前言

    橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其作用主要用來實(shí)現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn)，橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣,工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時(shí)有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。

    傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用：(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；(2)改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)調(diào)速；(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速；(5)可控硅串級(jí)調(diào)速；(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速;起動(dòng)電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于0.2-0.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。

    本文所研究的橋式起重機(jī)是電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。應(yīng)現(xiàn)場工作人員的要求，為照顧操作習(xí)慣，起重機(jī)的轉(zhuǎn)速控制仍采用原來的主令控制器和凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉(zhuǎn)速。電機(jī)加減速的時(shí)間可以通過變頻器的設(shè)定來進(jìn)行改變。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?/p>

1、變頻調(diào)速的基本原理

    圖1恒壓頻比控制特性

2、變頻器的控制電路構(gòu)成

    包括主控制電路、信號(hào)檢測電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)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?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。

    隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展，70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation,PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM(SinusoidalPWM)則是較為常用的技術(shù)。其通常是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM波形。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號(hào)相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調(diào)制波的頻率fr,之比即fc/fr=Nc稱為載波比。用生成的SPWM波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率f1改變fr,便可改變f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變

3、變頻調(diào)速矢量控制

    矢量控制的基本思想是:將異步電動(dòng)機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模型，再仿照直流電動(dòng)機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相同。

    由電動(dòng)機(jī)原理可知，異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組電流在空間產(chǎn)生一個(gè)角速度為ω1的旋轉(zhuǎn)磁場。若有兩個(gè)互相垂直的M繞組和T繞組與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，繞組中分別通以直流電流iM和iT，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢可以與三相合成磁動(dòng)勢等效且炳個(gè)磁動(dòng)勢有相同的幅值、轉(zhuǎn)速和方向。又令M繞組的軸線與三相合成旋轉(zhuǎn)磁場方向平行，則iM相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流分量iT，相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量，調(diào)節(jié)iM的大小可以在磁場一定時(shí)改變轉(zhuǎn)矩。由這樣繞組組成的電動(dòng)機(jī)其控制原理與直流電動(dòng)機(jī)控制原理相同。

    在實(shí)際的等效變換中，先將異步電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的定子電流iA、iB、ic通過三相/兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流iα、iβ再通過磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流iM、iT。等效的電動(dòng)機(jī)繞組模型如圖2所示。

4、變頻器的選用

    本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。

    起升機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的1.3-1.6倍。考慮到電源電壓波動(dòng)因素及需通過125%超載試驗(yàn)要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.8-2倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(Yz型電機(jī))或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來獲得200%力矩值。此時(shí)變頻器容量為

    表1各機(jī)構(gòu)的變頻器參數(shù)

5、結(jié)論

    根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達(dá)到現(xiàn)場的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過人機(jī)界面來設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且變頻器的故障信息可以在人機(jī)界面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能、可靠性以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機(jī)界面和通信能力，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)控制室對電機(jī)的遠(yuǎn)程控制運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。