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桥式起重机电气控制电路的变频改造作者：高峰来源：《数字化用户》2013年第05期35T/10T桥式起重机主要由主钩（35T）、副钩（10T）、大车和小车四部分组成。
大车的轨道敷设在沿车间两侧的立柱上，大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车上有小轨道，供小车横向移动；主钩和副钩都装在小车上，主钩用来提升重物，副钩除可提升轻物外，也协助主钩翻转或倾倒工作用，但不允许两钩同时提升两个物件。
一、问题提出由于工作环境恶劣，粉尘或有害气体对电动机集电环、电刷以及接触器腐蚀较大，加上任务重、操作程序难以保证，冲击电流大、触头消蚀严重、电刷冒火，电动机转子绕组所串的电阻因长期发热而烧损、断裂，因此故障率较高。
电动机转子绕组串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速效果差；转子绕组串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。
平均每月发生较大的故障5次，对生产影响较大。
因此，要从根本上解决桥式起重机的各种弊端，只有利用PLC作为控制装置并采用变频器变频调速技术来解决。
二、改造方案桥式起重机电气传动系统选用了功能强、速度快的三菱FX2N-80MR型PLC控制器。
由于该系统主要是一些逻辑控制，所以以PLC作为控制核心。
变频器采用FR-A740型和FR-A540型。
（一）可行性分析桥式起重机的5台电动机都需要调速，因而各有独立的调速系统。
其中主钩、辅钩是位能负载，要求恒力矩、四象限运行，性能要求高，调速控制较为复杂。
桥式起重机要求起动力矩大，低速时需大力矩输出，一般U/f控制，转差频率控制的变频器无法满足负载变化剧烈要求。
磁通矢量控制方式是基于电动机的动态数学模型，通过坐标变换把异步电动机模仿成直流电动机的控制方法，即将异步电动机的定子电流分解成产生磁场的电流分量（励磁电流）和与磁场相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），通过控制电动机的励磁电流和转矩电流大小、相位，就可以对电动机的励磁电流和转矩电流大小、相位任意控制，从而达到控制电动机转矩的目的，也就控制了电动机的转速。
桥式起重机变频调速系统设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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桥式起重机的变频调速一、桥式起重机的基本结构桥式起重机的基本结构如图1所示。
图1.1 通用桥式起重机的结构图1.桥架桥架是桥式起重机的基本构件，它由下列部件构成：主梁：用于铺设供小车运行的钢轨。
端梁：在主梁的两侧，用于和主梁连接并承受全部载荷。
走道：在主梁外侧，为安装和检修大小车运行机构而设。
主梁横跨在车间中间，主梁两端有端梁，组成箱式桥架。
两侧设有走道，一侧安装大车移行机构的传动装置，使桥架可在沿车间长度铺设的轨道上移动。
另一侧安装小车所有的电气设备。
主梁上铺有小车移动的轨道，小车可以前后移动。
2.大车运行机构用于拖动整台起重机顺着车间作“横向”运动（以驾驶室的坐向为准），由大车电动机、制动器、传动轴、万向联轴节、车轮等部分组成。
3.小车运行机构小车俗称跑车，用于拖动吊钩及重物顺着桥架作“纵向”运动，主要由小车电动机、制动器、减速装置等部分组成。
它的传动系统如图4-5所示。
小车移动机构由小车电动机6经立式减速箱7拖动小车前后移动，两端装有缓冲装置和限位保护开关。
4. 起升机构用于拖动重物作上升或下降运动，由吊钩电动机、减速装置、卷筒和制动器等部分组成。
由提升电动机1经卧式减速箱2拖动卷筒3旋转，通过钢丝绳5使重物上升或下降大型起重机（超过10t ）装有两个起升机构：起升机构（主钩）和副起升机构（副钩）。
10t 及以下的桥式起重机，通常只装有一套提升机构--主钩；二、 桥式起重机的负荷特点桥式起重机的平移机构（大车、小车运行机构）的负载都属于恒转矩性质，起升机构为位能性负载，当起升机构起吊重物下降或者快速减速运行时，电动机处于再生发电制动状态。
