桥式起重机变频调速改造毕业设计(编辑修改稿)

桥式起重机变频调速改造毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

比控制、转差频率控制的变频调速系统由于是从控制电动机的平均转矩的角度出发来控制电动机的转速，因而难以获得较理想的动态性能，异步电动机在高精度调速系统和 伺服系统中的应用受到限制。 而矢量控制是从根本上解决了这个问题，使交流调速系统的应用范围迅速扩大。 适用于通用的鼠笼式电动机，无速度传感器的矢量控制变频调速技术的应用，该技术使变频控制装置不再配套专用电机，而且可通过软件对一般的鼠笼式电机 — 矢量控制装置实施参数调整，进一步降低电气电机的投资而且维护保养方便。 变频器使用 PWM 技术可严格地使输入电流正弦 1cos  ，即在下降过程各机械减速制动中，将动能和位能转化为电能反馈电网，达到理想的节能指标，同时确保工况正常运行，上述发展己完 成了产品系列化上市，对 “变频”装置在技术上以及经济上与其他驱动装置竞争将有明显的优势。 同时随着 PLC 系统的不断成熟与完善，以及大容量变频器在位能负载上的成功应用，变频调速系统必将成为未来调速市场的主流。 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 PLC 控制桥式起重机改造的优缺点 在现代工业控制中， PLC 由于具有可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点而得到了广泛的应用，由于本系统主要是一些逻辑控制，所以以 PLC 作为控制核心，整个系统的输入 26 点，输出点 27 点，可选用三菱 FX2N64MR，该型号是 PX系列中功能最强速度最快的 PLC，它有 32 个输入点， 32 个输出点，内置用户存储器为8K 步，系统的组成原理图对于桥式吊车抓斗的开合、提升、大车、小车电机分别用四台 FRNIC5000G7 型变频器拖动；对抓斗的开合电机、提升电机由原来 45KW 的绕线式电机改为 30KW 鼠笼型电机，大车小车的配用电机不变，但将转达子绕组引出线短路，去掉碳刷和滑环；为使工作安全和可靠，防止因停电、变频器跳闸或制动单元失灵而导致起吊物下砸出现危险，原有机械抱闸制动装置仍保留。 桥吊中电机所带负 载都为恒转矩负载，抓斗开合、大车、小车电机都运行在 3象限，均为电动状态，抓斗提升电机可运行在 4 象限，采用变频调速，机械特变硬，当负载转矩变化时，电机转速基本不变。 桥式吊车的速度调节可利用变频器的多级频率选择功能，将 9 FWD、 CM 接通则正转， REV、 CM 接通则反转，将 X CM， X CM， X CM 三对端子分别接通，或其中两对或三对同时接通，可得 7 种频率，从而可方便地得到桥吊所要求的正反两个方向各 6 种速度。 应现场工作人员的要求，为照顾操作习惯，桥吊的转速控制仍采用原来的主令控制器和凸轮控制器。 利用主令控制器的五对触头，来得到变频器输出的 6 种转速。 电加减速的时间可以通过变频器的设定来进行改变。 从改造后运行来看，取得的效果非常明显。 主要表现为： 、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。 ，具有半永久性的寿命。 电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长。 时动作 ,其闸皮 的磨损很小，使用寿命延长。 起重机主要零件部 吊钩组：是取物装置。 注意：吊钩表面不得有裂纹；钩口部位的磨损和滑轮轮湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 缘的破碎。 滑轮组：分为动滑轮组和定滑轮组。 注意：表面是否有裂纹；工作滑轮是否转动灵活，滑轮轮缘是否破碎。 滑轮破损后，用户常采用硬钎焊（黄铜水焊）或电焊修补，以继续使用。 由于不均匀加热，使滑轮变形，且硬度不均匀，会造成钢丝绳不正常磨损，焊接质量也不易保证，故不允许焊补。 钢丝绳：注意：断丝、断股、打结、生锈、点蚀。 在卷筒上涂抹锂基润滑脂润滑。 卷筒组 ：是起升机构中用以缠绕钢丝绳的部件。 齿轮联接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好。 减速器：是把电动机的高转速，降低到各机构所需要的工作转速。 常用卧式减速器 ZQ、立式减速器 ZSC。 注意 :检查油位；减速器运转平稳，不应有跳动、撞击和剧烈或断续的噪声，声音均匀；在紧固处和联接处不得松动。 联轴器：用来联接两根同轴线布置或基本平行的转轴，传递扭矩同时补偿少许角度和径向偏移。 