CN105438992A - 一种起重机电气控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种起重机电气控制系统及方法，属于起重机电气控制领域。该系统包括线路保护单元、晶闸管单元、控制单元和制动器控制单元，线路保护单元包括主断路器、快速熔断器，晶闸管单元包括定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组，定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组由一块控制板进行控制，控制单元包括主令控制器、控制板、移相板、触发板、档位控制板、电源板、显示板，制动器控制单元包括制动器断路器、交流接触器。该系统提高了调速性能和控制精度，扩大了调速范围，实现了无级调速，体积是同功率普通控制柜的1/4，重量是同功率普通控制柜的1/3，用户可直接在现场接线使用。

Description

一种起重机电气控制系统及方法

技术领域

本发明属于起重机电气控制领域，特别涉及一种起重机电气控制系统及方法。

背景技术

目前起重机电气控制系统大多采用交流绕线式电动机转子回路串入外接电阻调速，由凸轮控制器或主令控制器、继电器、接触器控制，传统的接触器控制触点易烧损、损耗大。转子回路串入外接电阻调速方式是有级调速、机械特性软、效率低、调速性能较差。定子调压调速方式是无级调速、调速方法简单、闭环状态时调速范围较宽，在起重机电气控制系统中鲜有应用。目前起重机电气控制系统控制柜体积和重量都较大，用户使用时需要进行二次设计。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种起重机电气控制系统及方法。一种起重机电气控制系统包括线路保护单元、晶闸管单元、控制单元和制动器控制单元。线路保护单元包括主断路器、快速熔断器。晶闸管单元包括定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组，定子晶闸管组由三相桥式反并联电路构成，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组均由三个双向晶闸管构成。控制单元包括主令控制器、控制板、移相板、触发板、档位控制板、电源板、显示板。制动器控制单元包括制动器断路器、交流接触器。主断路器、快速熔断器串联连接，快速熔断器与定子晶闸管组相连。定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组由一块控制板进行控制。主令控制器与档位控制板相连，档位控制板的输出端连接控制板的输入端，控制板的输出端连接移相板的输入端、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组的输入端，移相板的输出端连接触发板输入端，触发板的输出端连接定子晶闸管组，定子晶闸管组连接主传动电动机，控制板连接显示板的输入端。第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组的输出端连接转子回路外接电阻。电源板与移相板、触发板、控制板、显示板相连。制动器断路器与主断路器相连，制动器断路器与交流接触器串联连接，交流接触器与制动器电动机相连。

采用起重机电气控制系统的起重机电气控制方法如下：

上升运行：当主令控制器开启档位控制板上升1档或2档或3档或4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组以相应的触发角导通，主传动电动机得电建立正向电磁转矩，经延时后制动器控制单元的交流接触器闭合，制动器电动机得电，电磁抱闸打开，主传动电动机启动。比较主令控制器给定信号和转速反馈信号，调整主传动电动机的转速，主传动电动机在闭环状态下运行。当主传动电动机转速达到50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接，当主传动电动机转速达到75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行。当主传动电动机运行于档位控制板1档或2档或3档时，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组断开，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，主传动电动机重新回到闭环状态下运行。当主令控制器给定信号为零位时，通过调整定子晶闸管组中晶闸管的触发角使主传动电动机转速降低，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

重载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时，首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，此时主传动电动机输出的是正向电磁转矩，正向电磁转矩小于负载转矩，因此主传动电动机进入倒拉反转状态，主传动电动机在闭环状态下运行。当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出反向电磁转矩，在电磁转矩和负载转矩的共同作用下，主传动电动机反向加速，当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接；当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行。主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态。当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行。当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

轻载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时,首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通,主传动电动机输出的是正向电磁转矩,若主传动电动机不动或下降速度极慢,则判断为轻载，此时定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出的是反向电磁转矩，主传动电动机在反向电磁转矩和负载转矩作用下加速。当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机直接进入反转运行状态。当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接；当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行。主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态。当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行。当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

有益效果：

一种起重机电气控制系统中由第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组代替传统的接触器切换转子回路电阻，并且利用定子调压调速方式与转子回路串入外接电阻的调速方式相互配合提高起重机电气控制系统的调速性能，扩大了调速范围，实现了无级调速。定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组由一块控制板进行控制，提高了控制精度，缩短了响应时间，体积是同功率普通控制柜的1/4，重量是同功率普通控制柜的1/3，用户可直接在现场接线使用，无需进行二次设计，安装方便简单，降低了用户的成本。

