港口电气传动2

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1、1/60第2章 港口机械电力拖动的一般问题2.1 工艺特点及负载特性2.2 电力拖动系统电动机选择2.3 电气传动调速方案2.4 典型电气传动控制系统2.5 特殊控制环节2/602- 1 工艺特点及负载特性工艺特点：速度高，操作频繁，重复短时工作制。 负载特性：位能性负载，摩擦阻力矩，风阻力矩。 3/602- 2 电力拖动系统电动机选择选择的原则：1、机械的生产工艺要求生产机械的机械特性2、使用环境环境温度；大气条件；防护形式；安装方式3、电动机种类的确定交流传动；直流传动4/604、电动机容量计算： 折算电动机轴上的静态阻力矩对于港口装卸机械主要有：提升；平移；旋转；变幅等机构。5/60A.

2、 提升机构QgR=D/2F = Qg实际上电机驱动 力等于重力？6/60A. 提升机构上升时折算电动 机轴上的静态阻 力矩(Nm)重力加速度 （m/s2）货物重量（ kg）卷筒直径（ m）钢丝绳滑 轮倍率系统总传动比总效率7/60B. 下降机构总效率下降时电机力矩与上 升时有什么区别？8/60C. 平移机构重力作用：1）摩擦 滚动摩擦fNN 滑动摩擦 2）斜坡分力矩 9/60C. 平移机构风力作用：h风压（N/m2）空气动力系数 与结构形状、尺寸有关。S10/60C. 平移机构平移时折算电动 机轴上的静态阻 力矩(Nm)运动部分总重 量（kg）考虑轨 道轴线 偏移的 附加阻 力系数轴承摩擦系数

3、车轮 轴承 半径 (m)滚动摩擦系数轨道与水平面夹角车 轮 半 径 (m)风压 （ N/m2 ）运动部 分迎风 面积。 (m2)空 气 动 力 系 数11/60D. 旋转机构旋转时折算电动 机轴上的静态阻 力矩(Nm)系统摩擦静阻 力矩( Nm)支承倾斜产生静 阻力矩( Nm)系统风阻静阻力 矩( Nm)12/60E. 变幅机构变幅时折算电动 机轴上的静态阻 力矩(Nm)变幅机构自重不 平衡产生的静阻 力矩( Nm)由于货物运动不能保持 水平产生的静阻力矩( Nm)货物偏摆产生的 静阻力矩( Nm)系统摩擦静阻 力矩( Nm)系统风阻静阻力 矩( Nm)13/604、电动机容量计算：(2) 绘

4、制负载图预选电动机： 预选电动机(kW)电动机转速(r/min)14/604、电动机容量计算：(2) 绘制负载图制作负载曲线： tMM1 M2M3M4Mi-1 Mit1t2t3t4ti-1ti15/604、电动机容量计算：(3) 计算等值负载转矩：16/604、电动机容量计算：(4) 检验： 预选电动机的 额定转矩(5) 经济指标比较：电动机的电制：交流拖动或直流拖动 力能指标：调速方案17/602- 3 电气传动调速方案传动方案设计原则：1、必须满足生产过程工艺要求负载性质；转矩及其它要求。2、调速要求 调速范围；平滑性；允许的最大负载；起、制 动及加速要求。18/604、计算电气设备参数3

5、、选择电动机19/602- 3 电气传动调速方案一、交流绕线式异步电动机转子电路串电阻。 二、能耗制动器。三、涡流制动器。 四、交流异步电动机定子调压调速。 五、变频调速。 六、直流G- M系统。 七、直流V- M系统。20/60交流绕线式异步电动机转子电路串电阻与同轴的涡流制动器调速系统，在起重机械电力传动中得到广泛应用。无论位能性负载还是反抗性负载均能得当满意效果。MBIBM32涡流制动器21/60Mn0-M涡轮制动器机械特性 电动机机械特性 合成特性机械特性22/60优 点结构简单，无需维修，易于调节，可以与不同转 子电阻的电动机机械特性合成，以获得需要的机 械特性。并可实现闭环控制。控

6、制装置功率小。缺 点系统效率低，低速区不宜长期运行。仅在50%额定转速以下有平滑的转速调节。注 意 问 题在额定转速下，最大励磁电流对应的涡流制动器 制动转矩足够。涡流制动器的接电持续率与操作 次数要在产品允许范围内。23/602- 4 典型电气传动控制系统传动方案设计原则：1、继电接触器控制系统2、 PLC控制系统3、闭环自动调节系统24/602- 5 特殊控制环节一、直流电动机的磁场调节调压：额定转速以下，范围大，恒转矩。调励磁：额定转速以上，范围小，恒功率。调电阻：有级25/602- 5 特殊控制环节一、直流电动机的磁场调节恒功率保护；附加速度给定；按负荷大小控制励磁。26/602- 5

7、 特殊控制环节二、交流电动机变频调速的恒功率调节变频：无级、范围大。变极：有级、双速电机。变转差率：无级、绕线型。27/602- 5 特殊控制环节二、交流电动机变频调速的恒功率调节额定转速以下，恒转矩。28/602- 5 特殊控制环节二、交流电动机变频调速的恒功率调节额定转速以上，恒功率。29/602- 5 特殊控制环节二、交流电动机变频调速的恒功率调节维持电动机定子电压为额定值，控制定子频率增 大 ，使其转速超过额定转速。此时功率将保持不 变，相当于直流电动机的弱磁调速。30/60三、负荷均衡和速度均衡控制在双电动机独立控制，共同驱动同一机构的传动系统中，如：抓斗提升机构，需要平衡两台电动机

