隨著科學技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，變頻調(diào)速技術(shù)已被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中應用于起重機械行業(yè)更為突出。這是因為變頻調(diào)速技術(shù)具有效率高、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、起動/制動平穩(wěn)且沖擊小、可實現(xiàn)無極調(diào)速及節(jié)約電能等優(yōu)點。而到目前為止，國內(nèi)大部分橋式起重機仍然使用傳統(tǒng)的繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，實現(xiàn)對起重機上各機構(gòu)起停及運行速度的控制；但該傳統(tǒng)調(diào)速方式只能進行有級調(diào)速，起動/制動沖擊電流大，存在大量的轉(zhuǎn)差功率消耗于轉(zhuǎn)子串接的電阻上，致使電機的機械特性很軟，調(diào)速精度差、范圍小，并且對電動機的電刷、滑環(huán)及制動器有比較大的沖擊，維修率較高。所以，為滿足生產(chǎn)需要，提高設備的效益，降低維修率，節(jié)約電能等方面考慮，現(xiàn)利用變頻調(diào)速技術(shù)與PLC控制相結(jié)合對橋式起重機中進行設計、安裝、調(diào)試及研究。
一、橋式起重機的簡述
橋式起重機是目前在工礦企業(yè)中應用十分廣泛的一種起重搬運吊裝設備。其一般分為三個基本
機構(gòu)：用于提升重物的起升機構(gòu)、用于移動重物的橫向移動機構(gòu)（即橋式起重機的小車運行機構(gòu)）和用于移動重物的縱向移動機構(gòu)（即橋式起重機的大車運行機構(gòu)），如圖1橋式起重機結(jié)構(gòu)圖。
圖1橋式起重機結(jié)構(gòu)圖
其中橋式起重機的起升機構(gòu)是通過控制三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過聯(lián)軸器和減速器帶動繞有鋼絲繩的卷筒，使吊鉤升或降。而橋式起重機的兩個移動機構(gòu)，也分別是通過控制三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過聯(lián)軸器和減速器帶動車輪轉(zhuǎn)動。
二、橋式起重機變頻調(diào)速的概述
橋式起重機變頻調(diào)速的工作原理：在異步電動機的極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s一定的情況下，只改變異步電動機的供電電源頻率f，就可以實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速。但當供電電源頻率f小于電動機的額定工作頻率內(nèi)變化時，因端電壓U≈（式中：E1－感應電動勢、f－供電電源頻率、w—串聯(lián)匝數(shù)、k—繞組系數(shù)、φ－電機的磁通），只有維持U/f為常數(shù)，才能保證電機的磁通φ不變，保證電動機的性能不變。而當供電電源頻率f大于電動機的額定工作頻率時，電動機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，若仍維持U/f為常數(shù)，端電壓U將超過電動機額定電壓，這是不允許的，因此，在實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時，應保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率f增加，電動機磁通φ將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也將隨之下降，而輸出功率近似恒定。
橋式起重機變頻調(diào)速方式一般采用U/f控制方式、矢量控制方式及直接轉(zhuǎn)矩控制方式。其中起重機的起升機構(gòu)一般采用閉環(huán)的矢量控制方式或閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式；而移動機構(gòu)一般開環(huán)的U/f控制方式或開環(huán)的矢量控制方式。
橋式起重機變頻調(diào)速一般分起升機構(gòu)變頻調(diào)速和移動機構(gòu)變頻調(diào)速，其主要由機構(gòu)中的變頻電機、變頻器、控制器件及線路保護開關(guān)等組成。但為了防止變頻器對外界的干擾和對自身的保護、以及提高電機控制的精度，一般在變頻器周圍配有AC/DC電抗器、制動單元及制動電阻、濾波器及傳輸卡件等。而其中，根據(jù)橋式起重機機構(gòu)用途的不同，在起升機構(gòu)所用的變頻電機內(nèi)都配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，提高調(diào)速精度和響應速度。同時控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，取代過去采用交流接觸器控制，使控制系統(tǒng)可靠性高、應用靈活、線路簡單、易于使用及故障率低等。
三、橋式起重機的變頻調(diào)速設計
1、橋式起重機變頻調(diào)速的硬件選擇
（1）變頻電機的選擇
a、起升機構(gòu)變頻電機應滿足：
（式中：P－電機容量（kw）；G－額定重量（kg），應考慮125%的過載能力；v－額定線速度（m/min）；η－機械效率）。
b、移動機構(gòu)變頻電機應滿足：
（式中：P－電機容量（kw）；u—移動阻力（kg）；V—額定速度（m/min）；η—機械效率）。在室外的情況下，移動阻力中還須包括風阻和由于移動路徑的傾斜度（水平度）而加大的阻力等。
（2）變頻器的選擇
在選擇橋式起重機各機構(gòu)變頻器的容量時，通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。變頻器的銘牌輸出電流I1應滿足以下條件：且（式中：Ie－電動機額定電流；I0－電動機最大工作電流，為靜載電流和動載電流之和；K0－安全系數(shù)，重復短時工作制一般場合取1～1.1；K1－最大負載系數(shù)，即所需最大轉(zhuǎn)距與電動機額定轉(zhuǎn)距之比；K2－余量系數(shù)，一般取1.2；K3－變頻器過載能力系數(shù)，見產(chǎn)品手冊。）
（3）制動電阻及制動單元的選擇