附图说明

图1为本发明一种实施例的一种起重机电气控制系统结构框图；

图2为本发明一种实施例的一种起重机电气控制系统主回路单线图；

图3为本发明一种实施例的一种起重机电气控制系统电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做详细说明。如图1所示，一种起重机电气控制系统，包括线路保护单元、晶闸管单元、控制单元和制动器控制单元，主回路如图2所示。线路保护单元包括主断路器、快速熔断器，主断路器采用NSX100NMIC2.23P100A，快速熔断器采用NGTC00125A400V。主断路器负责3AC380V50Hz电源的通断及过载、过热、短路保护，为避免主断路器在过载、短路故障时分断时间长损坏定子晶闸管组中的晶闸管，线路保护单元加入了快速熔断器。晶闸管单元包括定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组，定子晶闸管组由三相桥式反并联电路构成，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组均由三个双向晶闸管构成。控制单元包括主令控制器、控制板、移相板、触发板、档位控制板、电源板、显示板，主令控制器采用S40QT101/4，控制板采用QT2DS1，移相板采用QT4DS1，触发板采用QT5DS1，档位控制板采用QT9DS1，显示板采用SN15DS1。控制板对输入的主令控制器信号及反馈信号进行综合处理，通过5个继电器接收主传动电动机的正反转、制动、加速和故障信号，并将输出信号发送至移相板。控制板集成了主令识别、速度反馈采样、电流反馈采样、PID控制、控制命令输出和故障综合处理功能，并具有延迟电路，防止操作人员快速点动，以减少对机械设备的冲击。移相板接收控制板的输出信号改变晶闸管移相触发角，同时当电源错相，严重相失衡及欠电压时，发出故障信号。触发板采用相位锁定环控制技术和动态时间/波幅瞬态嵌位电路，使其对供电电压扰动不敏感，不易误触发，零电流换向信号使换向瞬间主回路处于断电状态。档位控制板提供四个档位，1档为5％～20％额定转速，1档分为上升档和下降档，2档为10％～30％额定转速，3档为20％～60％额定转速，4档为额定转速，档位的选择是渐进的。电源板为开关电源，为控制板、移相板、触发板、显示板提供5V和12V的直流电源。显示板装有中文液晶显示屏和8个按键，用以显示主传动电动机的运行参数，用户通过按键调整参数。制动器控制单元包括制动器断路器、交流接触器，制动器断路器采用C65N3PD10A，交流接触器采用LC1D12M7C。

主断路器、快速熔断器串联连接，快速熔断器与定子晶闸管组相连。定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组由一块控制板进行控制。主令控制器与档位控制板相连，档位控制板的输出端连接控制板的输入端，控制板的输出端连接移相板的输入端、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组的输入端，移相板的输出端连接触发板输入端，触发板的输出端通过4芯排线分别与定子晶闸管组中的晶闸管相连，定子晶闸管组与主传动电动机相连，主传动电动机为交流绕线电动机，控制板连接显示板的输入端。第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组的输出端连接转子回路外接电阻。电源板与移相板、触发板、控制板、显示板相连。制动器断路器与主断路器相连，制动器断路器与交流接触器串联连接，交流接触器与制动器电动机相连。

采用起重机电气控制系统的起重机电气控制方法，如图3所示：

上升运行：当主令控制器开启档位控制板上升1档或2档或3档或4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组以相应的触发角导通，主传动电动机得电建立正向电磁转矩，经延时(0-10S可调)后制动器控制单元的交流接触器闭合，制动器电动机得电，电磁抱闸打开，主传动电动机启动。比较主令控制器给定信号和转速反馈信号，调整主传动电动机的转速，主传动电动机在闭环状态下运行。当主传动电动机转速达到50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组3KM42导通，部分转子回路外接电阻R3被短接，当主传动电动机转速达到75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组3KM41导通，全部转子回路外接电阻R2、R3被短接，主传动电动机在开环状态下运行。当主传动电动机运行于档位控制板1档或2档或3档时，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组断开，转子回路外接电阻再次被接入转子回路，主传动电动机重新回到闭环状态下运行。当主令控制器给定信号为零位时，通过调整定子晶闸管组中晶闸管的触发角使主传动电动机转速降低，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

重载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时，首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，此时主传动电动机输出的是正向电磁转矩，正向电磁转矩小于负载转矩，因此主传动电动机进入倒拉反转状态，主传动电动机在闭环状态下运行。当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出反向电磁转矩，在电磁转矩和负载转矩的共同作用下，主传动电动机反向加速，当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组3KM42导通，部分转子回路外接电阻R3被短接；当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组3KM41导通，全部转子回路外接电阻R2、R3被短接，主传动电动机在开环状态下运行。主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态。当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行。当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

