發(fā)生器決定的。當負載變化時，在頻率f不變的條件下，電機的實際轉速將隨負載轉矩的變化而變化。常用于速度要求不十分嚴格或負載變動較小的場合，如起重機平移機構。此外，在開環(huán)情況下的U/f控制模式，可以實現(xiàn)一臺變頻器同時驅動多臺電機，這也是它的一個優(yōu)點。這種控制方式通常用于大車運行機構多電機的驅動。矢量控制技術是將過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進行控制的方式，改進為在控制

33、量值的同時也控制其3個電流相位和將其變換為2相電流的新的控制思想，其作法是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic,通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1,Ib1變換，在通過按轉子磁場定向旋轉變化，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1,It1( Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于直流電動機的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，通過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。使用坐標變換的方法，實現(xiàn)異步電動機定子電流的磁場分量和轉矩分量的解耦控制，可以使交流電動機象直流電動機一樣具有良好的調速性能。具有優(yōu)良的調速性能和機

34、械特性，這種控制方式通常用于單電機拖動的機構如起升機構的驅動。 2.4 起重機變頻調速中電動機的幾種制動方式。起重機變頻調速中電動機的常用的制動方式有：2.4.1 主令控制器回零后，電機自由滑行一段時間（其量值可設置），然后制動器抱閘制動，這種制動狀態(tài)常常由于機構的慣性電動機還在快速旋轉時制動器就閉合，這對傳動機構沖擊較大；2.4.2 主令控制器回零后，變頻器給電機送入一定的直流電（其量可設置），使電機工作在直流制動狀態(tài)，當電機速度下降到一定的值（其量可設置），制動器抱閘制動。這種制動狀態(tài)，由于制動能量消耗在電機上，故不宜使用在頻繁的場合。2.4.3主令控制器回零后，使電機處于發(fā)電制動狀態(tài)，當

35、電機速度下降到一定的值（其量可設置），制動器抱閘制動。這種制動狀態(tài)，由于制動能量主要消耗在與變頻器連接的電阻上，電路簡單可靠，對電網(wǎng)沒有污染，故用得較多，起升機構皆使用這種方式，運行機構也都使用這種方式。3.我公司使用變頻器調速起重機主要技術指標3.1輸入電壓：三相380V或400V（+10% -15%），交流50HZ或60HZ3.2最大輸出電壓：三相380V 或400V3.3控制電機容量0.4300KW3.4調速范圍：1：10，最大1：2003.5機械特性硬度：優(yōu)于0.2%3.6控制方式：a.駕操主令控制器控制方式在起重機上控制；b.無線遙控器控制方式在地面控制；c.有線地操控制方式在地面控

36、制;d.駕操主令控制器+無線遙控器控制方式;f有線地操控制+無線遙控器控制方式;3.7速度整定：對4檔速度設定的，出廠設置為10%、25%、50%、100%的額定速度；對5檔速度設定的，出廠設置為10%、20%、40%、60%、100%的額定速度；當合同有要求時，按合同要求設定。3.8保護功能 我司生產(chǎn)變頻調速起重機具有多種保護功能： 1.電機過載保護 2.變頻器過電流保護 3.欠電壓保護 4.失速保護 5.超速保護 6.限位開關區(qū)域運行保護7.短路保護 8.缺相保護 9.制動單元過熱保護 10.制動電阻過熱保護 11.脈沖編碼器斷線保護 12.松剎確認保護我廠生產(chǎn)的變頻調速起重機，主要采用日

37、本安川（YASKAWA）616G5系列（過去）和616G7系列（現(xiàn)在）原裝進口變頻器，西門子的6ES70/6ES71系列變頻器，ABB的ACS600/ACS800系列變頻器。4.主起升機構變頻調速原理說明主起升機構原理圖見隨機資料，由通用的下圖可見，起升系統(tǒng)使用全矢量閉環(huán)控制方式。圖中1NV-S為起升用變頻器，PG為脈沖編碼器，+61-MS1為起升變頻電機，MF為變頻電動機的冷卻風機，Y1、Y2為制動器，US1（、US2、U3S）為制動單元，RS11、RS12、RS13、RS14為制動電阻器。變頻器內的PGB2卡用于帶脈沖編碼器反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電源電壓由斷路器Q1S，經(jīng)進線側電抗器LS(選

