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[摘要]随着电力电子技术的发展，PLC、变频器等自动化产品在电力拖动领域得到了广泛应用。起重机械采用PLC-变频器调速逐渐得到推广和普及，PLC过程控制取代传统的继电-接触器控制逐渐成为起重机械电气控制的主流；用变频电动机或异步电动机取代绕线电机，再配合先进的现场总线技术和人机界面系统，提高了设备控制精度和稳定性，降低了故障率，且节能效果显着，易于检修维护，成为提高企业生产效率的好途径。
[关键词]天车PLC变频器电动机
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）28―0518―01
引言
天车也称桥式起重机，主要用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运的设备，它是由大车、小车、减速机、电动机、控制系统等设备构成。它的运转情况直接影响到公司的正常生产，甚至涉及到工人的人身安全。
１、起重机械的组成及负载特点
起重机械最基本的工作机构有以下四种：即起升机构、小车机构、大车机构。起升机构是主要功能机构，其正反转工作变换比较频繁，每次的起吊重量差别比较大，且具有恒转矩负载的特点。起重机械的起升机构由电动机、减速器、卷筒等部分组成，其作用可将原动机的旋转运动转变为吊钩的垂直升降运动，实现吊具垂直升降的目的功能不可缺少的部分。
由于重物在空中具有位能，重物上升时，是电动机克服各种阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而做功，属于阻力负载；重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，电动机成为了能量的接受者，故属于动力负载。但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍须由电动机拖动下降，仍属于阻力负载。
为使重物在空中停止在某一位置，在起升机构中还必须设置制动器和停止器等控制部件。为了适应不同吊重对作业速度的不同要求，起升速度应能调节，并具有良好的微动控制性能。微动速度一般在0.25～0.4m/min范围。
２、变频调速的基本原理与电动机的机械特性
2.1变频调速的基本原理
一般三相异步电动机调速方法有：（1）改变磁极对数p来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、1000…，为有级调速；（2）改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大，效率低；（3）改变定子电源频率f1，其调速属于改变同步转速n1调速，由于没有人为的改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高。其是一种较为理想的调速方法，但变频调速需要较复杂的控制电路组成。
2.2电动机变频调速的机械特性
起重机械各部分的拖动系统，一般都需要调速，在变频调速问世之前，已经发明了多种调速方法，获得了广泛的应用。例如：增大或改变转子回路内电阻的调速、电磁调速电动机等等。比较常见的是采用绕线转子异步电动机，调速方法是通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制了转速。电动机采用变频调速，一方面可以实现节能，另一方面可以保持较硬的机械特性，负载能力较好。
２.３电动机变频调速与原拖动系统调速的机械特性比较
（1）重物上升时，两种调速方式其机械特性都在第一象限，曲线①表示变频调速时的机械特性，转速为nl。曲线②表示通过转子电路串入电阻来实现调速时的机械特性，即电压调速。从两条曲线可以看出，工作点由A点对应A’点，电动机的转矩大为减小，拖动系统因带不动负载而减速，直至到达B点时，电动机的转矩重新和负载转矩平衡，工作点转移至B点，转速为降n2，负载能力相对于变频调速变化明显。
（2）轻载下降时两种调速方式其工作特点与重物上升时相同，只是转矩和转速都是负的，机械特性在第三象限。
（3）重载下降时，原拖动系统的电动机从接法上说，是正方向的，产生的转矩也是正的。但由于在转子电路中串入了大量电阻，使机械特性倾斜至如曲线⑤所示。这时，电动机产生的正转矩比重力产生的转矩小，非但不能带动重物上升，反而由于重物的拖动，电动机的实际旋转方向是负的，其工作点在机械特性向第四象限的延伸线上，这时，转速为n5。这种工作状态的特点是：电动机的转矩是正的、却被重物“倒拉”着反转。解决这种现象的途径只能是选择较大的功率，这无形便增加了设备成本。
３、采用变频调速需要注意的问题
（1）重物起吊时起动转矩Ts较大，通常在额定转矩 TN的150％以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，起动转矩 Ts应按照额定转矩TN的150％～180％来进行选择：