（变频调速时）需要将电能通过反馈装置反送给电网或消耗在制动电阻上，以防直流处的泵升电压影响制动效果。
1．负荷性质下降的动桥式起重机的大车、小车和起升机构在调速过程中，它们的阻转矩都是不变的，具有恒转矩的特点，属于恒转矩负载。
2．起升机构的负载特点由于重物在空中具有位能，因此是位能负载。
变频器在桥式起重机中的应用和改造方案1 方案概述桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械,我厂高炉车间16/吨桥式起重机,使用频繁,环境恶劣,高温、金属粉尘过多.桥式起重机电力拖动系统多采用绕线式交流异步电机,转子回路内串入多段外接电阻调速,采用凸轮控制器、继电器、接触器控制.这种控制系统主要缺点是:1大车、小车、吊钩主升降、付起升；拖动运行系统采用变阻调速,运行性能差,而且电阻元件使用普通康铜材质,性脆易断裂,故电阻烧损和断裂故障时有发生,又制成栅状,高温时易弯曲变形造成短路事故,电缆燃烧和损坏.2电机转子串电阻调速属能耗型转差调速,能耗大,机械特性软,调速范围小,平滑性差.3由于现场环境中的金属粉尘、有害气体对电动机集电环、继电器的腐蚀与短路,再加上继电器、接触器控制系统切换频繁,起动时,冲击电流大,因此触头烧损、电刷冒火、电动机烧损故障时有发生,故障率高.4调速平滑性差,对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大,影响使用寿命.5系统抱闸是在运动状态下进行的,对制动器损害很大,闸皮磨损严重而引起的安全隐患.随着电力电子技术的飞快发展和软件技术的成熟,变频器的性能和可靠性都有了很大的提高.因此,在桥式起重机上应用变频调速技术,可实现桥式起重机的升降,小车和大车机构的无级调速,从而极大地提高了系统运行的安全性和精确性.2 变频调速改造方案对担负我厂16/ 桥式起重机的大、小车电力拖动系统,吊钩升降、电力拖动系统进行变频调速技术改造,以改善其操作性能、降低故障率能耗率.桥式起重机的电气传动系统工作原理如下.变频调速改造方案设计16/吨桥式起重机的电气传动系统为：大车电动机2 台,额定功率2× kW；小车电动机1 台,额定功率4 KW ；主起升电动机1台,额定功率37kW；付起升电动机1台,额定功率15KW；改造的具体设计方案是:1电动机采用原有的,即大车的绕线式异步电动机,其他的绕线式异步电动机保持不变.2用4台变频器来控制5 台电机,实现重载启动与变频调速, 3电气控制系统中、原各电气控制柜和继电器、接触器一律取消,更换为新电气控制柜,控制柜采用封闭式另加散热风扇、空气过滤器,是用来防护粉尘对电气元件的危害.变频器采用的是日本安川CIMR-HB4AH1000、CIMR-HB4AH1000MR-AB4AA1000、CIMR-AB4AA1000系列起重专用变频器.4调速方式采用具有矢量控制功能的变频调速系统,转速采用起重机专用电位器调速控制器控制.5制动方式采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方式.运行重物下降时,采取在变频器直流回路内接入制动电阻的方式消耗掉再生的电能,把运行的大、小车和吊钩迅速而准确地停止住速降为0.吊钩作业时,常常有将重物在半空中停留一段时间的现象如重物在空中平移或突然停电时,变频调速系统虽然能使重物停住,但因容易受到外界因素的干扰如平移时常出现断电,可靠性差.因此,还必须同时采取电磁制动器进行机械制动以配合可靠完成作业.6、由于绕线式异步电动机散热风扇是一体的,在低频率速运转时达不到散热效果,所以要在每台电动机上加一台单控制的微型轴流风机,完善地达到散热效果.避免电动机长时间低转速所产生的高温现象.电气工作原理1系统的控制指令,由司机室联动台专用主令电位控制器Ks、给出,控制变频指令：上升、下降、加速、减速,平滑调速.吊钩升降、机构制动打开由变频器输出继电器驱动制动器控制接触器Cs、使制动器、微型轴流风机动作.2 变频器有短路、过压、缺相、失压、过流、超速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能.当变频器出现短路、过流等故障时,变频器给出故障信号,并停止输出,切断变频器电源,控制制动器抱闸,并发出报警信号.