38、用件，大容量變頻器不用)送入變頻器。原理圖中變頻器的方向控制信號不進plc,而是由K321、K321A、K322、K322A組合成的雙繼電器常開串聯(lián)控制回路進入變頻器，排出了由于PLC內部故障造成起升機構方向控制失靈的危險故障，其他速度輸入部分來自PLC，限位信號、保護信號以及變頻器輸出的反饋信號，包括力矩信號、零速信號、超速信號、故障信號，從而進行邏輯運算和控制。PLC的輸出部分，一方面作為變頻器的輸入，使變頻器按主令的速度要求工作，另一方面控制相關的繼電器工作，使變頻器調速系統(tǒng)的主接觸器，制動器及起升電機冷風機（如有配置）正常工作。遙控器和簡易聯(lián)動臺主令采用4-0-4控制方式，其速度分別為

39、10%、20%、50%、100%的額定速度。其中-1F7為超載限制器，+61-S93-1、S93-3分別為升降限位，+61-S93-2為上升預限位，當預限位起作用時，起升機構以10%的額定速度運行，+61-S95為重錘限位，S95動作和120t超載限制單元-1F7 和3鉤總超載限制單元F7(見輔起升回路)動作時，變頻器的上升驅動源自動鎖閉。當?shù)蹉^重載下降時，電機處于發(fā)電制動狀態(tài)，這部分能量由變頻器的逆變器轉入中間儲能環(huán)節(jié)，當儲能電容二端電壓升至允許的最高電壓時（400V級變頻器為720V760V），制動單元被激活。這部分能量由變頻器經(jīng)制動單元US1（、US2、US3），由制動電阻RS1、RS2

40、、RS3以發(fā)熱的形式消耗，對大容量變頻器驅動的大功率電動機，往往需要配置多個制動單元和制動電阻器，以釋放其制動能量。US1的5、6二端分別與US2的1、2端相連接，使二個制動單元同時工作，避免由一只制動單元獨立承擔全部釋放能量而損壞制動單元；選用二個以上的制動單元時，第一個制動單元US1的主從控制選擇端子應該選擇在主控（MARSTER）位置，其他幾個（US2、US3）的主從控制選擇端子應該選擇在從控（SLAVE）位置。制動單元的3、4端為其溫度控制觸點，并作為PLC的輸入信號，當制動單元過熱時，為不讓電阻器燒斷，變頻調速系統(tǒng)會暫時停止工作。5. 副起升機構變頻調速原理說明輔起升機構原理圖見隨機

41、資料，由通用的下圖可見，起升系統(tǒng)使用全矢量閉環(huán)控制方式。圖中1NV-F為起升用變頻器，PG為脈沖編碼器，+61-MF為起升變頻電機，MF為變頻電動機的冷卻風機，Y1、Y2為制動器，UF1（、UF2、UF3）為制動單元，RF1、RF2為制動電阻器。變頻器內的PGB2卡用于帶脈沖編碼器反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電源電壓由斷路器Q1F，經(jīng)進線側電抗器LS(選用件，大容量變頻器不用)送入變頻器。原理圖中變頻器的方向控制信號不進plc,而是由K621、K621A、K622、K622A組合成的雙繼電器常開串聯(lián)控制回路進入變頻器，排出了由于PLC內部故障造成起升機構方向控制失靈的危險故障，其他速度輸入部分來自PL

42、C，限位信號、保護信號以及變頻器輸出的反饋信號，包括力矩信號、零速信號、超速信號、故障信號，從而進行邏輯運算和控制。PLC的輸出部分，一方面作為變頻器的輸入，使變頻器按主令的速度要求工作，另一方面控制相關的繼電器工作，使變頻器調速系統(tǒng)的主接觸器，制動器及起升電機冷風機（如有配置）正常工作。遙控器和簡易聯(lián)動臺主令采用4-0-4控制方式，其速度分別為10%、20%、50%、100%的額定速度。其中-3F7為超載限制器，+61-S94-1、S94-3分別為升降限位，+61-S94-2為上升預限位，當預限位起作用時，起升機構以10%的額定速度運行，+61-F95為重錘限位，F(xiàn)95動作和20t超載限制單