Ts =（150% ~ 180 %）TN（4）
（2）起升机构工作过程中，在重物刚离开泊位上升的瞬间以及在重物刚到达新泊位下降的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。
（3）起升装置在调整缆绳松弛度时，以及移动装置在进行定位控制时，都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。
（4）在重物开始升降或停止时，要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松開，以及从松开到抱紧的动作过程需要一定的时间（约6s），而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。
4、起重机械变频调速采取的措施
4.1选择合适的变频器容量
在起重机械中，因为升、降速时的电流较大，应求出对应于最大起动转矩和升降速转矩的电动机电流。
4.2溜钩的预防措施
起升机构中，由于重物具有重力的原因，如没有专门的制动装置，重物在空中是停不住的。为此，电动机轴上必须加装制动器，常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。多数制动器都采用常闭式的，即：线圈断电时制动器依靠弹簧的力量将轴抱住，线圈通电时松开。
为了有效地防止溜钩，某些新型变频器设置了一些独特的制动功能，如：
（1）零速全转矩功能变频器可以在速度为0的状态下，电动机的转矩也能达到额定转矩的150％。这就保证了吊钩由升、降速状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。
（2）直流强励磁功能变频器可以在起动之前和停止时，自动进行强直流励磁。使电动机有足够大的转矩（可达额定转矩的200％），维持重物在空中的停住状态，以保证电磁制动器在释放和抱住过程中不会溜钩。
4.3变频调速系统的控制
起重机械拖动系统的控制动作包括：吊钩的升降及速度档次、变幅功能等，都可以通过可编过程控制器（PLC）进行无触点控制。
５、结语
异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置，应用时常采用由晶闸管组件或自关断的功率晶体管器件组成的变频器。除起重机械外，变频调速已经在许多领域内获得广泛应用。可以预见，随着生产技术水平的不断提高，变频调速必将获得更大的发展。
参考文献
[1]王进. 施工机械概论.北京：人民交通出版社，2002
[2]李发海，王岩. 电机与拖动基础（第二版）.北京：清华大学出版社，2001
[关键词]天车PLC变频器电动机
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）28―0518―01
引言
天车也称桥式起重机，主要用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运的设备，它是由大车、小车、减速机、电动机、控制系统等设备构成。它的运转情况直接影响到公司的正常生产，甚至涉及到工人的人身安全。
１、起重机械的组成及负载特点
起重机械最基本的工作机构有以下四种：即起升机构、小车机构、大车机构。起升机构是主要功能机构，其正反转工作变换比较频繁，每次的起吊重量差别比较大，且具有恒转矩负载的特点。起重机械的起升机构由电动机、减速器、卷筒等部分组成，其作用可将原动机的旋转运动转变为吊钩的垂直升降运动，实现吊具垂直升降的目的功能不可缺少的部分。
由于重物在空中具有位能，重物上升时，是电动机克服各种阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而做功，属于阻力负载；重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，电动机成为了能量的接受者，故属于动力负载。但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍须由电动机拖动下降，仍属于阻力负载。
为使重物在空中停止在某一位置，在起升机构中还必须设置制动器和停止器等控制部件。为了适应不同吊重对作业速度的不同要求，起升速度应能调节，并具有良好的微动控制性能。微动速度一般在0.25～0.4m/min范围。
２、变频调速的基本原理与电动机的机械特性
2.1变频调速的基本原理
一般三相异步电动机调速方法有：（1）改变磁极对数p来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、1000…，为有级调速；（2）改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大，效率低；（3）改变定子电源频率f1，其调速属于改变同步转速n1调速，由于没有人为的改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高。其是一种较为理想的调速方法，但变频调速需要较复杂的控制电路组成。
