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起重机械电气部分
起重机械电气部分
一、电气概述
(一)、电动机的运行状态及工作特点见教材P182-184
(二)、起重机用电动机
YZR系列起重及冶金用绕线转子三相异步电动机;
YZ系列起重及冶金用三相异步电动机;
JZR2系列起重及冶金用绕线转子三相异步电动机;
JZ2系列起重及冶金用三相异步电动机;
YZD系列起重用多速三相异步电动机
涡流制动器、涡流制动电动机
1、YZR、YZ系列电动机使用条件见教材P182
2、(温升、容许温升和最大容许温度)
3、接电持续率、接电次数、起动次数和负载持续率
①接电持续率:
起重机在一个工作周期中,电气设备有接电工作时间,也有断电停止时间。
接电工作时间与周期时间的比值叫接电持续率。
通常用JC%来表示。
②接电次数:
工作一次接电一次。
按规定,断续工作周期的时间不超过10分钟。
每小时至少工作6次。
起重机每小时远远超过工作6次。
一般每小时工作150--300次。
繁忙时每小时工作300--600次,个别的机构每小时工作可达600次以上。
工作一次接电一次,接电次数表示工作繁忙程度。
③起动次数:
电动机的起动等级,是指每小时最大可能的等效起动次数。
起动等级分为6次、150次、300次、600次/小时。
在点动式电制动状态下工作时,应将起动等级按发热折算成起动次数,然后确定电动机的定额。
电动机在起动和制动的过程中,电流较大,所损耗的功率比额定转速时大,发热量也大,,同时由于转速较低,散热条件不好,温升较高。
频繁的起、制动影响电动机的输出功率。
起动是指电动机转速从零起动到额定转速,叫全起动;实际使用时并不是都起动到额定转速,一般起动到较低速就被制动,通常叫点车。
点车的功率损耗小于全起动。
不能算全起动一次。
折算方法:
点动一次相当于全起动1/4次;点动终了电动机的转速不大于额定转速的1/4;电制动一次,相当于全起动0.8次;电动机的转速降到额定转速的1/3;
起动次数是检验电动机发热、确定输出功率的重要参数。
起动次数增加后,起动损耗增大,冷却条件惡化,容许的输出功率降低。
但起动次数与接电次数是不一样的。
因接电一次不一定是全起动一次,有点车。
因此,选择电动机和电器元件时,即要考虑断续工作的特点(比长期工作的功率小一些),也要考虑频繁操作的特点(适当增大功率)。
④.起重机负载的特点:
运行机构:
正反两个方向均为阻力负载,电动机是电动状态,电动机发出驱动力矩来拖动机构运行。
升降机构:
升和降的负载性质是不同的。
上升时,负载是阻力负载。
工作在第一象限。
下降时,有两种情况:
①负载很轻,其重量克服不了机构的麽擦阻力,不能自行下降,必须由电动机拖动下降。
电动机是电动状态。
工作在第三象限。
②负载较重,重物拖着机构向下运转。
电动机处于电气制动状态。
发出制动力矩来平衡由重物产生的驱动力矩。
使负载以稳定的速度下降。
此时,升降机构的负载是位能负载。
上升时,由电动机驱动,电动机做功,变成重物的势能。
下降时,由重物驱动,把重物的位能变为重物的动能。
工作在第四象限。
倒拉反接制动(电动机上升方向接电)、单相制动(单相接电)、能耗制动(由直流电源供电)、再生发电制动。
⑤负载持续率:
FC=负载时间/工作周期%。
工作周期包括负载时间和间歇时间;负载时间包括起动、稳定运行、和制动时间。
同一电动机,负载持续率大的,输出功率小;负载持续率小的,输出功率大。
2、YZR、YZ系列电动机的工作类型
1)短期工作制(S2)
恒定负载持续工作;温升达最大限值后,再停止工作,电动机再冷却到环境温度,偏差不大于2K。
短期持续工作有10min,30min;60min;90min.较大电机冷却时间需30min以上。
不考虑起动、电气制动对电动机发热影响。
2)重复短期工作制(断续周期工作制)(S3)
由若干个相同的工作周期组成。
恒定负载;每个周期工作时间温升可以达到最大限值后,再停止工作。
间歇时间电动机又再冷却到环境温度。
每个周期忽略起动电流对电动机温升的影响
3)重复短期工作制(断续周期工作制)(S4)
由若干个相同的工作周期组成。
恒定负载;每个周期中起动时间对整个工作周期有明显影响;起动电流对电动机的温升有影响。
常用的接电持续率有15%,25%;40%;60%。
4)重复短期工作制(断续周期工作制)(S5)
恒定负载;不仅考虑起动对电动机发热影响,还考虑电气制动对电动机发热影响,常用的接电持续率有15%,25%;40%;60%。
(三)起重机常用的控制电器
⑴.主令控制器和凸轮控制器:
多对触点组成的开关电器.