43、元-3F7 和3鉤總超載限制單元F7(見輔起升回路)動作時，變頻器的上升驅動源自動鎖閉。6. 平移機構變頻調速原理說明平移機構是指起重機大車、小車驅動系統(tǒng)。對平移機構進行變頻調速時，其變頻器控制的電機數(shù)量視驅動平移機構的電機數(shù)量而定。變頻器采用U/f控制模式，用一臺變頻器可同時控制多臺電機同時工作，可以控制1只電機，也可以同時控制2只、4只或8只電機。下圖為通用的四電機驅動的運行機構電氣原理圖，圖中1ND-D為變頻器，MD1MD4為驅動電機，F(xiàn)D1FD4為熱繼電器，UD1為制動單元，RD為制動電阻，K507（圖中未畫）為制動單元過熱繼電器。S43（圖中未畫）為速度主令控制器，S91、S92（圖

44、中未畫）為正反方向限位，S93、S94（圖中未畫）為預限位，若不設預限位，則可將連接S93、S94的端子短接即可。遙控和簡易聯(lián)動臺主令S43（S44）采用4-0-4方式，其速度出廠設定為15%、30%、50%、100%的額定速度，變頻器的9、10端為零速接點輸出，零速頻率的設定可以由軟件設置，其設定范圍為010HZ。當運行速度由高速轉向低速或回零時，電機將處在發(fā)電制動狀態(tài)，這部分能量由變頻器的逆變器轉入中間儲能環(huán)節(jié)，使儲能電容二端的電壓升高，當該電壓達到所允許的最高電壓時，制動單元被激活，其能量通過制動單元經(jīng)電阻器發(fā)熱消耗掉，運行機構制動減速。當運行速度降至設定的零速頻率時（設置的零速頻率應低

45、于系統(tǒng)設定的最低工作頻率），變頻器的9、10端閉合，繼電K506吸合，接觸器K7釋放，制動器抱閘，以保證停車的平穩(wěn)。圖中制動單元的連接方式與起升機構相同。 平移機構變頻調速原理圖當運行機構停止工作時，斷電延時繼電器K520（圖中未畫）和接觸器K6D（圖中未畫）延時釋放，使驅動電機的冷卻風機繼續(xù)運行一段時間，以加強對驅動電機的冷卻?？紤]到變頻器同時控制四只電動機，而變頻器的過流保護是針對其工作的總電流的，為了保護每個電機，防止過熱，故每個電機都獨立使用一個熱繼電器，它的觸點可串入相應的變頻器控制回路，當電機過熱時，熱繼電器動作，變頻器的控制端立即封鎖，變頻器無輸出，大車電動機全部斷電。7.我公司

46、變頻調速起重機研制過程及現(xiàn)狀7.1在我變公司頻調速起重機研制開始于1995年，變頻器是變頻調速的關鍵部件，為此對它進行了大量的調研工作。由于市場上進口及國產(chǎn)變頻器種類繁多，適配情況不一，加之起重機本身的特殊性能要求，因此選用適合于起重機使用的變頻器尤為重要。對于起重機而言，要求起動力矩大，低速時也能保持恒定。起、制動平穩(wěn)，安全，可靠。由于起重機加、減速頻繁，正反轉頻度高。另外，起重機的操作也有其特定的方式，使用的工業(yè)條件比較惡劣。變頻器安裝在起重機上，隨起重機的運行而處于動態(tài)運動之中，這些狀況對變頻器提出較高的要求。對變頻的選用，我們從以下幾方面著手：選擇適合起重機工作特點的，具有大于150%

47、的高起動轉矩高制動轉矩能力，能承受+10%-15%電源電壓波動，能在小于5%二相不平衡電網(wǎng)中正常工作，能承受環(huán)境溫度不小于45的適宜于頻繁起制動的變頻器，并就符合上述要求的變頻器進行廣泛的用戶調研，確認其現(xiàn)場使用的可靠程度。對初步入選的變頻器供應商分別約請他們進行商談，以了解他們在中國的業(yè)績，技術支持能力，維修服務能力，價格及售后服務等。對合適的變頻器進行試運行。將變頻器裝在我廠的一臺起重機上進行試驗性運行，以取得一定的經(jīng)驗，然后投入產(chǎn)品的試制階段。產(chǎn)品的試制分兩步進行。第一步先將變頻器用于運行機構上。由于起重機的運行機構主要表現(xiàn)為阻力性負載，故在運行機構上采用v/f控制方式，即可變電壓，可變