8、的负荷 和速度。31/60双绳抓斗1- 颚板；2-撑杆；3-上承梁；4-下承梁；5-开闭绳；6-支持绳；7、8-驱动卷筒空抓斗张开下降32/60抓货载货抓斗上升卸货33/60三、负荷均衡和速度均衡控制在抓斗提升机构中，两立的电动机分别驱动抓斗 的支持绳和开闭绳。 在闭斗稳定运行中，要求两台电动机的转矩相同，转 速也相同； 而在开斗稳定运行中，要求两台电动机的转速相同， 因空载，转矩不强求一致。34/60负荷均衡控制：受控电动 机为开闭电机；控制环节 为电流均衡控制单元N10；两输入信号分别为支持 绳和开闭绳的电流反馈信 号；输出信号为开闭机构 的转速调节器的附加速度 给定信号。当两机构负荷 不

9、均衡时，电流均衡控制 单元输出一附加速度给定 信号，使开闭电机的输出 转矩增大或减小，从而保 持负荷均衡。35/60速度均衡环节：采用位置 状态控制(如开斗下降，保 持开度，如闭合，行程差 变化)。通过对支持和开闭 两台电动机相对行程差的 测量，提供速度均衡控制 信号。开闭两台电动机相 对行程差的测量由各自的 轴角编码器、脉冲发生器 、加法器、数模转换器完 成。 支持与开闭电机的速度是 由支持电动机主令控制器 操纵的，开闭电动机的主 令控制器只在抓斗开闭时 工作。36/60四、抓斗位置与防摇控制37/60摇摆的产生摩擦引起的扰动小车的加减速负载的升降动作风引起的扰动一、摇摆产生及控制1996-

10、德国调查报告：摇摆定位时间占整台起 重机运行时间的1020%。38/60摇摆控制机械控制电子控制消耗摇摆能量被动控制基于数学模 型的控制智能控制模糊控制神经网络最优控制增益调节自适应控制状态反馈39/601、自动模式控制系统采用双闭环:内环为摆角环，外环为位置环，均采用PID.二、国内外控摆研究现状全状态反 馈控制器测摆角40/60神经网络自整定的PID控制器41/60发展方向：不测摆角测量：摆动加速度，利用模型，估算摆角。42/60摆角动态测量方法现状在小车架下安装发射装置(激光或红外发射器，或 摄像头)和接收装置，在吊具上架安装反射器。采用该方法的厂家：德国SIEMENS、瑞典ABB、法国

11、TE日本KAWASAKY精度高：闭环防摇设备使操作人员感觉不舒适43/602、半自动模式ABBKAWASAKY二级加减速44/60美国GE（AS2000）： 监视：起升载荷、起升位置、小车的电流反馈、摆动模型、计算吊具摆角、 另外：校正风载、校正变化载荷。摆角估算的工程方法45/60日本YASKAWA: 估算没有摇摆时的电动机转矩 与实际电动机转矩作比较 通过数学模型计算与摇摆角度和载荷成正比的摇 摆载荷信号， 采用相位超前/滞后补偿器进行摇摆的消除。46/601、桥式抓斗卸船机作业循环与抓斗运动轨迹三、研究内容47/602、小车运动模型建立模型载荷变化绳长变化及速度变化摩擦补偿小车加减速度风

12、力干扰48/60对模型进行简化多变量耦合非线性通常很难有解析解简化模型得出的控制方案对实际问题显现出不适应性问题49/6050/60 不计空气阻力。 设备使用变频器。 输入不再是外力F，而是行车加速度a。 3、简化的受力模型51/60 控制变量:行车的水平加速 a(t). 状态变量:抓斗摆角(t).抓斗角速度 (t).行车运行的水平距离s(t).行车的水平速度 v(t). 控制目标:在s(t)等于目标距离Sd时，使a(t)、(t). d/dt.最小。 52/60系统状态方程限制条件53/604、典型运动分析54/60阶段I:小车起动阶段， 起动持续时间为t1 ，加速度为a1。 行车启动加速，到

13、达A点的状态为：约束条件：55/60阶段II：摆动控制阶段。 先减速再加速， 到C点抓斗相对小车不摆动，小车达到额定速度。 制动时间为t21，制动减速度为a21，再加速时间为t22，此阶段总时间为t2 。56/60减速阶段加速阶段57/60阶段III：小车稳定运行阶段SD-目的位置距离其实吊摆中心位置距离 SDF-开始制动点 D 距目的位置距离 58/60阶段IV、V:小车制动抛料59/60思考题2-1-1试说明港口起重机械电力传动常用调速方案 有哪几种。 2- -2写出港口起重机械提升机构等值负载计算公 式。并说明上升与下降计算公式有何不同？ 2-3-3港口起重机械通常在哪些机构中设有动力制 动环节？ 2-4-4说明港口起重机械主拖动电动机容量选择的 步骤。 2-5-5画出绕线式电动机转子串电阻并带有涡流制 动器调速的单线电路图。说明工作原理。并画出复 合机械特性。60/60思考题2-6-6说明港口吊斗起重机中，负荷均衡控制和速 度均衡控制的作用。 2-7-7现代港口装卸机械，采用变频调速时，为什 么大多采用PWM控制的整流器？说明其优点。