主令控制器:
主令控制器控制控制屏的接触器,由接触器控制电动机的启动、停止、调速、换向、制动.常用型号:
LK18系列
凸轮控制器:
凸轮控制器直接控制电动机的启动、停止、调速、换向、制动.凸轮控制器的触点电流容量较大。
常用型号:
①KT10系列,25、60A两种。
②KTJ-100,160
通断次数/H
150
300
600
﹥600
≦22KW
K
K
K(P)
P
﹥22KW
P(K)
P
P
P
联动控制台:
THQ1
分四机构、六机构。
额定电流10A。
20A、60A。
手柄有零位自锁:
只有提握手柄下半球时,才能离开零位。
离开零位后,方可放开下半球。
紧急开关脚踏开关—音响信号开关。
触头容量6A。
和闭合图表凸轮:
4—117,4-1184-115
主令:
4-111
⑵、低压控制电器:
①刀开关:
隔离电气符号:
熔断器式刀开关:
隔离、短路保护。
电气符号:
熔断器动作特性
ⅰ、切断供电回路小于或等于5S时短路电流Id与熔断器额定电流In的比值:
In(A)
4-10A
12-63
80-200
250-500
Id与In的比
4.5
5;
6
7
ⅱ、切断供电回路小于或等于0.4S时短路电流Id与熔断器额定电流In的比值:
In(A)
4-10
16-32
40-63
80-200
Id与In的比
8
9
10
11
断路器
型号:
D □--××□—w表示万能式,wX万能式限流型Z表示塑料外壳式;ZX表示塑料外壳式,限流型。
ZL漏电断路器。
4、接触器
5.继电器:
欠电压继电器:
接在电路两端,大于85%额定电压可靠闭合,35%-70%额定电压不断开;小于35%额定电压断开。
﹤U。
图4-110-K51
电流继电器:
串接在电路中,
过电流继电器:
-F20-29。
在线圈的框中标:
﹥I。
欠电流继电器:
-F24、-F27在线圈的框中标:
﹤I。
大于85%额定电流可靠闭合,35%-70%额定电流不断开;小于35%额定电流断开。
图4-110-F24
6、中间继电器
7.时间继电器:
①失电延时缓放,常闭触点延时闭合;常开触点延时断开;
②得电延时缓吸,常闭触点延时断开;常开触点延时闭合;
③失电、得电均延时;失电:
常闭触点延时闭合;常开触点延时断开;得电:
常闭触点延时断开;常开触点延时闭合;
8、电阻器
9、控制屏
二、电气制动
(一)电动机的制动种类:
机械制动和电气制动。
1、机械制动器:
①抱闸部分;采用可调节的弹簧压力(或其他机械力)加在制动轮上;②开闸部分;采用直流或交流电磁铁、电动机克服弹簧压力来完成。
机械制动的作用:
停止电动机的运行(正常或故障状态)和固定停止位置。
机械制动是接触式的。
2、电气制动
用电磁转矩做为制动转矩,用来调节电动机的速度或停止运行,这种非接触式的制动方式叫电气制动。
电气制动作用:
用于调速或停止运行。
不能做为固定停止位置用。
3、电气制动常见的方式:
1再生发电制动;②反接制动;③单相制动;④能耗制动。
(二)再生发电制动
1、再生发电制动:
在外力的作用下或改变极对数,使电动机的转速超过它的同步转速,使电动机处于发电状态,电动机的电磁力矩成为制动转矩,此时,电动机工作在再生发电制动状态。
2、再生发电制动形式:
1)在位能负载的作用下产生的再生发电制动;
2)改变极对数P,使电动机的转速超过它的同步转速,产生的再生发电制动
3)降低电源频率f,使电动机的转速超过它的同步转速n,产生的再生发电制动。
3、再生发电制动特点:
1)电动机的转速高于同步转速。
转子带动旋转磁场转,处于发电状态.