2.2电动机变频调速的机械特性
起重机械各部分的拖动系统，一般都需要调速，在变频调速问世之前，已经发明了多种调速方法，获得了广泛的应用。例如：增大或改变转子回路内电阻的调速、电磁调速电动机等等。比较常见的是采用绕线转子异步电动机，调速方法是通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制了转速。电动机采用变频调速，一方面可以实现节能，另一方面可以保持较硬的机械特性，负载能力较好。
２.３电动机变频调速与原拖动系统调速的机械特性比较
（1）重物上升时，两种调速方式其机械特性都在第一象限，曲线①表示变频调速时的机械特性，转速为nl。曲线②表示通过转子电路串入电阻来实现调速时的机械特性，即电压调速。从两条曲线可以看出，工作点由A点对应A’点，电动机的转矩大为减小，拖动系统因带不动负载而减速，直至到达B点时，电动机的转矩重新和负载转矩平衡，工作点转移至B点，转速为降n2，负载能力相对于变频调速变化明显。
（2）轻载下降时两种调速方式其工作特点与重物上升时相同，只是转矩和转速都是负的，机械特性在第三象限。
（3）重载下降时，原拖动系统的电动机从接法上说，是正方向的，产生的转矩也是正的。但由于在转子电路中串入了大量电阻，使机械特性倾斜至如曲线⑤所示。这时，电动机产生的正转矩比重力产生的转矩小，非但不能带动重物上升，反而由于重物的拖动，电动机的实际旋转方向是负的，其工作点在机械特性向第四象限的延伸线上，这时，转速为n5。这种工作状态的特点是：电动机的转矩是正的、却被重物“倒拉”着反转。解决这种现象的途径只能是选择较大的功率，这无形便增加了设备成本。
３、采用变频调速需要注意的问题
（1）重物起吊时起动转矩Ts较大，通常在额定转矩 TN的150％以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，起动转矩 Ts应按照额定转矩TN的150％～180％来进行选择：
Ts =（150% ~ 180 %）TN（4）
（2）起升机构工作过程中，在重物刚离开泊位上升的瞬间以及在重物刚到达新泊位下降的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。
（3）起升装置在调整缆绳松弛度时，以及移动装置在进行定位控制时，都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。
（4）在重物开始升降或停止时，要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松開，以及从松开到抱紧的动作过程需要一定的时间（约6s），而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。
4、起重机械变频调速采取的措施
4.1选择合适的变频器容量
在起重机械中，因为升、降速时的电流较大，应求出对应于最大起动转矩和升降速转矩的电动机电流。
4.2溜钩的预防措施
起升机构中，由于重物具有重力的原因，如没有专门的制动装置，重物在空中是停不住的。为此，电动机轴上必须加装制动器，常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。多数制动器都采用常闭式的，即：线圈断电时制动器依靠弹簧的力量将轴抱住，线圈通电时松开。
为了有效地防止溜钩，某些新型变频器设置了一些独特的制动功能，如：
（1）零速全转矩功能变频器可以在速度为0的状态下，电动机的转矩也能达到额定转矩的150％。这就保证了吊钩由升、降速状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。
（2）直流强励磁功能变频器可以在起动之前和停止时，自动进行强直流励磁。使电动机有足够大的转矩（可达额定转矩的200％），维持重物在空中的停住状态，以保证电磁制动器在释放和抱住过程中不会溜钩。
4.3变频调速系统的控制
起重机械拖动系统的控制动作包括：吊钩的升降及速度档次、变幅功能等，都可以通过可编过程控制器（PLC）进行无触点控制。
５、结语
异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置，应用时常采用由晶闸管组件或自关断的功率晶体管器件组成的变频器。除起重机械外，变频调速已经在许多领域内获得广泛应用。可以预见，随着生产技术水平的不断提高，变频调速必将获得更大的发展。
参考文献
[1]王进. 施工机械概论.北京：人民交通出版社，2002
[2]李发海，王岩. 电机与拖动基础（第二版）.北京：清华大学出版社，2001