塔机电气系统

中联重科电气分公司建起研究所电气系统知识第一页，共三十三页。电气控制系统的特点及要求1、重复短期工作制，起制动频繁，有正反向运动因各工作机构在一个工作循环中持续通电时间较短，起制动频繁，电机来不及在任何一个工作期间达到稳定值，也来不及在任何一个停歇期内冷却到周围介质的温度，故而引入负载持续率JC来表示通电时间在全部工作循环所占的比例，用于衡量温升情况：其中∑t—电动机在每一次循环中总工作时间∑T—电动机在每次循环中总停歇时间负载持续率JC和每小时启动次数Z在塔机电气传动中具有非常重要的作用。电动机必须符合规定的JC、Z值，还要求启动力矩要大，启动和停止要平稳，而且正反方向都运行可靠。第二页，共三十三页。电气控制系统的特点及要求2、要有较好的调速性能因塔机作业空间大，只有采用较高的工作速度才能满足工作效率，但在起吊重物前拉紧钢丝绳和安装就位后，又要求有稳定的缓慢速度，避免引起过大的冲击和就位困难，因此塔机的调速性能极为重要。另外为了节省能耗，合理利用功率，在负荷经常变化的情况下，也必须具有轻载高速，重载低速的性能。3、在建筑工地户外使用建筑工地户外条件恶劣，电源质量不佳，外部环境影响大，检查维修较困难，因此电气系统的可靠性即为重要。

第三页，共三十三页。电气控制系统的特点及要求4、各机构负载特点不同塔机有起升、回转、变幅、运行、顶升、电缆卷放等机构，个机构的负载特点区别很大。如起升机构为位能负载，负荷不变时为恒转矩，上升时为阻力负载，下降时为动力负载；回转、变幅则主要传递水平负荷，起动、制动时要客服较大的惯性。负载特点不同，在选择电机、确定传动方案和调速方法，操作使用方面也要有不同的要求。5、经常转移、拆卸、安装因其经常随工地转移，拆卸安装频繁，对电气系统提出了特殊要求，如电缆线的布置、接头方式、控制箱的安装，都要考虑安装拆卸的方便快捷。

第四页，共三十三页。电源和电缆起重机一般采用380V、50HZ三相交流电源。电源电压变化不超过额定值的±10%，电源应设置电路总开关，以便于接通和切断整机电源。导线截面积要求根据载流量不小于导线负载电流及最大允许电压降来决定。导线上的尖峰电流IP、电压损失△U按下列公式计算：IP=KeIem+Iei式中Ke—电动机启动电流倍数；

Iem—功率最大的机构的电动机额定电流（A）；Iei—其他机构的电动机额定电流（A）；—功率因素，绕线电机为0.65，鼠笼电机为0.50；Ae—电缆芯线截面积（mm2）；—导电率（m/*）；Ue—额定电压（V）；le—电缆长度（m）；第五页，共三十三页。电气保护和操纵控制1、快装塔一般用携带式操纵盒，控制电路电压不高于48V，防护等级不低于IP44。非快装塔在司机室内射联动操纵台。操纵盒和操纵台上都必须有能切断总电源的紧急按钮。2、总电源电路必须设置自动空气开关作为短路保护。3、绕线电机应设有过电流继电器保护，其动作电流为额定电流的2.5～3倍。4、为保证正常工作，应设置过欠压报警装置。5、主电路和控制电路中，对地绝缘电阻不小于0.5兆欧。电阻箱防护等级不低于IP23，配电箱防护等级不低于IP44。6、主体结构、电动机底座、电气设备的金属外壳等都应可靠接地，接地电阻不大于4欧，重复接地电阻不大于10欧。第六页，共三十三页。塔机主要机构起升机构变幅机构回转机构第七页，共三十三页。起升分类1、带涡流的绕线电动机2、变级多速电动机3、两个相同型号带常闭制动器的绕线电机4、交流变频调速电机5、其他调速方式