2)电动机的转矩是制动转矩.此时的电动机处于再生发电制动状态。
3)在转差为负值。
一般在负1到0之间。
外力再生发电制动常用在起重机起升机构上,产生的方法:
①、电动机下方向接电;
②、吊钩上有重物。
③、转子里外加电阻小,同一负载转矩下,稳定运行速度小。
转子里外加电阻大,同一负载转矩下,稳定运行速度大。
(三)反接制动
分为两种:
倒拉反接制动和反向接电(运行中改变相序接电)反接制动。
倒拉反接制动常用在起升机构上,反向接电反接制动常用在运行机构上。
1、倒拉反接制动:
电动机被过重的负载倒拉,把正向运行的电动机变成逆向运行时,电动机的电磁转矩与运行方向相反,电动机处于为反接制动状态;被过重的负载倒拉时稳定工作点在第四象限,
倒拉反接制动特点:
电动机上升方向接电,工作稳定运行在第4象限;
电动机的转速n与同步转速方向相反,为负;
电动机的电磁转矩M是制动转矩;
转差s是正值。
,一般在无穷大到1之间;
负载转矩必须大于启动转矩,才能进行倒拉反接制动。
2、反向接电反接制动:
把正在正向运行的电动机换接成逆向运行时,电动机的电磁转矩与运行方向相反,电动机处于反接制动状态;工作在第二象限,但不能稳定工作在第二象限,速度最后为零,不停止还可反向启动。
产生方法:
①上方向接电,倒拉成下方向运行;负载转矩大于起动转矩时才能产生,倒拉成下方向运行;负载转矩小于起动转矩时不能产生,上方向运行;负载转矩略大于起动转矩时能获得稳定低速;转子内外加电阻大,同一负载转矩下,稳定运行速度大。
工作在第四象限
②正向运行,反向接电(打反车);在第二象限是反接制动,但不能稳定运行在反接制动状态;稳定运行在电动状态;
(四)能耗制动
能耗制动是把电动机定子绕组接上直流电源,这时,电动机如具有动能或势能的负载带动,则电动机进入能耗制动状态。
产生方法:
①电动机定子绕组接上直流电源,②电动机具有动能(正在运行的运行机构)或势能(起升机构有重物)。
③电磁转矩是制动转矩;转子内外加电阻大,电磁转矩小,同一负载转矩下,稳定运行速度大。
④激磁电流大,制动转矩大,同一负载转矩下,稳定运行速度小。
⑤机械特性曲线经过零点.有转子电流负反馈的不过零点.⑥起升机构设超速保护.
(五)单相制动
1、单相制动产生的方法:
1)把电动机的定子绕组接在单相电源上,或把三相电源中的一相断开,
2)把适当的电阻(0.67),串接在转子电路中。
3)电动机在具有动能或势能的负载带动下,电动机进入单相制动状态稳定运行。
适用于轻载低速运行。
经过零点。
半载半速。
此时电机仍然按原来的方向运动,但是此时的电流是额定电流的5倍。
条件:
1、单相接电;2、具有动能或势能的负载;3、转子电路中串接有适当的电阻:
4、起升机构的轻载(0.5ME)慢速运行;5、电磁转矩是制动转矩;6、机械特性曲线经过零点。
三、电气控制原理
四、电气设备及电器元件
1、电气设备及电器元件(外观检验)
1)机械固定构件应齐全完整;机械固定应牢固,无松动;传动部分应灵活,无卡阻;
2)绝缘材料绝缘材料应良好,无破损或变质;
3)电气连接螺栓、触头、电刷等连接部位,电气连接应可靠,无接触不良;
4)环境条件起重机上选用的电气设备及电器元件应与供电电源和工作环境以及工况条件相适应;
5)特殊工况条件对在特殊环境和工况下使用的电气设备和电器元件,设计和选用应满足相应要求。
6)安全防护(补充)带电元件或接线线头裸露的电气设备及电器元件,应设在电气保护箱(柜)内
2、馈电装置
1)大车供电裸滑线(型钢)应涂红色安全色(或相色漆)(导电接触面除外),还应在适当位置装设安全标志或表示带电的指示灯;
(a)大车型钢裸滑线在非导电面涂红色油漆或相色漆,两端设红色灯光标志。
(b)裸滑线处于汽车通道的上方,滑线离地面高度小于6M,有可能触及滑线时,应在通道的上方设表示有电的指红色灯光标志。