制動電阻阻值的計算基準：變頻電機再生電能必須被制動電阻完全吸收，即滿足R＝V²/Pe×Kc
；而制動單元按制動電流選擇，即滿足
(式中：R-制動電阻等效電阻值；V－制動單元直流工作點電壓，一般取700V；Pe－電機額定功率；Kc－制動頻度，在橋式起重機中取0.2～0.4；K－回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。
（4）可編程控制器（PLC）的選擇
在橋式起重機中，由于各機構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個機構(gòu)所需的PLC總點數(shù)一般在19～20個點。對一臺三個機構(gòu)的橋式起重機一般所需的總點數(shù)在60個左右。
（5）其它電氣元器件按有關(guān)標準進行選擇，在此不作詳細說明。
一、橋式起重機的簡述
橋式起重機是目前在工礦企業(yè)中應用十分廣泛的一種起重搬運吊裝設備。其一般分為三個基本
機構(gòu)：用于提升重物的起升機構(gòu)、用于移動重物的橫向移動機構(gòu)（即橋式起重機的小車運行機構(gòu)）和用于移動重物的縱向移動機構(gòu)（即橋式起重機的大車運行機構(gòu)），如圖1橋式起重機結(jié)構(gòu)圖。
圖1橋式起重機結(jié)構(gòu)圖
其中橋式起重機的起升機構(gòu)是通過控制三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過聯(lián)軸器和減速器帶動繞有鋼絲繩的卷筒，使吊鉤升或降。而橋式起重機的兩個移動機構(gòu)，也分別是通過控制三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過聯(lián)軸器和減速器帶動車輪轉(zhuǎn)動。
二、橋式起重機變頻調(diào)速的概述
橋式起重機變頻調(diào)速的工作原理：在異步電動機的極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s一定的情況下，只改變異步電動機的供電電源頻率f，就可以實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速。但當供電電源頻率f小于電動機的額定工作頻率內(nèi)變化時，因端電壓U≈（式中：E1－感應電動勢、f－供電電源頻率、w—串聯(lián)匝數(shù)、k—繞組系數(shù)、φ－電機的磁通），只有維持U/f為常數(shù)，才能保證電機的磁通φ不變，保證電動機的性能不變。而當供電電源頻率f大于電動機的額定工作頻率時，電動機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，若仍維持U/f為常數(shù)，端電壓U將超過電動機額定電壓，這是不允許的，因此，在實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時，應保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率f增加，電動機磁通φ將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也將隨之下降，而輸出功率近似恒定。
橋式起重機變頻調(diào)速方式一般采用U/f控制方式、矢量控制方式及直接轉(zhuǎn)矩控制方式。其中起重機的起升機構(gòu)一般采用閉環(huán)的矢量控制方式或閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式；而移動機構(gòu)一般開環(huán)的U/f控制方式或開環(huán)的矢量控制方式。
橋式起重機變頻調(diào)速一般分起升機構(gòu)變頻調(diào)速和移動機構(gòu)變頻調(diào)速，其主要由機構(gòu)中的變頻電機、變頻器、控制器件及線路保護開關(guān)等組成。但為了防止變頻器對外界的干擾和對自身的保護、以及提高電機控制的精度，一般在變頻器周圍配有AC/DC電抗器、制動單元及制動電阻、濾波器及傳輸卡件等。而其中，根據(jù)橋式起重機機構(gòu)用途的不同，在起升機構(gòu)所用的變頻電機內(nèi)都配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，提高調(diào)速精度和響應速度。同時控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，取代過去采用交流接觸器控制，使控制系統(tǒng)可靠性高、應用靈活、線路簡單、易于使用及故障率低等。
三、橋式起重機的變頻調(diào)速設計
1、橋式起重機變頻調(diào)速的硬件選擇
（1）變頻電機的選擇
a、起升機構(gòu)變頻電機應滿足：
（式中：P－電機容量（kw）；G－額定重量（kg），應考慮125%的過載能力；v－額定線速度（m/min）；η－機械效率）。
b、移動機構(gòu)變頻電機應滿足：
（式中：P－電機容量（kw）；u—移動阻力（kg）；V—額定速度（m/min）；η—機械效率）。在室外的情況下，移動阻力中還須包括風阻和由于移動路徑的傾斜度（水平度）而加大的阻力等。
（2）變頻器的選擇
在選擇橋式起重機各機構(gòu)變頻器的容量時，通常用變頻器的輸出電流作為選擇條件。變頻器的銘牌輸出電流I1應滿足以下條件：且（式中：Ie－電動機額定電流；I0－電動機最大工作電流，為靜載電流和動載電流之和；K0－安全系數(shù)，重復短時工作制一般場合取1～1.1；K1－最大負載系數(shù)，即所需最大轉(zhuǎn)距與電動機額定轉(zhuǎn)距之比；K2－余量系數(shù)，一般取1.2；K3－變頻器過載能力系數(shù)，見產(chǎn)品手冊。）
（3）制動電阻及制動單元的選擇
制動電阻阻值的計算基準：變頻電機再生電能必須被制動電阻完全吸收，即滿足R＝V²/Pe×Kc
；而制動單元按制動電流選擇，即滿足
(式中：R-制動電阻等效電阻值；V－制動單元直流工作點電壓，一般取700V；Pe－電機額定功率；Kc－制動頻度，在橋式起重機中取0.2～0.4；K－回饋時的機械能轉(zhuǎn)換效率，一般取0.7)。
（4）可編程控制器（PLC）的選擇
在橋式起重機中，由于各機構(gòu)的控制檔位一般為5檔，那么每個機構(gòu)所需的PLC總點數(shù)一般在19～20個點。對一臺三個機構(gòu)的橋式起重機一般所需的總點數(shù)在60個左右。
（5）其它電氣元器件按有關(guān)標準進行選擇，在此不作詳細說明。
