浅谈起重机变频控制系统的设计
发布时间：2015-07-08 09:21
【 论文 关键词】起重机；变频控制；电流反馈
【论文摘要】文章主要介绍了电力 电子 器件的 发展 、交流调速系统的发展及针对电动葫芦型起重机专用的变频控制系统的硬件设计、电路参数 计算 及软件设计、仿真等。
一般性能的节能调速在过去大量的所谓不变速交流传动中，风机、水泵等机械总容量几乎占 工业 电气传动总容量的一半，其中不少场合并不是不需要调速，只是因为过去交流电机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，许多电能因而白白的被浪费掉了。如果换成交流调速系统，把消耗再挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均约可节能20%，效果是很可观的。
高性能交流调速系统许多在工艺上就需要调速的生产机械，过去多用直流传动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，如果改成交流调速，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样直接通过电流实行灵活的即时控制。70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，用来分别控制磁通和转矩，就可以获得和直流电机相媲美的高动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。
特大容量及高转速的交流调速直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极限容量与转速的乘积约为10kw·r/min，超过这个数值时，直流电机的设计与制造就非常困难了。交流电机则不受这个限制，因此，特大容量的传动，如厚板札机、矿井卷扬机等，和极高转速的传动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。
一、起重机发展趋势
物料搬运成为人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展 历史 。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在 现代 化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。发展趋势：大型化和专用化、轻型化和多样化、自动化和智能化、成套化和系统化、新型化和实用化。
二、电动葫芦
电动葫芦，简称电葫芦。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子电动机（本次设计既是选用此种电机）（或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机）驱动，起重量一般为0.1～80t，起升高度为3～30m。多数电动葫芦由人用按钮在地面跟随操纵，也可在司机室内操纵或采用有线（无线）远距离控制。电动葫芦除可单独使用外，还可同手动、链动或电动小车装配在一起，悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使用。
三、三相异步电动机及工作原理简介
三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间是空气隙。三相异步电动机具有结构简单、性能优良、制造成本低、维修费用省、坚固耐用等优点，在工农业生产中得到了广泛应用。正常情况下，定子旋转磁场的转速n和转子转速n不同步，这是因为如果同步，转子与旋转磁场之间不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。
三相异步电动机有一个很重要的参数：转差率——用s表示，其定义式为
在很多情况下，用s表示电动机的转速比直接用转速n方便得多，使很多运算大为简化。一般异步电动机的转差率在0.02～0.05之间。大部分厂家生产的异步电动机的铭牌上标有下列数据：
1．额定功率p：电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kw
2．额定电压u：电动机额定运行时定子加的线电压，单位为v或kv
3．额定电流i：定子加额定电压、轴端输出额定功率时的定子线电流，单位为a
4．额定频率f：我国工频为50hz
5．额定转速n：电动机额定运行转子的转速，单位为r/min
四、笼形转子异步电动机的特点
笼形转子异步电动机具有转子结构坚实、效率高、价格低、控制设备简单和维护使用方便等优点，因此在各种应用领域中使用最广泛。但这种电机的启动性能较差，即启动转矩低而启动电流很大。因此在选择使用时应考虑启动问题，即：1．启动转矩tk应大于负载静转矩tl；2．启动电流在供电电网上造成的瞬间电压降不能超过容许值；3．在启动过程中电动机的能量损失要小。
本次设计用电机为锥形转子三相异步电动机。常用的电动葫芦用锥形转子制动三相异步电动机型号有：yezs、yrez、ybfz和ybezx等几种。该类型电机的主要特点是利用其锥形转子的特殊结构在通电时产生磁拉力，打开制动机构，使电机正常运转。
该类电动机的定额是断续周期工作制s，负载持续率不低于25%，每小时等效起动次数不低于120次。电源频率为50hz，同步转速为1500r/min。4.5kw及以下的额定转速为1380r/min。7.5kw以上的额定转速为1400r/min。允许最大转速为3750r/min,
【 参考 文献 】
[1]孙涵芳．intel16位单片机[m]．北京航空航天大学出版社，2002．
[2]康华光． 电子 技术基础(模拟部分)[m]．高等 教育 出版社，2001．
[3]吕汀，石红梅．变频技术原理与应用[m]．机械 工业 出版社，2003.
