基于PLC桥式起重机控制系统

—并联电机的台数

—同时启动的台数

—电机效率,=0.8 —电动启动电流与电机额定电流之比值

—电流波形的修正系数,PWM方式取1.05-1.1

—变频器容量,KVA —变频器额定电流,A

根据起重机电机驱动的特性和技术要求,采用带测速反馈接口的

MASTERDRIVE6SE70系列变频器作为主、副起升机构的电机驱动,MASTERDRI Vector 6SE440系列变频器作为大、小行车行走机构的电机驱动,6SE440系列是一种通用性高性能矢量控制型变频器,功能强,价格低,完全满足行走机构的需求。

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通过利用上述公式的计算,桥式起重机各执行机构的变频器如表1所示:

表1 各机构的变频器参数

主起升机构 副起升机构 大车运行机构 小车运行机构 变频器型号 6SE70272-ED61 6SE70274-7ED61 6SE6440-2AD31 6SE6440-2AD25 额定功率/电流 37KW/48A 22KW/47A 15KW/30A 5.5KW/11.6A 3.2电动机的选择

桥式起重机的运行机构多为恒转矩负载,可以使用专用的变频调速电机,也可以使用原有的线绕式转子电动机,将转子绕组短接就可以了。

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升降机构的电机选用必需适合反复起动、起动转矩大、转动惯量小的变频用电动机。目前,国外以四极电动机作变频电机的首选。电动机功率为:

P?VW??10?3 式1

式中P——功率,kw;

W——额定起重量+吊钓重量+钢丝绳重量; V——提升速度,m/s; η——机械效率。

变频器驱动异步电动机时,由于变频器的换向冲击电压和开关元件的开闭瞬间而产生的冲击电压会引起电机绝缘恶化,对电压型变频器应考虑尽量缩短电机与变频器间接线的距离或者是考虑加入阻尼回路(滤波器)。

电动机功率的选择,须按照生产的需求来决定。一般来说,起重用电动机比一般工业机械生产所用电动机的功率大10%左右。 电动机的选择主要取决于下面两个因素:(1)发热:电机工作时,一方面将电能转变为机械能做功,另一方面由于电机自身阻抗要消耗一部分电能而转变成热能,使得电动机的发热升温,所以电机选用的不合适将会对内部绝缘材料造成损坏,当温度过于高时绝缘被破坏,电动机将烧毁。电动机铭牌上都规定有电动机的温升(即是电动机在额定负载下运行时,定子发热后的允许的温升与周围环境温度之差)(2)过载能力:电动机都有一定的过载能力。交流电动机的过载能力tm是最大转矩Mmax与额定转矩Mn的比值,即一般起重机用的交流异

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步电动机的过载能力为2.5~3.3。交流电动机的过载能力为:

tm?

MmaxMn 式2

式中Mmax——电动机允许的最大转矩; Mn——电动机的额定转矩。

电动机过载发热升温需有一段时间,从发热方面来讲,容许有短时的过载。但就过载能力而言,在很短时间内的过载也是允许的。所以发热和过载能力必须同时考虑。

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桥式起重机控制系统有大车电动机两台、小车电动机一台、20吨主钩、5吨副钩提升电动机各一台,所以经分析计算后电动机的基本选型见下表2。

表2 电动机的选择

主起升机构 副起升机构 大车运行机构 小车运行机构 电机型号 YZR250M1-8 YZR200L-8 YZR160M1-6 YZR1601-6 电机功率 30KW 15KW 2*5. 5KW 5. 5KW 3.3 常用辅助器件的选择

变频器系统器件由断路器、接触器、电抗器、变频器、制动电阻及制动单元组成。

1、断路器

为避开变频器投入时直流回路电容器的充电电流峰值,为此变频器配置的断路器容量应为电机额定电流的1.3~1.4倍,整定值为断路

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器额定值的3~4倍。 2、接触器

接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用,一般不作回路开断器件用,故可按电机额定电流选用接触器容量,无须按开断次数考核其寿命。 3、交流电抗器

在变频器的输入端加接交流电抗器,以抑制变频器造成的高频峰值电流,或电容器开断造成的峰值电流对变频器的危害。同时,交流电抗器的接入还可起到降低电机噪声、改善起动转矩、在电机轻载时改善电机功率因数的作用。 4、制动单元

为减小大惯性系统的减速时间,解决变频器直流电路上的过电压问题。常在其直流电路中加接一检测直流电压的晶体管。一旦直流回路电压超过一定的界限,该晶体管导通,并将过剩的电能通过与之相接的制动电阻器转化为热能耗。在能量消耗的同时加速了转速的减小,该能量消耗得愈多,制动时间愈小,此装置即为变频器的制动单元。

5.制动电阻器

借助制动单元,消耗电机发电制动状态下从动能转换来的能量。 5.1 电阻值的计算

式中

一直流回路电压,V

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一制动转矩,N.m

一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下,电机自损耗约为

电机额定功率的20%左右),N.m

一电机额定转矩(在附加电阻制动的情况下,电机额定转

速),r/min

在制动晶体管和制动电阻构成的能耗回路中最大电流受晶体管许用电流Ic的限制,因此在选择制动电阻值时不可小于其最小制动电阻值Rmin,即

(Ω)

式中

一直流回路电压,V

一制动晶体管允许的最大电流,A

因此,制动电阻应

>

>

的关系选用。

5.2 制动转矩的计算

式中

一电机转子飞轮转矩之和,N.m

一负载转矩,N.m

一减速开始时转速,r/min

一减速结束时转速,r/min

一减速时间,S

6.电缆选择

由于高次谐波的驱动效应,电缆的实际使用面积减少,单位实际工作电阻增大,电缆压降有增大的趋势,故所配电缆一般大于常规使

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