第八页，共三十三页。起升机构的电气控制系统起升机构常用的调速方法：双速绕线电机带涡流制动器调速系统双速绕线电机有两种形式，一种是低速是绕线电机，高速作鼠笼电机运行，通常称为单滑环的双速绕线电机；另一种是低速和高速均是绕线电机运行，通常称为双滑环的双速绕线电机，这种电机高速和低速转子均可串入电阻。适用于125T-M以上的塔机。三速电机调速：即电动机本身就是三速鼠笼电机，通过改变电机定子极对数而实现调速。一般极对数比有：2/4/8，4/6/24，4/8/32等，适用于80T-M以下的塔机。第九页，共三十三页。起升机构的电气控制系统起升机构常用的调速方法：两个相同型号带常闭制动器的绕线电机调速系统该调速系统采用两个相同型号带常闭制动器的绕线电机，以不同速比与减速器输入轴齿合（RCS）。其微动速度（MV）是由能耗制动得到的，一个电机用于驱动，另一个电机用来减速。低速（PV）由速比大的电机驱动；高速（GV）由速比小的电机驱动。变频调速：交流异步电机的转速表达式为其中f—电源频率，P—电动机极对数，S—转差率从上式看出，在极对数固定的情况下，电动机的转速与电源频率成正比。改变供给电动机的电源频率，就成比例的改变了电机转速，因此使用一种适用于起重机的变频器，设置适当的参数，就可以达到改变速度的目的。重物下放时，采用发电制动方式，配备制动单元和电阻，其能量在电阻上消耗掉。它能做到真正的无极调速，是目前世界上最好的交流调速方式。第十页，共三十三页。1、双速绕线电机带涡流制动器调速及控制系统分析：工作原理：以武汉长轮电机厂生产的单滑环双速绕线电机为例，该电机在低速运行时，要求将高速绕组短接。这种单滑环的双速绕线电机是一种特殊的绕线电机，定子有两套绕组，一般速比为4/8极，转子采用特殊接线方式：在8极运行时，与普通的绕线电机一样，可以配合涡流制动器得到低速；而在4极运行时，转子自动短接，相当于一个鼠笼电机运行，主回路见下图，控制回路原理与三速电机控制回路相似。更通过切换串联在转子上的电阻来改变转子电枢电流，从而达到调速的目的。第十一页，共三十三页。

双速绕线电机带制动器起升主回路图第十二页，共三十三页。起升机构的电气控制系统

双速绕线电机带制动器起升控制工作原理：起升一档接触器KHU,KHE,KHL,KHJ,KHB吸合；起升二档：接触器KHU,KHL,KHE,KHJ,KH1，KHB吸合；起升三档:接触器KHU，KHL，KHJ，KH1，KHB吸合;起升四档：接触器KHU，KHL，KHJ,KHB吸合，接触器KH1→KH2→KH3依次吸合；起升五档：接触器KHU，KHH，KHB吸合第十三页，共三十三页。双速绕线电机带制动器起升控制回路图第十四页，共三十三页。2、三速电机工作原理：

外电源接好后，按下启动按钮，接通QFH，然后视需要上升或下降，上升时KHU接通，下降时KHD接通，当操作手柄放在上升或者下降一档时,KHL接通，电机以低速启动运行；当操作手柄放在二档时，KHJ、KHM接通，电机以中速运行；当操作手柄放在三档时，KHH接通，电机以高速运行。在KHU或者KHD接通时，通过KHB使制动器通电松闸。其间每档均有时间继电器延时（在PLC中实现），以免司机误操作(如从0档直接操作到第三档)而造成速度冲击。控制回路见下图:联动台起升档位开关信号及起升限位等信号由可编程控制器PLC的输入端输入可编程控制器，PLC通过逻辑运算、分析后发出指令，由输出端子输出相关信号，使有关接触器通电或者断电，从而操纵起升机构按照需要的速度工作。第十五页，共三十三页。三速电动机调速及控制系统分析在中、小型塔机的起升机构上，最常用的是三速电动机第十六页，共三十三页。三速电机起升控制回路第十七页，共三十三页。3、两个相同型号带常闭制动器的绕线电机调速系统GV与PV转换时，必须保证断电的电机制动器仍要释放，即由闭合回路产生一感应电流供给此制动器线圈。使用鼠笼电机，具有可靠性高，体积小，重量轻的特点。

