天车司机工 第四章知识讲解

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1、第四章 天车的主要电气设备 41 简 介 天车的动行控制其实就是对电动机的控制，而对电动机的控制是通 过不同电气设备和结路组合来完成的，所以，天车司机必须掌握各种电 气设备的作用、结构、职能、工作原理等，这样材能更好地使用和维护 天车。本章主要介绍和天车有关的主要电气设备。 42 电 动 机 电动机的一种将电能转化成机械能，并输出机械转矩的动力设备。 电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类。 交流电动机按其工作原理不同可分为同步电动机和异步电动机两类， 同步电动机的旋速度与交流电源的频率有严格的对应关系，在运行中转 速保持恒定；而异步电动机的转速则随负载的变化稍有变化。按所需电 源相数的不同

2、，异步电动机可分为单相和三相两类；按转子结构的不同 ，可分为笼型和绕线型两种。 三相绕线转子异步电动机是天车上使用最文泛的一种电动机，而笼型 异步电动机只限于中小容量，启动次数不多，没有调速要求，对启动平 滑性要求不高、操纵简单的场合。,一、电动机的结构 三相绕线转子异彩步电动机的结构如图41所示，它主要由定子和转子两个基本部分组成。 1、定子 定子是电动机静止不动的部分，由机座、定子铁心、定子绕组和端 盖等组成。定子铁心由0.5mm左右的硅钢片叠成，是电动机的磁路部分； 定子绕组嵌放在定子铁心的槽内，是电动机的电路部分。定子绕组有三相，对称分布在定子铁心上。三相绕组的首端分别用U1，V1，W

3、1表示，未端对应用U2，V2，W2表示。三相绕组的六个接线端在电动机的接线盒内，可以根据需要接成星形（Y）或（）,图4-2为绕组作 星形与三角形联结的示意图.,2、转子 转子是电动机的转动部分，它由转子铁心、转子绕组和转轴等组成，其作用是输出机械转矩。转子铁心与定子铁心一样，也是由0.5mm左右的硅钢片叠成的，是电动机的磁路部分。绕线转子异步电动机的转子绕组与定子绕组相似，也是三相对称绕组，转子的三相绕组都联结成星形，三个出线端分别接到固定在转轴上的三个铜质集环上，三个集电环之间以及集电环与转轴之间都彼此绝缘。每个集电环上都有一对电刷，可通过电刷使转子绕组与外接电阻器联结。 二、铭牌 每台异步

4、电动机的机座上都定有一块铭牌，铭牌上记载着这台电动机的各种参数值（铭牌数据），了解铭牌数据上各相数据的意义是正确使用电动机的前提。 电动机铭牌上标注的主要项目如下。 1,型号 这是电动机的品种代号，由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号四个部分组成。普通环境下所用的电动机只有产品代号和规格代号，如图所示。,大小车用绕线式电动机 起升专用绕线电 动机尾部带离心超 速开关,额定转速 额定转速指的是额定运行时电动机的转速，单位为转分（） 额定频率 额定功率规定电动机所应接交流电源的频率，单位为赫兹（）。 额定功率因素s 表示在额定运行时定子相电压与线电流之间的相位差角。 8.转子绕组额定电压E

5、ZN 转子绕组额定电压指定子绕组接额定电压，转子绕组开路时，集电环之间的电压，单位为伏特（V）。 9.转子额定电流ZN 转子额定电流指额定运行状态下，转子绕组短路，集电环之间流过的线电流，单位为安培（A）。 10.接法 接法指的是电动机在额定电压下，定子三相绕组采用的连接方法，一般有三角形（）和星形（）两种。,11.绝缘等级 绝缘等级表示电动机所用的绝缘材料的耐热等级。F级绝缘的允许极限温度是155，H级绝缘的允许极限温度是180。 12.防护等级 防护等级表示电动机外壳防护的标准等级。防护等级的标志由表征字母“IP”及附加在后的两个表征数字组成，其中第一位表征数字表示外壳对人和壳内部件的防护