【论文摘要】文章主要介绍了电力 电子 器件的 发展 、交流调速系统的发展及针对电动葫芦型起重机专用的变频控制系统的硬件设计、电路参数 计算 及软件设计、仿真等。
一般性能的节能调速在过去大量的所谓不变速交流传动中，风机、水泵等机械总容量几乎占 工业 电气传动总容量的一半，其中不少场合并不是不需要调速，只是因为过去交流电机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，许多电能因而白白的被浪费掉了。如果换成交流调速系统，把消耗再挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均约可节能20%，效果是很可观的。
高性能交流调速系统许多在工艺上就需要调速的生产机械，过去多用直流传动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，如果改成交流调速，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样直接通过电流实行灵活的即时控制。70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，用来分别控制磁通和转矩，就可以获得和直流电机相媲美的高动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。
特大容量及高转速的交流调速直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极限容量与转速的乘积约为10kw·r/min，超过这个数值时，直流电机的设计与制造就非常困难了。交流电机则不受这个限制，因此，特大容量的传动，如厚板札机、矿井卷扬机等，和极高转速的传动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。
一、起重机发展趋势
物料搬运成为人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展 历史 。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在 现代 化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。发展趋势：大型化和专用化、轻型化和多样化、自动化和智能化、成套化和系统化、新型化和实用化。
二、电动葫芦
电动葫芦，简称电葫芦。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子电动机（本次设计既是选用此种电机）（或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机）驱动，起重量一般为0.1～80t，起升高度为3～30m。多数电动葫芦由人用按钮在地面跟随操纵，也可在司机室内操纵或采用有线（无线）远距离控制。电动葫芦除可单独使用外，还可同手动、链动或电动小车装配在一起，悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使用。
三、三相异步电动机及工作原理简介
三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间是空气隙。三相异步电动机具有结构简单、性能优良、制造成本低、维修费用省、坚固耐用等优点，在工农业生产中得到了广泛应用。正常情况下，定子旋转磁场的转速n和转子转速n不同步，这是因为如果同步，转子与旋转磁场之间不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。
三相异步电动机有一个很重要的参数：转差率——用s表示，其定义式为
在很多情况下，用s表示电动机的转速比直接用转速n方便得多，使很多运算大为简化。一般异步电动机的转差率在0.02～0.05之间。大部分厂家生产的异步电动机的铭牌上标有下列数据：
1．额定功率p：电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kw
2．额定电压u：电动机额定运行时定子加的线电压，单位为v或kv
3．额定电流i：定子加额定电压、轴端输出额定功率时的定子线电流，单位为a
4．额定频率f：我国工频为50hz
5．额定转速n：电动机额定运行转子的转速，单位为r/min
四、笼形转子异步电动机的特点
笼形转子异步电动机具有转子结构坚实、效率高、价格低、控制设备简单和维护使用方便等优点，因此在各种应用领域中使用最广泛。但这种电机的启动性能较差，即启动转矩低而启动电流很大。因此在选择使用时应考虑启动问题，即：1．启动转矩tk应大于负载静转矩tl；2．启动电流在供电电网上造成的瞬间电压降不能超过容许值；3．在启动过程中电动机的能量损失要小。
本次设计用电机为锥形转子三相异步电动机。常用的电动葫芦用锥形转子制动三相异步电动机型号有：yezs、yrez、ybfz和ybezx等几种。该类型电机的主要特点是利用其锥形转子的特殊结构在通电时产生磁拉力，打开制动机构，使电机正常运转。
该类电动机的定额是断续周期工作制s，负载持续率不低于25%，每小时等效起动次数不低于120次。电源频率为50hz，同步转速为1500r/min。4.5kw及以下的额定转速为1380r/min。7.5kw以上的额定转速为1400r/min。允许最大转速为3750r/min,
【 参考 文献 】
[1]孙涵芳．intel16位单片机[m]．北京航空航天大学出版社，2002．
[2]康华光． 电子 技术基础(模拟部分)[m]．高等 教育 出版社，2001．
[3]吕汀，石红梅．变频技术原理与应用[m]．机械 工业 出版社，2003.