QE150起重机电气使用说明书文档格式.docx
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整机工作电源由总电源断路器输出端引向机上各机构的电源断路器上桩头。
简易联动台和遥控器上都装有紧急停止自锁按钮，紧急情况下可拍下该按钮，总断路器就自动切各个机构的动力工作电源。
控制电源为AC220V,在电源柜中设置了AC380V/AC220V的控制变压器，为紧停回路、各机构控制回路提供电源。
根据现行的起重机安全标准，该机要增加断相错相保护继电器。
2.负荷计算：
1）整机装机容量：
序号
机构名称
电机数量
功率（KW）
电流（A）
许用电流（A）
附注
1
副起升
90kwx1
90
180
75吨
2
副小车运行
11kwx1
11
22
3
主起升
110kwx1
110
220
120吨（改）
4
辅起升
37kwx1
37
74
20吨（改）
5
主小车运行
15kw
15
30
6
大车运行
15kwx4
60
120
0
7
照明辅助电源
18.5kva
18.5
37
8
综合情况
总341.5
总683
489
由上表可见，改造后的QE150t（120/20/75t）-22m,A5起重机整机装机容量约为341.5KW
2）最大工作电流
单台机的额定电流按式（138）计算（GB-3811）：
Iw=IN1+IN2+IN3+IAUXI……（138）
式中：
Iw——总进线电缆或滑线的额定工作电流，称作起重机工作电流，单位为安培。
IN1——功率最大机构电动机的额定工作电流，220A（主小车主钩），单位为安培。
IN2，IN3——工件翻身时其它两个可能同时工作的机构电动机的额定工作电流180A（副小车75吨吊钩）、52A（两个小车同时运行的电流）。
IAUXI——辅助电气设备与控制所需的额定工作电流，37A。
所以Iw=IN1+IN2+IN3+IAUXI=220+180+54+37=491（A）
查原通用能源杭州采购的75t+75t起重机的总断路器选3VL5763-1DE36,额定电流为630A,兼具欠压脱口跳闸、短路及过流、过载保护；
计算结论：
原总断路器可以使用。
三，主小车起升机构满足120t（起升最大速度4.9m/min）电机功率计算
1.120吨起升电动机的选择
1）.稳态起升功率PN（GB-T—3811-2008）：
P2.1.1.1计算：
PN=Pq*Vq/1000η（P.1）
本机（一个吊钩）：
PN——电动机的稳态起升功率，单位为千瓦（KW）；
Pq——额定起升载荷，单位为牛（N）；
对吊钩起重机应包括钢丝绳和吊具的重力，本机为120t（额定载荷）+12t（吊具和钢丝绳）；
Vq——起升速度，单位为米每秒（m/s）,本机120吨主钩的最快速度为4.9m/min；
η——起升机构总效率，设本机的120吨起升机构的总效率为85%。
根据本机情况：
PN=Pq*Vq/1000η=[（120t+12t）*9800*4.9/60]/850
=[132*9800*4.9/60]/850
=[6338640/60]/850
=105644/850=124287W≌125KW
2）由于电动机都过载能力，120吨起升机构选用为1台110KW变频电动机，型号为YZP355L1-10,额定电流220A,工频转速594rpm。
3）YZP355L1-10,采用变频器驱动控制电机转速。
2.120吨起升变频器的选择
1）变频器选型
变频器容量按异步电动机功率，选用1台日本安川CIMR-G7B4132（132KW）重载型变频器，带PG卡，通过HEL-600L-3F。
A。
编码器、双绞屏蔽线（DJPVR-3x2x0.75）进行闭环矢量控制，变频器的额定输出电流为264A,驱动1台110kw的起升电动机。
由于120吨起升机构要满足动载试验，允许过载10%，故要核算一下变频器的选用情况：
120吨起升机构在额定载荷时的计算电流为125（kw）x2=250（A）
当吊120x1.1=132吨物件时，主钩电机实际出力：
Ip=1.1*250A=275A,
由于变频器的标准短时过载倍数200%，此时，变频器的过载倍数为275/270x2=0.509,变频器不过载，容量校核通过。
由于120吨起升机构要满足静载试验，允许过载25%，故要核算一下变频器的选用情况：
当吊120x1.25=150吨物件时，主钩电机实际出力：
Ip=1.25*250A=312.5A,
由于变频器的标准短时过载倍数200%，此时，变频器的过载倍数为312.5/270x2=0.579,变频器不过载，容量校核通过。
120吨主起升变频器参数设置有：
额定电压、额定电流、最大频率、最小频率、基频、加减速时间、停车方式、以及过载、短路、接地保护等的电机保护功能。
起升机构的闭环控制速度反馈采用增量式脉冲编码器回馈到变频器，实时检测变频器力矩及转速信号根据电动机的实际转速与主令控制给变频器的频率指令比较，随时微调电动机的实际转速，使电动机在各种状态下转矩和转速保证在输入指令的希望值范围之内。
此系统具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性，克服了定子调压调速会发生吊钩反冲的弊端。
起升机构通过HBC遥控器主令摇杆控制进行调速控制，采用液压制动器，实现零速报闸，可以全速受控，减少报闸闭合时的振动及闸皮磨损，使停车更平稳。
起升机构的电气保护有短路及过电流保护、过载保护、超负荷保护和零位保护，当变频器出现故障信号时，必须通过故障复位按钮进行复位。
为了保证改起重机抬吊工件的总重量不超过150t，改造后的起重机必须增加一个特制的超载限制器，主要功能：