吊钩升降、机构除了变频器内部有保护功能外,还设置了线路保护：1零位保护,由主令控制器零位触点实现此功能；2限位保护,由高度限制器实现；3线路设有低压断路器作为短路保护.1小车运行机构电气拖动系统小车运行机构由一台变频电机驱动,采用1 台变频器控制,系统控制方法与起升机构电气传动系统类似.2大车运行机构电气拖动系统大车运行机构由两台变频电机驱动,采用1台变频器控制,系统控制方法与小车运行机构电气传动系统类似.变频器的选择变频器采用日本安川H1000、A1000、系列起重专用变频器. 变频器控制方式的选择由于起重机机构多为恒转矩负载,故选用带低速转矩提升功能的电压型变频器.平移机构惯量较大,负载变化相对小,属于阻力性负载,故大车、小车选用U/f 开环控制方式的安川A1000型变频器；起升机构惯量较小,负载变化大,属于位能性负载,为获得快速的动态响应,实现对转矩的快速调节,获得理想的动态性能,通常采用矢量控制方式,主付升降选用安川H1000、型变频器,采用闭环矢量控制方式可获得稳定的工作状态和良好的机械特性.变频器容量的选择变频器容量的选择是以电动机的额定功率为依据的.由于绕线转子异步电动机与通用或其它异步电动机相比,其绕组的阻抗较小,因此使用变频器调速时应考虑纹波电流引起的过电流跳闸情况,同样功率下的电动机,绕线转子异步电动机额定电流往往较大,所以选择时应考虑一定余量.虽然起重机升降机构的转动惯量很小,加速时间较短,但考虑到电网电压波动的因素,以及安全劳动部门对起重机倍额定静载荷检测要求等因素来选择起升机构电动机的变频器容量.大车、小车运行机构属于大惯量负载,其加减时间一般不超过20 s,变频器的短时过载能力为150％,不同的加速时间对变频器容量的计算不同,当加速时间>2 min时,变频器功率选择应放大些,以此来选择大车、小车运行机构电动机的变频器容量.制动单元和制动电阻的选择当电动机处于反接制动或再生制动状态,变频器内直流电路储能电容两端的电压将升高,为避免电压过高而使直流过压保护动作,必须将这部分能量回馈至电网或增设制动单元及制动电阻以释放这部分能量.厂商提供与变频器容量相配套的标准外接制动单元.大车、小车、主付升、降,制动单元均选用日本安川H1000 型与A1000型变频器容量相配套的标准外接制动单元.大车、小车、主付升、降、制动电阻均选用国产、变频器专用制动电阻器.1变频器运行、停止控制；2控制制动器,保证电动机停止时能够及时制动,既不提前,也不延后；3升降变频器控制方式切换；4电气闭锁保护控制；5任何时刻断电,系统将会立即停止运行,制动器制动.4 系统控制要点桥式起重机拖动系统的控制包括：大车的左、右行及速度挡；小车的前、后行及速度挡；吊钩的主、付,升、降,及调速等,这些都可以通过变频器进行无触点控制.桥式起重机控制系统中需要引起注意的是防止溜钩的控制,在电磁制动器抱住之前和松开后的瞬间,极易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩现象.在这个问题上,主要用变频器运行参数设置与变频器的制动单元、制动电阻和液压制动器的配合而达到完美的效果.起吊重物升降控制要点自动转矩提升设置自动转矩提升设置,在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性,从而提高启动转矩；提高零频电压可以加大直流强励磁,使电机保持足够大的转矩防止溜钩.吊车使用完毕后,应将主令控制器放置零位,30 s后按下停止按钮,断开主电源,关闭风机及照明电源开关,确认断电后,锁好操作室门方可离开.5 变频器功能参数的设置桥式起重机各传动机构改造采用的日本安川H1000和A1000系列变频器的功能参数设置.6 改造后的应用效果；改造效果主要表现为：1桥式起重机的启动、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.2系统运行的开关器件实现了无触点化,具有半永久性的寿命.3由于电动机启动电流限制得较小,频繁启动和停止时电动机热耗减少,寿命延长.4电磁制动器在低速时动作,其闸皮的磨损很小,使用寿命延长.5降低了对电网的冲击.6节约能源,变频调速的启动、制动、加速、减速等过程中,电机运行电流小.以本案来讲,节能可达30%左右.在生产工况相同的情况下电耗和维修费用比改制前节能20%左右. 通过技术改造,不仅提高了桥式起重设备安全运行时间,也使工作劳动维修强度维修成本大幅降低,因此,变频调速技术在桥式起重机上的应用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的选择.。
