CN201224669Y - 可用于传统控制的起重机调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公告了一种可用于传统控制的起重机调速装置，包括用于接收并转换速度指令的速度设定器、用于采集电机频率并转换为电压信号的速度变换器、比较放大器、触发功率放大器、三相半控桥、转子电流闭合开关和转子电机；速度设定器输出端连接比较放大器的一输入端，速度变换器输出端连接比较放大器的另一输入端；比较放大器输出端与触发功率放大器输入端连接；触发功率放大器输出端连接三相半控桥的控制端；转子电机各相绕组分别对应连接三相半控桥；转子电流闭合开关与三相半控桥并联。本实用新型从转子回路进行控制，使传统的继电接触线路获得很好的调速特性，具有稳定的调速功能，线路简单工作可靠。

Description

可用于传统控制的起重机调速装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种升降装置，特别涉及其中的调速控制装置。

【背景技术】

愈来愈多的起重机要求机构速度能调节，例如各种造船起重机、大重型设备安装起重机、冶金铸造起重机等均要求有稳定的调速功能，能低速停准对位，又能平滑地加速到高速，以满足高效、高可靠性的要求。各种起重机械例如桥式、龙门起重机以及港口用门座起重机通常使用绕线转子交流电动机，借助于逐步切除转子回路的电阻器来获得平滑的起动特性、限制起动电流和减少对机构的冲击。但这种方法有个缺点：绕线转子异步电机很难用简单方法获得调速特性。由此，出现另一种调速系统即定子调压调速系统，虽然定子调压调速系统解决了前述问题，但定子调压调速装置比较昂贵且很难用于大功率高压电动机的控制，线路很复杂、对电网产生高次谐波干扰，且要求使用直流测速发电机作反馈元件。

【发明内容】

本实用新型的主要目的是：提供一种高效低价、可适用于传统控制的起重机调速装置。

为实现上述目的，本实用新型提出一种可用于传统控制的起重机调速装置，包括用于接收并转换速度指令的速度设定器、用于采集电机频率并转换为电压信号的速度变换器、比较放大器、触发功率放大器、三相半控桥、转子电流闭合开关和转子电机；所述速度设定器输出端连接所述比较放大器的一输入端，所述速度变换器输出端连接所述比较放大器的另一输入端；所述比较放大器输出端与所述触发功率放大器输入端连接；所述触发功率放大器输出端连接所述三相半控桥的控制端；所述转子电机各相绕组分别对应连接三相半控桥；所述转子电流闭合开关与所述三相半控桥并联。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，还包括用于给出高电平的下降指令设定器、用于给出零电平电压的下降零电平设定器、转子电流反馈开关、辅助激磁电源；所述下降指令设定器输出端连接所述比较放大器的一输入端，下降零电平设定器输出端连接所述比较放大器的另一输入端；所述转子电流反馈开关串联连接于所述三相半控桥与所述转子电机的定子绕组之间；所述辅助激磁电源连接于所述转子电机的定子绕组。还包括用于通断控制的辅助激磁供给接触器，串接于所述辅助激磁电源与所述转子电机的定子绕组之间。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，还包括主控制器，与所述速度设定器、下降指令设定器连接。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，还包括用于实现低压-高压隔离的隔离器，连接于所述比较放大器与触发功率放大器之间。所述用于实现低压-高压隔离的隔离器为光电耦合隔离器。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，所述转子电流闭合开关或转子电流反馈开关为接触器。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，还包括转子回路电阻器，串接于所述三相半控桥与所述转子电机的转子绕组之间。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，所述速度设定器包括指令继由器和电阻电位器，二者相接构成档位选择。

上述的可用于传统控制的起重机调速装置，所述触发功率放大器包括场效应管，其源极与所述三相半控桥的控制端连接。

由于采用了以上的方案，本实用新型从转子回路进行控制，使传统的继电接触线路获得很好的调速特性，具有稳定的调速功能，线路简单工作可靠；能低速停准对位，又能平滑地加速到高速以满足高效、高可靠性的要求；不仅解决了传统起重机控制系统的调速，同时对于大容量高压电动的调速变得容易。

当本实用新型用于起升机构位势负载时，重物所具有的势能通过调速装置变成了制动重物的电能，几乎不从电网吸收能量，是一种节能的调速方式。

本实用新型既适用于建造新起重机的电控系统，又适合旧起重机电控系统的改造，使不能调速的起重机各机构实现调速控制，且改造所需要的费用很少。由于线路结构简单，造价低廉，约为目前所采用的变频调速、定子调压调速的造价20％左右。

由于本实用新型的电路结构简单，故工作更为可靠、易于维护。

【附图说明】

图1是本实用新型实施例一的结构原理图。

图2是本实用新型实施例二的结构原理图。

图3是本实用新型实施例一和实施例二的机械特性图。

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1所示，本例的调速装置适用于阻力矩负载，其原理框图如1所示，包括：速度设定器1、速度变换器3、比较放大器4、光电耦合隔离器5、触发功率放大器6及三相半控桥7。另外还包括转子回路电阻器Ra、Rb、Rc，转子电流闭合开关，电子回路供电电源31及32，绕线转子电机30等。转子电流闭合开关采用转子电流闭合接触器9。