所有吊钩（120t主钩，75t副钩，20t辅钩）总吊重为135t时声光报警；
所有吊钩总吊重为150t时各吊钩自动停止上升（但可下降）；
120t主钩和75t副钩配有大屏幕吊重显示器；
具体改造要求如下所述：
变频调速在起重机上应用的综述
变频调速技术是起重机调速系统最高成就，与起重机其他调速方式如涡流调速，转子斩波调速，能耗制动调速，调压调速，直流调速相比，具有高得多的价格性能比。
从90年代起已经在国际上获得广泛应用。
变频调速技术是应交流电机无极调速的需要而发展的。
20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MCT（MOS控制晶体管）、MCTH（MOS控制晶闸管）发展到今天的IGBT（绝缘栅双极型晶闸管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管），电力电子器件不断的推陈出新为变频调速技术提供了有利的条件。
变频调速起重机是随着大功率器件IGBT、矢量控制技术和SPWM调制技术的发明特别是16位、32位、64位微处理的应用而发展起来的最新调速系统。
它具有比上述所有调速系统高得多的价格性能比，其主要技术性能指标已完全达到直流调速系统的技术水平，具有调速范围大，调速比大于1：
100最大调速比可达到1：
1000,起制动平稳，响应快，容量大，有多达20多项保护控制功能，具有与PLC联网、监控，全数字控制等先进功能，系统的稳定性好，可靠性高，由于接入电动机定子的动力电源是直接经过绝缘栅双极型晶闸管控制的,不需要正反机械连锁接触器,不象交流接触器通断电源那样主触点开闭时有电弧燃烧现象；
机械传动装置使用笼型电机拖动，电动机转子回路无外接电阻，因此电机维护方便，且允许起重机长时低速运行等一系列优点。
目前国内外早已将变频调速广泛的应用于调速系统上，但起重机由于其起升机构的位能性负载（重载下降——电动机处于发电状态）的特殊性，一段时间来，变频调速只用于起重机的运行机构上。
随着最近几年变频技术的飞速发展，全变频调速起重机才获得了推广，国外许多公司近年来相继推出了各自的新产品，并成功的应用于各类起重机上。
我公司于94年开始将变频调速应用于起重机的运行机构上，于96年开始将变频调速应用于起重机的起升机构上，获得了成功，填补了国内空白，其总体技术性能达到国际先进，国内领先的水平。
目前，起重机的变频调速已广泛应用于各类电气拖动系统的产品上，且已标准化，系统化，全面推向用户，小到0.5t的电动单梁起重机，大到1200t起重机。
我公司到99年11月，已生产全变频调速起重机150多台，（包括200t龙门起重机）。
解决了许多国家重点工程中对调速起重机的需求，替代进口，节约大量的外汇，有着显著的经济效益和社会效益。
我公司在变频调速起重机上使用的变频调速器以日本安川（YASKAWA）的为多，因为目前在诸多变频器中安川变频器在价格性能比最优，当用户指定使用西门子公司和ABB公司的变频器时，我司也可以满足用户的要求，不过同功率、同性能的变频器目前西门子和ABB公司的价格要比YASKAWA贵一些。
随着我国改革开放，国外先进技术不断进入我国，大量的大型精密设备的安装，调试，先进工艺的生产过程都要求有调速性能优良的调速起重机。
为了将我国的调速起重机的技术水平达到国际先进水平，以适应国内时常的需要，我公司自行研制开发了5~250t变频调速起重机系列产品。
下面就起重机常用四种调速方案作简要比较。
涡流调速具有调速比适中，性能稳定、可靠，对晶闸管容器要求低的特点，但它要求有笨重的涡流制动器，因而大大增加了调速系统的转动惯量，这对调速系统是很不利的，同时调速过程中产生的转差功率消耗在系统器件上，故不能长期低速运行。
另外对机构的布置也带来一定的困难。
晶闸管定子调压调速目前在国际上是很成熟的产品，它具有四象限工作范围，调速性能良好，但调速范围最大只能达到1：
20，且调速过程中产生转差功率部分消耗在系统器件上，调速器的价格又较高。
国外产品有西门子SIMOTRAS—HE、ABB的ASTAT系列、TE公司的STATOVER系列、KONE公司的ACE系列。
现已逐步被变频调速所取代。
直流调速具有优良的性能，先进的直流调速系统如法国TE公司的RTV84及美国GE公司的DC300系列、西门子的6RA24系列、具有调速范围大，起制动平稳，响应快，容量大等一系列优点。
但由于直流电机价格较贵，且维修不便。
电控部分的价格较高，现已逐步被变频调速多取代。
起重机变频调速具有比上述所有调速系统高得多的价格性能比，其主要技术性能指标已达到直流调速系统技术水平、具有调速范围大，速比可大于1：
1000，起制动平稳，响应快，容量大，有多达20多项保护控制功能系统，具有与PLC联网、监控，全数字控制等先进功能，稳定性好，可靠性高，易于维护，允许长期低速允许等一系列优点，近两年来被国内外所广泛采用。
下表是起重机主要四种调速方案主要性能及价格比较表，从表中可见，起重机变频调速具有最好的价格性能比。
调速方式
涡流调速
调压调速
直流调速
变频调速
调速基本原理
利用涡流制动器的制动力矩与电机软化特性的组合特性调速
改变电机供电电压，结合改变转子电阻值进行闭环调速
改变直流电机的励磁电压进行调速
改变笼型电机的供电电压及频率进行调速
使用电机
异步绕线笼型电机
直流滑环电机
交流笼型电机
调速性能
耗能性，能耗最大
节能型
最大调速比
1：
10
20
≥1：
100
调速范围
10%~45%额定速度
5%~50%额定速度
1%~150%额定速度
1%~200%额定速度
响应速度
较慢
较快
快
特性硬度
（闭环）
5%
较差