常用有 CL 型齿轮联轴器、 CLZ 型齿轮联轴器、制动轮齿轮联轴器。 注意：润滑、齿的磨损。 制动器：一般装在机构的高速轴上，以减少制动力矩。 电 力液压块式制动器型号是 YWZ。 注意：润滑转动的轴销部位；观察制动衬垫有无烧焦现象或有无焦糊味；制动轮摩擦面是否有油污。 车轮组：车轮与角轴承箱装配在一起，组成车轮组成车轮按轮缘分：双轮缘车轮、单轮缘车轮；注意：轮缘的磨损。 轮缘少于 10 毫米时要及时汇报，并密切观察。 缓冲器：用来吸收起重机（或小车）与挡架（或碰头）或同一跨度上相邻起重机相碰撞时所产生的能量。 分为：橡胶缓冲器和弹簧式缓冲器。 注意：检查其是否完好。 电阻器：用来限制电动机电流的电器。 机构起动平稳，减少冲击。 1导电装置：电源导 电装置和小车导电装置。 安全滑触线集电器电缆滑车 1行程开关：按用途可分为终点开关（限位开关）和安全开关（保护开关）。 终点开关用来限制工作机构的运行范围，安装在行程的终点，常用型号： LX101 LX71；安全开关用来保护人身安全，常用型号： LX19A111。 主要技术参数 起重量、起升高度、下放深度、跨度、机构工作速度、工作级别、及起重机总重或轮压。 起重量：起重机正常工作时允许最大起吊重量。 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 起升高度：吊具的上极限位置与下极限位置之间的距离。 跨度：起重机两端车轮垂直中心线间的距离 机构工作速度（第 5 档速度） （ 1）起升速度：是指起升机构电动机在额定转速时，取物装置满载起升的速度。 （ 2）大车运行速度：是指大车运行机构电动机在额定转速时，起重机的运行速度。 （ 3）小车运行速度：是指小车运行机构电动机在额定转速时，起重小车的运行速度。 工作级别：表示起重机起吊载荷的满载程度和起吊工作次数多少的繁忙程度的整机工作状况指标，起重机的工作级别分为 A1A8 共 8 个级别，轻级（ A1A3）、中级（ A A5）、重级（ A A7）特重级（ A8）。 轮压：桥架自重和小车处在极限位置时小车自重和额定起重量作用在大车车轮上的最大垂直压力。 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 第二章 调速系统介绍 电动机的调速指标 调速就是在一定的负载下，根据生产的需要 人 为地改变电动机的转速。 这是生产机械经常向电动机提出的要求。 调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品的质量。 调 速范围 电动机在 额定负载 (电流为额定值 )情况下所能得到的最高转速与最低转速之比称为调速范围，用 D表示，即 调速方向 调速方向指调速后的转速比原来的额定转速 (基本转速 )高还是低。 若比基本转速高，称为往上调，比基本转速低，称为往下调。 调速的平滑性 调速的平滑性由一定范围内能得到的转速级数来说明。 级数越多，相邻两转速的差值越小，平滑性越好。 如果转速只能跳跃式的调节，例如只能从 3000r/min 一下调节到1500r/min，在又调节到 1000 r/min 等，两者之间的转速无法得到，这种调速称为有级调速。 如果在一定的调速范围内的任何转速都可以得到则称为无级调速。 无级调速的平滑性当然就比有级调速好。 平滑的程度可用相邻两转速之 比来衡量，称为平滑系数 ， 即  越接近于 1，平滑性越好。 无级调速时  =1，平滑性最好。 调速的稳定性 调速的稳定性是用来说明电动机在新的转速下运行时，负载变化而引起转速变化的程度，通常用静差率来表示。 其定义为： 当系统在某一转速下运行时 ， 负载由理想空载增加到额定值时所对应的转 速降 0n n 与理想空载转速 0n 之比 ，即 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 静差率与机械特性的硬度有关。 机械特性的硬度的定义为  越大，转矩变化时， n 变化的程度就越小，机械特性就越硬，静差率就越小，稳定性就越好。 静差率还与理想空载转速 0n 的大小有关。 例如两条平行的机械特性硬度相同，在静差率公式中的 0n n 相同，由于 0n 不同，他们的 s 就不同， 0n 大的， s 小， 0n 小的， s就大。 生产机械在调速时，为保持一定的稳定性会对静差率提出一定的要求。 静差率还会对调速范围起到制约的作用，因为如果调速时所得到的最低转速下的 s太大，则该转速性太差，便难以满足生产机械的要求。 调速时的允许负载 电动机在各种不同转速下满载运行时，如果允许输出的功率相同，则这种调速方法称为恒功率调速；如果允许输出的转矩相同，则这种调速的方法称为恒转矩调速。 