速度设定器1：速度设定器1用来产生提升指令电压，由指令继由器和电阻电位器组成，当指令继电器按照主控制器的指令闭合时，速度设定器输出相应的指令电压，并把主控制器的档位信号变成相对应的电压信号。

速度变换器3：速度变换器3是一个把转子频率f2转换成模拟电压信号Vcs的一种F/V变换器。其输入是频率可变化电压信号，其输出是一个随频率变化的直流信号，两者成正比例关系。

在速度变换器3输入端加上转子电压信号，输出端将得到与转子电压频率f2成正比的直流电压。把这个电压称为等效的速度电压Vcs而送入比较器4的同相端。

由于转子电压与转子电压频率是随转子速度而变化的，当定子施以额定电压时，在通电的第一瞬间(转子静止)转子电压最大。转子频率f2＝50，变换器输出电压Vcs＝5V，当转子达理想空载转速时f2＝0，变换器3输出电压Vcs＝0V。速度变换器3的动态响应为1-2ms。

比较放大器4：由一个比较灵敏度很高的集成比较器构成。当装置处于提升状态时，在同相端输入一个速度变换器3的信号Ucs，在反相端加上速设定器1的输入信号Ust。

光电耦合隔离器5：光电耦合隔离器5用来把比较放大器4的信号耦合到下一级触发功率放大器6，使电子线路板与大功率三相半控桥7实现低压-高压的电气隔离。

触发功率放大器6：比较放大器4的输出信号经光电耦合隔离器5进入触发功率放大器6从而实现电平触发三相半控桥7的晶闸管11，12，13。

比较放大器4输出信号在0V-12V之间变化，并与两个输入信号的绝对值有关，当Ucs>Ust时比较放大器4输出饱和值12V，当Ust>Ucs时，比较放大器4输出0V。

反相端的速度设定器1的输出信号与同相端的速度变换器3的输出信号在比较放大器4输入端进行比较，比较放大器4的输出经光电耦合隔离器5送入触发功率放大器6，由触发功率放大器6输出三路信号去直接触发三相半控桥7中的晶闸管的控制极，使三相半控桥7进入导通或截止状态。

速度变换器3的输出信号Ucs将随着电动的转速n而变化，当速度反馈信号Ucs高于设定信号Ust时，比较放大器4输出高电平，经光电耦合隔离器5、触发功率放大器6使三相半控桥导通。当速度反馈信号低于设定信号时，比较器输出低电平，半控桥截止。注意到比较器的比较灵敏仅为1mv，故稳速精度很高。由于机械惯性远大于比较性的惯性，实际上用测速仪也很难测出速度的波动。

假定低速速度设定值为4V，当电机定子通以额定电压380V AC，那么在刚一通电瞬间，转子感应电压为电机转子的开路电压，转子电压频率为50HZ，速度变换器3的输出电压为5V。在比较放大器4的反相端施以速度设定电压4V，在同相端施加的速度反馈电压5V，结果比较放大器4输出为12V电压，这个12V电压经光电耦合隔离器5的输出端施加在触发功率放大器6中的绝缘栅场效应管的控制栅极并使其导通。结果，在晶闸管11-13控制极得到2.5-3V触发电压而开通，转子电流在某瞬间将从转子U相绕组经电阻器Ra、晶闸管11、接触器9、整流管15、电阻器Rb最后回到转子绕组V相。

转子电流流通以后，电机开始加速，转子电压开始降低，转子电压频率逐步降低，速度变换器的输出也在降低，直到低于4V，当速度电压刚刚低于4V那一瞬间，在比较器输出立即发生翻转变成0V，触发功率放大器6的绝缘栅场效应管立即关断，同时晶闸管11-13也很快关断，转子电流将停止。上述的控制过程都在一瞬间完成。

比较器根据两个输入端信号的变化而不停地翻转，晶闸管11-13也在不停地通-断。由于高灵敏的比较放大器4力图使速度电压Ucs与设定电压Ust相等。故系统的稳速精度很高与定子调压调速没有差别，能保证在0.5％以内。

调速过程有速度反馈参加故能保证稳速精度，其晶闸管11-13通-断过程相当于调节绕线式转子电动机的转子电流，考虑到转子电流比例电机的转矩。故这种调速方式又可以看成利用转子电流调节器来控制电动机转速。这一切过程都是在调速模块与电机间进行。

实施例二：

如图2所示，本例的调速装置，适用于下降负载，包括：下降指令设定器2、零电平设定器21、比较放大器4、光电耦合隔离器5、触发功率放大器6、三相半控桥7、转子电流反馈开关、辅助激磁电源19、辅助激磁供给开关、转子回路电阻器Ra、Rb、Rc及绕线转子电动机22、直流供给电源31以及直流供给电源32。辅助激磁开关采用辅助激磁接触器33，转子电流反馈开关采用转子电流反馈接触器10。