6、等级，第二表征数字表示由于外壳进水而产生有害影响的防护等级。IP44中两个表征数字4分别表示“能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内”和“承受任何方向的溅水应无有害影响”。 13.转动惯量Jm 转动惯量是表示电动机转子转动惯性大小的物理量，单位为克米（）. 14.定额 定额是一组额定值及工作条件。电动机的定额分为连续、短处、和周期工作三种。连续定额的电动机可以不受时间限制连续运行；短时定额的电动机只能在规定的持续时间限值内运行；周期工作定额的电动机长期运行于一系列完全相同的周期条件下，周期的时间为10min，标准负载持续率有15%，25%，40%和60%四种。,铭牌上标明的由制造厂规定的表征电

7、动机正常运行状态的各种数值，如功率、电压、电流、频率、转速等，称为额定值；标明的电动机的各种负载情况，包括空载、停机和断能及其持续时间和先后次序的代号，称为工作制。电动机按额定值和规定的工作制运行的称为额定运行。 电动机的工作制有10种，及S1S10,天车上使用的电动机一般按周期工作制S3,基准工作制为S3-40%(即工作制为S3，基准负载持续率为40%）或者S3-25%制造。 负载持续率的计算公式为： N FC = 100% N+R 式中 N在额定条件下运行的时间，min; R停机和断能时间，min FC负载持续率。,三、天车上使用的绕线车子异步电动机的特点 天车的工作特点是：周期性地断续运

8、行；频繁地起动和改变运行方向 ，频繁地电气制动和机械制动；短时间地超负荷运行；下放重物时；经 常出现超速现象；显著地机械振动和冲击；工作环境多灰尘，有的还含 有金属粉尘；环境温度变化范围大（-40-70C）等。 天车有这些工作特点要求天车用绕线转子异步电动机具备以下特点： 1、一般基准工作制为S3-40%或者S3-25%。不同有负载持续率下， 电动机有功率不同。 2、启动转矩倍数和最大转矩倍数大，以适应频繁的重载下启动、制 动和改变运转方向，满足减少启、制动时间和经常过载的要求。 3、转子的转动惯量JM较小。转子有长度和直径比较大，以得到较短 的加速时间和较小的启动损耗。 4、允许的最大安全转

9、速超过额定转速的倍数较多，定子与转子均具 有较高的机械强度。 5、防护等级不低于IP44。,四、绕线转子异步电动机的机制特性 电动机的定子绕组接通电源后所产生的电磁转矩与电动机转子速之间 的关系称为电动机的机械特性，其函数方程式 为：n=f（T）。用直角坐 标形式表示的关于转矩与转速关系的函数曲线，即为转子异步电动机的 机械特性曲线。如图43所示。 图4-3 绕线转子异步电动机的机械特性曲线,绕线转子异彩步电动机械特性曲线的横坐标以电动机的额定输出转矩 与电动机额定转矩的比值表示，即以T/TN=T*（TN为额定转矩）来表示 ；而纵坐标则以电动机转速的相对值n*来表示， n*的计算公式为： n*

10、=n/n。100% 式中 n-电动机的转速 n。-同步转速 1、绕线转子异步电动机的固有机械特性 当电动机的电压等于额定电压（即U=UN ），频率等于额定频率 （即f=fN），定子绕组按规定方法接线时，转子电路的电阻仅为转子绕组 本身的电阻，这个机械特性n=f（T）称为固有特性。图4-3中曲线“5”就是 电动机的固有机械特性曲线。 电动机的机械特性曲线也反映电动机有启动过程。由图4-3中曲线“5” 可知，n*=0时，转矩T*约为2 ， ，这个转矩被称为启动转矩 Tst，随着转 速的增加，转矩T*逐渐增大，当n*约为0.6时，转矩具有最大值Tman，此 时的n*称为临界转速；过临界转速点后，随着