GV与PV转换时，换挡时间由时间继电器控制，时间过长易溜钩，时间过短容易导致机械损坏。

GV运行时，由于此时PV电机为增速，转数可达到3000R/min，故电机转子绕组机械强度要高。由于换挡完全由电气控制，控制线路中的接触器、继电器失效，电气接点松脱易使换挡动作顺序混乱，造成机械传动零部件的严重损坏。这一点必须充分注意。第十八页，共三十三页。第十九页，共三十三页。第二十页，共三十三页。第二十一页，共三十三页。4、交流变频调速速度平稳、无冲击，极大地改善了机构和钢结构的使用情况。慢就位速度可以设置得很低，而且长时间慢速工作，电机也不会过载、过热，有利于减少操作者的紧张情绪，提高吊重的定位精度。使用鼠笼电机，具有可靠性高，体积小，重量轻的特点。启动、变速时，电流变化不大，对工地电网冲击小50HZ（基频）以下恒转矩，50HZ（基频）以上恒功率，真正实现轻载高速，重载低速的性能。它的缺点是成本较高，特别是用于起升机构的大功率变频器，这是影响变频器迅速推广的主要原因，相信随着科技的不断发展和进步及成本的降低，变频交流调速电控系统，一定会成为市场的主流。第二十二页，共三十三页。

变频起升控制回路图第二十三页，共三十三页。

变频起升控制回路图第二十四页，共三十三页。回转机构的电气控制系统回转机构是塔机三大机构中工况最为复杂的一个，它不但受到吊重大小的影响，还要受到惯性力、风力的影响，特别是现在塔机起重臂设计得越来越长，所以对调速和控制系统的性能要求也就更高。第二十五页，共三十三页。回转机构是塔机三大机构中工况最为复杂的一个，它不但受到吊重大小的影响，还要受到惯性力、风力的影响，特别是现在塔机起重臂设计得越来越长，所以对调速和控制系统的性能要求也就更高。回转机构常用的调速系统有：鼠笼式或绕线电机加液力耦合器：使起动、换速和停车减小冲击，但顺风时停车不方便，要打反车，这是最常用的一种调速方式。鼠笼式或绕线电机加涡流制动器：这种调速方式适用于一个回转机构上，对两个回转机构由于涡流制动器的特性差异较大，往往容易造成一个电机过载而损坏电机。鼠笼式电机加电磁联轴节（OMD）采用调压调速：电机需采用力矩型电机定子调压或绕线电机转子串电阻，可以实现无级调速。FU变频调速：通过改变电源频率来改变电机转速，可以实现无级调速。第二十六页，共三十三页。回转电机控制及制动第二十七页，共三十三页。变幅机构的电气控制系统小车变幅机构是塔机三大机构中对调速性能要求较低的一个机构。因为是平移机构，所以一般以起重臂的长短来确定不同的调速方式。起重臂较短的，如30m以内一般用单速电机，只有一个速度。臂长在30—50m的采用双速电机，小车有两个速度。臂长在50m以上的，则最好采用变频无级调速双速电机小车变幅工作原理：外电源接好后，按下启动按钮，接通QFV，然后视需要向内或向外变幅，向外变幅时KVFW接通，向内变幅时KVBW接通，当操作手柄放在第一档时，KVL接通，电机以低速运行；当操作手柄放在二档时，KVJ、KVH接通，电机以高速运行，YBV为常闭盘式制动器，只有在KVB接通时才被打开。双速电机小车变幅控制主回路见下图第二十八页，共三十三页。双速电机变幅机构控制主回路第二十九页，共三十三页。驾配箱

驾配箱主要用于（通过变频器）给回转电机、变幅电机供电；（通过三联翘板开关）司机室电灯、风扇供电；（通过PLC和中间继电器）处理主令开关传回的动作命令；（通过插座）给外接设备供电；（通过总断路器）给整个塔机供电；（通过相序继电器）保护三相电源平衡；（通过矩形插头）与主控柜控制线路相连；（通过端子）给主控柜供电；通过主断路器延长手柄保证柜门打开时电控柜内处于断电状态。并且各条线路均有断路器来保护过流现象。第三十页，共三十三页。主控柜

主控柜主要是关于起升回路方面的供电和控制，本公司起升控制方面分为两种，一种是通过接触器控制，见右图；另一种是通过变频器控制，见下页。主控柜内带有相序保护器，保证提供给起升电机的三相电源无错断相等情况。主变压器将380V的工业电转为220V，给各元器件供电；蓄电池，用于保证停电状态下回转机构制动。另外主接触器也在主控柜中。第三十一页，共三十三页。感谢大家观看第三十二页，共三十三页。内容总