2)集电器沿滑线全长应可靠接触;
3)移动式软电缆应有合适的收放措施;
4)安全滑导线端部应设护套。
五、电气保护措施及其检验
(一)、主隔离开关.见教材P208
1、起重机宜装设能切断所有电源的主隔离开关。
2、功能:
隔离;不能带载断电。
它不是负荷开关。
3、开关的进线是供电电源的始端,开关的出线是接起重机的,不许接其它设备。
4、型式要求:
断开状态时,必须保持有效的断开距离和明显可见的断开点。
5、主要的问题:
用自动断路器代替主隔离开关。
有时断开位置与状态不符
(二)、总电源的短路保护见教材P208
总电源回路应设置自动空气开关或熔断器作短路保护。
自动空气开关每相均应有瞬时动作的过流脱扣器,其整定值应大于起重机的尖峰电流,数值随空气开关的型式而定。
熔断器熔片的额定电流应按起重机的尖峰电流的1/2—1/1.6选取。
(三)总电源的失压保护见教材P208
起重机必须设有失压保护,当供电中断时必须自动断开总回路。
元件:
1、能自动复位的按钮和总电源接触器组成。
2、带失压脱扣线圈的自动断路器。
两者不是同时设。
(四)电动机的零位保护.见教材P209
机构电动机采用不能自动复位的控制器控制的,起重机必须设有零位保护,以防止控制器手柄不在零位时,起重机供电电源失压后又恢复供电,造成电动机的误起动。
机构电动机采用自动复位的操纵手柄、按钮操纵控制的,不需要设置零位保护。
桥式常用的控制方式有两种:
一种是采用凸轮控制器直接去控制电动机的起停、正反转、调速和制动。
适用于容量较小起重电动机的控制。
另一种是采用主令控制器与接触器配合的方式,适用于容量较大,调速要求较高的起重电动机和工作较繁重的起重机。
零位保护一般通过通电试验的方法检验。
(1)、机构电动机采用凸轮控制器直接控制的,检验方法是:
关断总电源,并把其中一个控制器手柄扳离零位,然后做接通总电源的操作,总电源应不能接通。
把所有控制器手柄置于零位,总电源才能接通。
(2)、机构电动机采用主令控制器和接触器控制的,检验方法是:
关断总电源,把主令控制器手柄扳离零位,置于运行位置,再接通总电源。
总电源接通时,机构电动机不能同时起动。
(五)电动机的过载保护.见教材P209
每套机构的每个电动机必须单独设置过流保护。
三相绕线电动机允许在两相中设置。
直流电动机允许设置一个。
用保护箱保护的系统应装有第三相的总过流保护,动作时应使总接触器断开。
采用瞬时动作的过电流继电器保护绕线电动机时,其动作电流约为电动机的额定电流的250%,保护直流电动机时参照允许最大电流决定动作电流。
采用反时限动作的过电流继电器来保护电动机时,电动机正常起动时不动作,过流时,有良好的保护特性。
(六)超速保护见教材P210
铸造、淬火起重机的主起升机构,以及用可控硅定子调压、窝流制动器、能耗制动、可控硅供电、直流机组调速的起重机起升机构和变幅机构,应有超速保护。
执行的是制动器,调速力矩消失,制动器应自动制动。
这是对制动器控制的要求。
动力回路和控制回路断路时,调速力矩消失,制动器应自动制动。
有三种情况:
1)采用离心开关做超速保护。
2)欠电流继电器。
3)测速发电机。
起重机的起升机构和变幅机构调速时,支持制动器是打开的,不起制动作用。
作用在电动机轴上的力矩有两个,一个是负载力矩。
一个是由调速系统决定的调速力矩。
一般情况下,调速力矩是制动力矩,改变调速力矩的大小来实现调速。
调速力矩一旦消失,作用在电动机轴上的力矩只有一个是负载力矩。
电动机处于失控状态,会发生重物坠落事故。
防止调速力矩消失,一般采用欠电流继电器。
铸造、淬火起重机的主起升机构一般采用离心开关。
(七)紧急断电开关.见教材P211
必须装有紧急情况下可迅速断开总电源的紧急开关或装置,并设置在司机操作方便的地方。