11、转速n*的继续增加，转矩迅 速下降，直至当n*等于同步转速（ n*=1.0）的时候，T*=0。临界转速与,同步转速n*=（0.61.0）之间的区域为绕线转子异步电动机的稳定 运行区。 在图4-3中的固有机械特性曲线“5”中，有两个数值相对异彩步电动 机的运行具有重要意义：一个是最大转矩Tmax；另一个是启动转矩 Tst。 Tmax和Tst都是异步电动机的主要性能指标。 绕线转子异步电动机在正常运行时，经常会遇到冲击性负载，只要 这种冲击转矩不超过电动机最大转矩，电动机仍可继续运行，而且这种 短时过载也不会引起电动机剧烈发热。表征电动机能够承受冲击性负载 能力的性能指标是最大转矩倍数，它是最大转

12、矩Tmax与额定转矩TN的比 值，用用KM表示，即： KM= Tmax / TN 通常异步电动机KM= （1.6 2.5）。 异步电动机接通电源启动时的电磁转矩称为启动转矩，以Tst表示。如 Tst过小，电动机将无法启动。启动转矩Tst与额定转矩TN的比值称为启动 转矩倍数，用Kst表示，即： Kst=Tst/ TN Y系列小型异步电动机的启动转矩倍数为1.7 2.2，高启动转矩电动机 的启动转矩倍数一般为2.2 2.8。,2、绕线转子异步电动机的人工机械特性 图4-3中曲线“5”为不在转子回路内串接任何附加电阻情况下的机械特 性曲线，称为固有机械特性曲线或自然机械特性曲线，而如果在转子回 路

13、中串接三相附加电阻，就可以使电动机的机械特性发生变化，也就是 所谓的人工机械特性。 图4-3中，曲线“1”“2”“3”“4”分别为电动机转子接电阻R1、R2、R3、R4 （R1R2R3R4）后的人工特性曲线，具有如特点： （1）串接电阻后，最大转矩没有变化，但是对应最大转矩的转速发生 了变化，使得特性曲线变软。所以，在对应某一恒定的负载的情况下， 由于负载转矩不变，通过改变电动机转子回路内的电阻值，可以达到调 节电动机转速的目的。 （2）串接电阻后，启动转矩增大，当电阻足够大时，启动转矩可等 于最大转矩。若电阻更大，甚至可使最大转矩值出现在n*为负值的区域 内，即出现在制动状态。因此，也可以利

14、用在电动机转子回路中串接电 阻的方法来提高电动机的启动转矩或者制动转矩。,3、工作机械的负载特性 所谓工作机械，就是由电动机带动而运转的机械，如天车的起升机构 ，大车和小车的运行机构等。 工作机械的负载折算到电动机轴上的转矩与电动机转速之间的关系， 称为工作机械的负载特性，即n*=f（TL*）。 （1）起升机构的负载特性曲线。起升机构的负载特性曲线如图4-4所 示（图示中的负载转矩未考虑摩擦阻力矩） n* 第一象限 1 0 TL 1 -1 第四象限 图4-4起升机构的负载特性曲线,天车的起升机构无论是提升负载还是下放负载，负载转矩的大小都不 随转速变化而变化（在不考虑摩擦力矩的情况下），而且负

15、载转矩的方 向始终向下，不随转速笔向的变化面变化，因此，起升机构首先是恒转 矩负载（凡是负载转矩始终保持为常数，不随转速变化而变化的机械都 具有恒转矩负载特性）；其次，起升机构又是位能性负载（负载转矩是 受重力作用而产生的，具有固定不变的方向，其方向不因转速方向的改 变而改变的负载称为位能性负载）。 （2）平移机构的负载特性曲线。平移机构的负载特性曲线如图4-5所 示。 n* 1 第一象限 -1 0 1 TL 第三象限 -1 图4-5 平移机构的负载特性曲线,当天车的大、小车空载或吊物运行时，平移机构有负载转矩是平移传 动机构和车轮滚动时的摩擦阻力矩之和，其负载转矩值是恒定不变的， 不随电动机的转速变化而变化。但平移机构的运行方向发生改变时，负 载转矩的方向也发生改变，因此，平移机构的运行方向发生改变时，负 载转矩的方向也发生改变。因此。平移机构首