不同的生产机械对此的要求往往不同。 例如切削机床，要求精加工小切削量时，工件转速高，粗加工大切削时，工件转速低。 因此，它希望电动机能具有恒功率调速的性能。 另一类生产机械，例如起重机、卷扬机等则要求电动机在各种转速下都能输出同样的转矩，因此，它希望电动机具有恒转矩调速的性能。 变频 调速的基本原理 根据异步电机的知识，异步电机的转速公式为： 其中： n — 异步电动机的转速，单位为 r/min； f — 定子的电源频率，单位为 Hz； s — 电机的转速滑差率； p — 电机的极对数。 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 三相异步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 0n 来改变转速n ，具体方法有变极调速 (改变 p )和变频调速 (改变 f )；另一类是通过改变转差率 s 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 1U )，转子电路串电阻调速 (改变 2R )，等等。 由上式可知，如果改变输入电机的电源频率 f ，则可相应改变电机的输出转速。 在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量 m 为额定值不变。 磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。 对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持 m 不变是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。 三相异步电动机每相电动势的有效值是： 式中： 1E — 气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为 V； 1f — 定子频率，单位为 Hz； 1N — 定子每 相 绕组串联匝数； 1k — 定子 基波绕组系数； m — 每极气隙磁通量，单位为 Wb；由公式可知，只要控制好 1E 和 1f ，便可以控制磁通中 m 不变，需要考虑基频 (额定频率 )以下和基频以上两种情况； 基频以下调速 当电源频率 1f 在基频以下调速时，电动机转速下降，但在调节电源频率的同时，必须同时调节电动机的定子电压 1U ，且始终保持 11/fU 常数，否则电动机无法正常工作。 这是因为三相异步电动机定子绕组相电压 mNfEU  1111 ，当 1f 下降时，若 1U 不变，则必使电动机每极磁通 m 增加，在电动机设计时， m 处于磁路磁化曲线的膝部，湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 m 的增加将进入磁化曲线饱和段，使磁路饱和，电动机空载电流剧增，使电动机负载能力变小，而无法正常工作。 为此，电动机在基频以下调速时，应使 m 恒定不变。 所以，在频率下调的同时应使电动机定子相电压随之下调，并使  NN fUfU 1139。 139。 1 // 常数。 可见，电动机额基频以下的调速为恒磁通调速，由于 m 不变，调速过程中电磁转矩22 c o sNmT ICT  不变，属于恒转矩调速。 基频以上调速 当电源频率 1f 在基频以 上 调节时，电动机的定子相电压是不允许在额定相电压以上调节的，否则会危及电动机的绝缘。 所以，电源频率上调时，只能维持电动机定子相电压 nU1 不变。 于是，随着 1f 升高 m 将下降，但 n 上升，故属于恒功率调速。 把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如 图 所示。 如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。 在基频以下，属于 “ 恒转矩调速 ” 的调速，而在基频以上，基本上属于 “ 恒功率调速 ”。 恒 转 距 调 速恒 功 率 调 速1UmnU1mn1U monf1 1f 图 异步电动机变频调速控制特性 电动机变频调速的机械特性 11/fU =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 111 /60 pfn  ，则 11 fn ， 1f 下调， 1n 随之下降。 湖南机电职业技术学院毕业设计说明书 最 大 转 矩 点 ： 由 c= 常 数 ， mT  2121 /。