桥式起重机电气调速系统的改造摘要：随着工业自动化的发展，PLC、变频器在设备改造中得到了广泛应用。
桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，针对传统桥式起重机电气拖动系统能耗大、效率低、低速起动力矩小等问题，采用变频技术对桥式起重机电气拖动系统进行改造。
改造后的系统运行平稳，定位准确，安全性、可靠性大幅提高。
关键词：桥式起重机；电气调速；系统改造1前言起重机调速绝大多数需在运行过程中进行,而且变换次数多,故机械变速一般不太适合,大多数需采用电气调速。
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，变频调速技术以其优异的调速、启动和制动性能、高效率、高可靠性和良好的节电效果在诸多领域得到了广泛应用。
因此，为提高桥式起重机运行的安全性和精确性，有必要采用变频器对桥式起重机电力拖动系统进行技术改造。
2桥式起重机变频调速系统的组成桥式起重机的运行机构由大车的横向运动，小车的纵向运动以及吊钩的升、降运动3个基本独立的拖动系统构成。
为保证起吊的重物能按要求准确定位，桥式起重机的5台电动机都需要调速，故各有独立的调速系统，所以主钩、副钩、大车、小车各配备1台变频器进行独立变频调速，并全部由1台PLC加以控制。
图1所示为PLC控制桥式起重机变频调速系统的组成框图。
图 1 PLC 控制桥式起重机变频调速系统组成框图由于起升机构是位能负载，对变频控制系统要求启动转矩大、零速满转矩，抓吊重物离开或接触地面瞬间的负载剧烈变化能平滑控制；在起升、下放和保持的过程中确保重物平稳不下落（溜钩），安全性能要求比较高。
因此，为了获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得稳定的工作状态和良好的机械特性，选用矢量控制方式的变频器对桥式起重机的起升机构进行控制。
矢量控制的基本原理是模拟直流电动机转矩控制方法，通过矢量的坐标变换将异步电动机的定子电流分解成假想的产生磁场的电流分量（励磁电流）和与磁场相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
DOI : 10.13340/j .co n t . 2017.02.007桥吊吊具电缆控制系统变频调速方案设计宁波港集团第三集装箱有限公司胡斌杰，赵志淼，张乾能当前，吊具电缆全变频闭环控制驱动方式在桥 吊中得到越来越广泛的应用。
变频调速技术具有功 率因数高、启制动快速平稳、调速性能好、维修保养 方便、节能等优点，适用于小功率驱动机构且效果 较好。
[1]目前，大功率变频调速技术已基本成熟，只 要选用成功使用范例的产品，正确设计桥吊吊具电 缆控制系统变频调速方案，就能确保其可靠性和安全性。
本文介绍一种桥吊吊具电缆控制系统变频调 速方案，以期为桥吊吊具电缆控制系统改造提供一定参考。
1变频调速原理由电机学理论可知，三相交流异步电动机的同步转速为(1)60Z f P式中为同步转速,r /min ;/为电源频率,Hz ;P 为磁极对数D转子在电磁力作用下转动，其转速（电动机转 速)为…60/0-^)” M —pV 2 J式中:为转子转速，r /min ; 51为转差率。
由式（2)可知，可以通过改变三相交流电动机 的磁极对数、转差率或电源频率来改变电动机转 速，也就是通常所说的变极调速、变转差率调速和 变频调速。
变极调速的缺点明显：电动机的转速呈非连续性阶跃式变化，所以调整范围较小，且接线复杂。
变转差率调速的方法包括定子电压调速、转子 串电阻调速和串级调速。
定子电压调速指改变加在 定子绕组上的电压，负载转矩对应不同的电源电 压，可获得不同的工作点，从而得到不同的转速;其 优点是电动机的调速范围较大，缺点是低压时机械 特性太软，转速变化大。
转子串电阻调速指在转子襄备技术tlmib中串入电阻，所串的电阻越大，运行段机械特性的 斜率越大，主要用于中小容量的绕线式异步电动 机;其优点是方法简单，缺点是损耗大。
串级调速指 在转子电路中串入与转子电势频率相同的三相对 称的附加电势,通过改变其大小和相位来调节电动 机转速;其优点是效率较高，能实现无级平滑调速，缺点是功率因数较小。