1~2%
较好
1%~0.2%
好
低速运行时间
较短
较长
可长期低速运行
维护
较简单
复杂
简单
超同步运行（起升）
不可以
可以
起重机变频调速系统的工作原理
由于拖动电机采用变频器调速具有启制动平稳，对机械机构冲击小等优点，目前，变频调速系统已逐渐成为电气调速传动的主流，即使在大型、高精度、快响应的调速系统中，直流电机调速系统也有逐步被变频调速系统取代的趋势。
在起重机调速领域，起重机变频调速系统具有比其它调速系统高得多的价格性能比，必将成为起重机调速系统的主流。
起重机由于其起升机构的位能性负载的特殊性，过去一段时间以来，变频调速只用于起重机的运行机构上。
随着最近几年变频技术的飞速发展，全变频调速起重机才获得了推广，国外许多公司近年来相继推出了各自的新产品。
我们于96年开始将变频调速应用于起重机的起升机构上，获得了成功，填补了国内空白，其总体技术性能达到国际先进，国内领先的水平。
1.变频调速之所以发展如此迅速，与如下一些关键性技术的突破有关。
1.1电力电子器件制造技术发展
近年来，高速开关绝缘栅双极型晶体管IGBT的应用，提高了电源开关频率，极大地改善了电源输出波形，提高了系统功率因数。
降低了变频容量的配置及系统成本，使变频器大规模推广使用成为可能。
目前IGBT单只最大电流可达1000A以上，电压在1200V以上。
1.2变频装置的高性能
早期的变频调速系统基本上采用V/F控制方式——在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机的磁通保持一定，调速范围较宽，无法得到快速的转矩响应，低速特性较差。
随着“矢量控制”——磁场定向控制技术的应用，改变了过去传统方式中仅对交流电流的量值进行控制的方法，实现了在控制量值的同时也控制其相位的新的控制思想，使用坐标变换的方法，实现定子电流的磁场分量与转矩分量的解藕控制，可以使交流电机像直流电机一样具有良好的调速性能。
YASKAWAG7系列变频器采用世界领先技术的“3电平控制方式”是真正的电流失量控制系统，这一直接转矩控制技术的发明，使变频调速系统的性能有了进一步的提高。
1.3SPWM冲宽度调制技术的应用
SPWM技术伴随着自关断技术的发展而发展起来的，它可以改善变频器的输出波形，降低谐波，减少脉动转距，简化了变频器的结构，加快调节速度，提高了系统的动态响应性能。
1.4全数字控制技术的应用
变频调速系统是一种全数字控制系统，其特点如下：
（1）高精度。
特别是在变频器中使用了16位至64位处理器，系统精度大为提高；
（2）稳定性好。
由于控制信息为数字型式，故不易随时间和温度发生变化；
（3）可靠性高。
由于采用大规模集成电路，系统中硬件电路数量减少，相应的故障率大大降低。
（4）灵活性好。
系统中硬件向标准化、集成化方向发展；
（5）存储力强。
存储容量大，存放时间几乎不受限制，故可在存储器中存放大量数据和表格。
利用查表法简化计算，提高运算速度。
（6）逻辑运算能力强。
实现自诊断、故障记录、故障搜索等功能，使变频器的可靠性，可使用性，免维修性大大提高。
2.起重机变频调速的工作原理及其工作状态
2.1变频调速的简单原理
在交流异步电动机诸多调速方法中，变频调速的性能最好。
调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。
采用通用变频器对三相笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高且经济效益显著，现已被大量的应用于各种调速系统中。
2.1.1变频调速的基本控制方式
异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为
n1=60f1/np
式中n1—同步转速（r/min）；
f1—定子频率（HZ）；
np—磁极对数。
而异步电动机的轴转数为：
n=n1（l-s）=60f1/np（l-s）
式中s—异步电动机的转差率，s=（n1—n）/n1。
改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。
对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。
磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转距小，电动机的负载能力下降；
磁通太强，则处于过励磁状态。
使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。
异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁动势产生的，下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。
由电机理论知道,三相异步电动机定子每相电动势的有效值为
E1=4.44f1N1Фm
式中E1—定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（V）;
f1—定子频率（Hz）;
N1—定子相绕组有效匝数；
Фm—每级磁通量（Wb）。
由于式可见，Фm的值是有E1和f1共同决定的，对E1和f1进行适当的控制，就可以使气隙磁通Фm保持额定值不变。
下面分两种情况说明：
（1）基频以下的恒磁通变频调速这是考虑从基频（电机额定频率f1N）向下调速的情况。