48、頻率控制方式，使用制動單元及制動電阻作為運行機構制動時的能量釋放回路。經(jīng)上海嘉日鋼板有限公司、上海美堅鋼結構廠等幾個月的工業(yè)運行，最后我們決定選用安川變頻器作為首選產(chǎn)品。在上述工作中同時取得了在起重機平移機構使用變頻器的經(jīng)驗。第二步，著手進行起重機起升機構變頻調速的試驗工作。由于起升機構屬位能性負載，其重載下降時的能量必須認真對待，對該能量，一般有二種處理方法，一是反饋電網(wǎng)，但系統(tǒng)成本將大大提高；二是通過制動單元和制動電阻消耗掉。除了正確設置變頻器的相關數(shù)據(jù)以外，正確計算電阻的功率、放電電流，正確的選用電纜也是至關重要的。為此，首先在我廠50/20t起重機的起升機構作變頻調速試驗，并測試了大量

49、的數(shù)據(jù)。在公司內起重機工業(yè)性運行試驗的基礎上，我廠又對最初投入的大噸位全變頻125t/75t起重機再作類似上述的試驗，并采用變頻電機作為驅動電機，以取得大噸位起重機變頻調速的經(jīng)驗，獲得了成功。在制造過程中，從圖紙設計，外購件選定，元器件篩選等都嚴格把關。進行正確選用變頻器，正確選用電機，正確使用、配置外部設備的研究，以便獲得最佳選用值，既保證可靠性，又降低成本。切實保證系統(tǒng)的可靠性。實施效果：上述試驗表明，起重機使用全變頻調速控制，性能良好，調速比達到1：100；特性硬度0.2%；且節(jié)電效果明顯，節(jié)電率達50%。在公司內起重機工業(yè)性運行6個月無故障運行以后，全變頻調速起重機才推向用戶，該技術的

50、研制成功，填補了國內空白，其總體技術性能達到國際先進，國內領先的水平。在取得上述經(jīng)驗的基礎上，97年我廠將全變頻調速起重機全面推向市場，并完成了5250t變頻調速起重機的系列設計工作。7.2 由于市場上的變頻器為通用變頻器，而起重機由于其特殊的使用條件和工況，特別是位能性負載和反復短時工作制的情況，為此必須對許多問題進行計算和研究。在產(chǎn)品研制中，我們解決了如下變頻器用于起重機各機構進行調速后的一系列問題。7.2.1對變頻器用于起重機各機構進行調速后對起重機總體性能的研究及正確設置參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。7.2.2 變頻器用于起重機的適用范圍及環(huán)境條件。對不同工作制，不同接電持續(xù)率的起重機如何選用

51、變頻電機與電機制造廠作了深入的探討、計算和研究，以滿足系統(tǒng)的要求。7.2.3 起重機變頻調速后對于不同工作制，不同接電持續(xù)率不同機構所選用的電機，就如何合理選用變頻器和制動器的容量提出計算公式。7.2.4對不同工作制所選用的電機，選配適當?shù)淖冾l器進行了計算和研究，并通過工業(yè)運行予以證實。7.2.5起重機各機構，特別是起升機構使用變頻調速后反饋能量的處理，耗能電阻的功率，阻值的計算及其對系統(tǒng)的影響。7.2.6起重機各機構中多電機驅動工況下變頻器的工作狀態(tài)和其容量的正確計算。7.2.7對使用變頻調速后的動力電纜的選用進行討論與論證，并提出一套完整的電纜選用方法。7.2.8對起重機使用變頻調速后，電

52、網(wǎng)與變頻裝置的相互影響，浪涌電流及高次諧波的影響進行研究，并采取相應的措施予以解決。7.2.9對變頻遙控起重機的變頻調速系統(tǒng)與遙控器之間的可能產(chǎn)生相互干擾的情況進行工業(yè)運行試驗，以了解其相互之間的影響，采取措施予以解決。7.2.10完成了5250t變頻調速起重機的系列化設計工作。7.2.11對有關技術人員、調試維修人員進行系列技術培訓。使我廠變頻起重機在設計、制造、施工、出廠調試、現(xiàn)場調試、售后服務等方面形成全面的質量管理體系，為我廠變頻調速起重機的產(chǎn)品質量提供了可靠的保證。我廠現(xiàn)已生產(chǎn)全變頻調速起重機150多臺（包括200t龍門起重機）。解決了許多國家重點工程中對調速起重機的需求，替代進口，節(jié)約了大量的外匯，有著顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。我廠的全變頻調速起重機系列處國際先進，國內領先水平，獲