起重机的紧急断电开关应符合以下要求:
1,每个操纵控制点都必须设置,包括手电门、携带式控制装置上。
2,起重机上必须设置总电源接触器,所有机构的动力电源必须全部从总电源接触器的出线端引接。
紧急断电开关作用于总电源接触器,断开各机构总电源。
3,紧急断电开关的结构形式应是不能自动复位的。
4,操纵控制点上已设置不离开操纵位置就能方便操作的总电源断路器的,可不必设置紧急断电开关。
紧急断电开关应按下列顺序检验:
(1)、检查起重机上有无总电源接触器。
起重机上必须设置总电源接触器,所有机构的动力电源必须全部从总电源接触器的出线端引接。
(2)、通电试验。
扳动紧急断电开关,总电源接触器或带失压脱扣线圈的断路器动作,切断所有机构的总电源,所有机构的运行停止。
手电门上的停止开关不可以判定为紧急开关。
因为紧急开关的作用是在紧急情况下能切断各机构的总电源。
若未设总电源接触器,手电门上的停止开关仅能切断各机构的控制电源,中止各机构正常运行,当某机构接触器发生粘连时,停止开关不能中止该机构的危险动作,将造成事故。
所以此时开关不能断开总电源,不能作为紧急开关使用。
(八)通道口的联锁保护.见教材P211
起重机应装设通道口开关(桥式起重机应设置舱口、端梁门开关),通道打开时断开总电源。
(九)限位保护和行程保护
起升机构和变幅机构至少装置一套上升限位开关,吊运液态金属的起升机构必须装置两套上升限位开关,两套开关动作应有先后,并应切断不同的断路装置。
塔式或门座起重机的变幅机构、港口门座起重机的变幅机构及其它有下限要求的机构应设置下降限位开关。
大小车运行机构一般要求在两端装设限位开关。
有的运行机构,如电动单梁起重机的小车运行机构可以不装。
(十)起重电磁铁电源
电磁式起重电磁铁交流侧电源线,应从总电源接触器进线端引接,以保证起重机内部各种原因使总电源接触器切断总电源时,起重电磁铁不断电(突然失电可能造成事故的场合,电磁式起重电磁铁可设置备用电源)。
(十一)便携式控制装置
1、采用便携式控制站或手电门控制时,按钮盘上应设满足要求的紧急断电开关;
2、按钮盘的控制电缆应加设支承钢丝绳;
3、按钮盘按钮控制电源必须采用安全特低电压;
4、按钮功能应有效;
5、按钮盘一般应采用绝缘外壳;外壳应坚固,受正常的无意碰撞不应发生损坏。
(十二)照明
1、起重机的司机室、通道、电气室、机房应有合适的照明;
2、当动力电源切断时照明电源不能失电;
3、起重机上设对作业面的照明时,应考虑防震措施;
4、固定式照明装置的电源电压不得大于220V;
(十三)信号
1、起重机总电源开关状态在司机室内应有明显的信号指示;
2、起重机(手电门控制除外)应设有示警音响信号,并且在起重机工作场地范围内应能清楚地听到。
六、接地检验
起重机良好导电整体的金属结构,作为接地干线。
单个电气设备的“接地端子”分别与整体金属结构相连接,整体金属结构再与供电电源的“保护接地线”连接。
这种情况适用于桥、门式起重机。
(一)起重机电气设备接地
1、起重机上允许用整体金属结构做接地干线,金属结构必须是一个有可靠电气连接的导电整体。
2、如金属结构的连接有非焊接处时,应另设接地干线或跨接线。
3、起重机上所有电气设备正常不带电的金属外壳、变压器铁芯及金属隔离层、穿线金属管槽、电缆金属护层等均应与金属结构间有可靠的接地联接。
(二)起重机整体金属结构的接地
1、TN-S系统;2、TN-C系统;3、TN-C-S系统;4、IT不接地系统;5、中性点经电阻或阻抗接地,电气设备单独接地的IT系统;6、中性点经电阻或阻抗接地,电阻或阻抗与电气设备共用一个接地装置的的IT系统;
7、单独接地的TT系统
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