为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通Фm不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/f=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。
这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。
但是，E1难于直接检测和直接控制。
当E1和f1的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可以近似地保持定子相电压U1和频率f1的比值为常数，即认为U1=E1,保持U1/f1=常数即可。
这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。
当频率较低时，U1和E1都变小
定子漏阻抗压（主要是定子电压降）U1
不能再忽略。
这种情况下，可以人为地2
适当提高定子电压以补偿定子电阻压降1
的影响，使气隙磁通基本保持不变。
如图1所示，其中1为U1/f1=C时
的电压、频率关系，2为有电压补偿
时（近似的E1/f1=C）的电压、频率
关系。
实际装置中U1与f1的函数0图1U/f关系f1
关系并不简单的如曲线2所示。
通用变频器中U1与f1之间的函数关系有很多种，可以根据负载性质和运行状况加以选择。
（2）基频以上的弱磁变频调速这是考虑由基频开始向上调速的情况。
频率由额定值f1N向上增大，但电压U1受额定电压U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不变。
必然会使主磁通随着f1的上升而减小，相对于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式
Фm,U1恒转矩调速恒功率调速U1N
上述两种情况综合起来，ФmN
异步电动机变频调速的
基本控制方式如图2所
示。
由上面的讨论可知，异Фm
步电动机的变频调速必须按
照一定的规律同时改变其定f1Nf1
子电压和频率，图2异步电动机变频调速时控制特性
即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源，实现所谓的VVVF（VariableVoltageVariablefrequency）调速控制。
通用变频器可适应这种异步机变频调速的基本要求。
用VVVF变频器对异步电动机机械变频控制时的机械特性如图3所示。
图3表示在U1/f1=C的条件下得到的机械特性。
nn
1T0T
a）b）
U1
电动时
空载时
再生时
0f1
c）
图3异步机变频调速的机械特性a）U1/f1=Cb）E1/f1=Cc）U1与f1间的关系
在低速区由于定子电阻压降的影响使机械特性向左移动，这是由于主磁通减小的缘故。
图3表示采用了定子电压补偿是的机械特性。
图3则示出了端电压补偿的U1与f1之间的函数关系。
2.1.2变频器的基本构成
变频器分为交—交和交—直—交两种形式。
交—交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。
而交—直—交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率、电压均可控制的交流，又称间接式变频器。
我们主要研究交—直—交变频器，以下简称变频器。
变频器的基本构成如图4所示，由诸回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，分述如下：
网侧交流器I中间直流环节III负载变流器II
～3φ
O整流器逆变器
ACDC
控控
制制
指指
令控制电路令
运行指令
图4变频器的基本构成
（1）整流器电网侧的交流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。
（2）逆变器负载侧的变流器II为逆变器。
最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。
有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。
（3）中间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。
无论电动机处于电动或发电制动状态，其功能因数总不会为1。
因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。
这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。
所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。
（4）控制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。
其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。
控制方法可以采用模拟控制或数字控制。
高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。
2.2起重机变频调速系统中电动机的几种调速方式
通常情况下，电力拖动系统电动机有恒磁通调速方式、恒功率调速方式、恒电流调速方式三种。
其力矩曲线见图5。
f
150HZ
100HZ
恒功率调速
50HZ
恒转矩调速（恒磁通、恒电流调速）
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