轻载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时,首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通,主传动电动机输出的是正向电磁转矩,若主传动电动机不动或下降速度极慢,则判断为轻载，此时定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出的是反向电磁转矩，主传动电动机在反向电磁转矩和负载转矩作用下加速。当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机直接进入反转运行状态。当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组3KM42导通，部分转子回路外接电阻R3被短接；当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组3KM41导通，全部转子回路外接电阻R2、R3被短接，主传动电动机在开环状态下运行。主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态。当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行。当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。

Claims (3)

1.一种起重机电气控制系统，其特征在于：包括线路保护单元、晶闸管单元、控制单元和制动器控制单元，线路保护单元包括主断路器、快速熔断器，晶闸管单元包括定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组、第二转子电阻切换晶闸管组，定子晶闸管组由三相桥式反并联电路构成，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组均由三个双向晶闸管构成，控制单元包括主令控制器、控制板、移相板、触发板、档位控制板、电源板、显示板，制动器控制单元包括制动器断路器、交流接触器，主断路器、快速熔断器串联连接，快速熔断器与定子晶闸管组相连，主令控制器与档位控制板相连，档位控制板的输出端连接控制板的输入端，控制板的输出端连接移相板的输入端、第一转子电阻切换晶闸管组的输入端、第二转子电阻切换晶闸管组的输入端，移相板的输出端连接触发板输入端，触发板的输出端连接定子晶闸管组，定子晶闸管组连接主传动电动机，控制板连接显示板的输入端，第一转子电阻切换晶闸管组的输出端和第二转子电阻切换晶闸管组的输出端连接转子回路外接电阻，电源板与移相板、触发板、控制板、显示板相连，制动器断路器与主断路器相连，制动器断路器与交流接触器串联连接，交流接触器与制动器电动机相连。

2.根据权利要求1所述一种起重机电气控制系统，其特征在于：所述定子晶闸管组、第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组均由一块控制板进行控制。

3.采用权利要求1所述的一种起重机电气控制系统进行起重机电气控制的方法，其特征在于：

上升运行：当主令控制器开启档位控制板上升1档或2档或3档或4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组以相应的触发角导通，主传动电动机得电建立正向电磁转矩，经延时后制动器控制单元的交流接触器闭合，制动器电动机得电，电磁抱闸打开，主传动电动机启动，比较主令控制器给定信号和转速反馈信号，调整主传动电动机的转速，主传动电动机在闭环状态下运行，当主传动电动机转速达到50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接，当主传动电动机转速达到75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行，当主传动电动机运行于档位控制板1档或2档或3档时，第一转子电阻切换晶闸管组和第二转子电阻切换晶闸管组断开，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，主传动电动机重新回到闭环状态下运行，当主令控制器给定信号为零位时，通过调整定子晶闸管组中晶闸管的触发角使主传动电动机转速降低，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电；

重载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时，首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，此时主传动电动机输出的是正向电磁转矩，正向电磁转矩小于负载转矩，因此主传动电动机进入倒拉反转状态，主传动电动机在闭环状态下运行，当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出反向电磁转矩，在电磁转矩和负载转矩的共同作用下，主传动电动机反向加速，当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接；当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行，主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态，当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行，当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电；

轻载下降运行：当主令控制器开启档位控制板下降1档或2档或3档时,首先定子晶闸管组中正向晶闸管组导通,主传动电动机输出的是正向电磁转矩,若主传动电动机不动或下降速度极慢,则判断为轻载，此时定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机输出的是反向电磁转矩，主传动电动机在反向电磁转矩和负载转矩作用下加速，当主令控制器开启档位控制板4档时，定子晶闸管组中正向晶闸管组截止，定子晶闸管组中反向晶闸管组导通，主传动电动机直接进入反转运行状态，当主传动电动机转速增至50％额定转速时，第二转子电阻切换晶闸管组导通，部分转子回路外接电阻被短接，当主传动电动机转速增至75％额定转速时，第一转子电阻切换晶闸管组导通，全部转子回路外接电阻被短接，主传动电动机在开环状态下运行，主传动电动机转速大于同步转速时，主传动电动机进入再生发电制动状态，当主令控制器回到档位控制板1档或2档或3档时，两级转子回路外接电阻再次被接入转子回路，定子晶闸管组中反向晶闸管组截止，定子晶闸管组中正向晶闸管组导通，主传动电动机在重新进入闭环状态下运行，当主令控制器回到零位时，主传动电动机输出正向电磁转矩进行制动，当主传动电动机转速低于设定值时，制动器控制单元的交流接触器断开，电磁抱闸闭合，经停车断电延时时间后，主传动电动机断电。