下降指令设定器2用于给出一个高电平例如5V；下降零电平设定器21用于给出一个零电平电压。

比较放大器4：用以比较同相端与反相端的数值使其输出一个高电平信号去驱动光电耦合隔离器5。

光电耦合隔离器5：用于低压电子电路与高压隔离。

触发功率放大器6：用以放大比较放大器的输出。

三相半控桥7：在触发功率放大器6的作用下，使三相半控桥变成一个三相整流桥；转子回路电阻器Ra、Rb、Rc用以调节激磁电流以获得不同的调速挡位。

辅助激磁电源19：供给电动机一个初始电流使其很快地建立电压。

辅肋激磁接触器33：把激磁电流送入电机定子绕组并用以隔离当电机交流供电时交流电流。

绕线式转子电动机22：与三相半控桥一起成调速装置的主体。

转子反馈电流接触器10：用以把转子感应电压整流成直流电压并送入定子绕组作为制动电流，这个制动电流能保证稳定的制动作用。

当主控制器发出下降指令时，下降指令设定器2给比较放大器4同相端一个下降指令；同时，在反相端输入一个下降零电平设定器21给出的零伏电压，在这两个信号的作用下比较放大器4输出一个高电平12V，经过光电耦合隔离器5传输到触发功率放大器6并使场效应管导通，进而使三相半控桥7中的晶闸管11-13处于导通状态。由于比较放大器4的反相端始终为零伏，同相端输入5V信号，故比较放大器4的输出恒为12V高电平，经光电耦合隔离器5的传输作用，触发功率放大器6中的绝缘栅场效管一直处于导通状态。也就是说，三相半控桥7中的晶闸管处于恒定导通状态。

此时在定子回路不接通三相交流，仅仅通入辅助激磁电源19。由于是位势负载，重物将迫使电机向下降的方向转动，电机转子绕组将切割由辅助激磁电源19所建立的磁场，转子绕组切割定子磁场时必定在转子绕组内产生感应电压E2a、E2b和E2c，此时三相半控桥7已导通，转子绕组三相感应电Ea-Ec经三相整流桥的整流作用，而变成直流经转子电流反馈接触器10送到定子绕组，并进一步加强了定子绕组的磁场。如此循环，转子感应电压E2a、E2b和E2c立即增加到饱和值。

转子电流经转子反馈电流接触器10送到定子绕组作为交流发电机的激磁，显然电动机此时已变成发电机，重物对电机来说是拖动发电机的装置，显然，此时发电机对重物有稳定的制动作用；换言之，重物所具有的势能通过调速装置变成了制动重物的电能，而且下降速度可调。重物可以稳定低速、中速和高速下降而不会产生飞车。这种调速方式具有节能作用，下降时仅仅从电网收辅助激磁电流，其量值十分微小。利用三相半控桥，通过电子回路的设置，使之在上升时可以调速，在下降时可以不消耗电能而稳定的速度可调地下降。

本实用新型实施例所提出的调速装置，线路结构简单，造价低廉，约为目前所采用的变频调速、定子调压调速的造价20％左右。如图3所示，其调速性能优异，不仅解决了传统起重机控制系统的调速，同时对于大容量高压电动的调速变得容易。而且由于结构简单，故工作更为可靠、易于维护。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：包括用于接收并转换速度指令的速度设定器、用于采集电机频率并转换为电压信号的速度变换器、比较放大器、触发功率放大器、三相半控桥、转子电流闭合开关和转子电机；所述速度设定器输出端连接所述比较放大器的一输入端，所述速度变换器输出端连接所述比较放大器的另一输入端；所述比较放大器输出端与所述触发功率放大器输入端连接；所述触发功率放大器输出端连接所述三相半控桥的控制端；所述转子电机各相绕组分别对应连接三相半控桥；所述转子电流闭合开关与所述三相半控桥并联。

2.如权利要求1所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：还包括用于给出高电平的下降指令设定器、用于给出零电平电压的下降零电平设定器、转子电流反馈开关、辅助激磁电源；所述下降指令设定器输出端连接所述比较放大器的一输入端，下降零电平设定器输出端连接所述比较放大器的另一输入端；所述转子电流反馈开关串联连接于所述三相半控桥与所述转子电机的定子绕组之间；所述辅助激磁电源连接于所述转子电机的定子绕组。

3.如权利要求2所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：还包括主控制器，分别与所述速度设定器、下降指令设定器、转子电流闭合开关和转子电流反馈开关连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：还包括用于实现低压-高压隔离的隔离器，连接于所述比较放大器与触发功率放大器之间。

5.如权利要求2或3所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：所述转子电流闭合开关或转子电流反馈开关为接触器。

6.如权利要求2或3所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：还包括用于通断控制的辅助激磁供给接触器，串接于所述辅助激磁电源与所述转子电机的定子绕组之间。

7.如权利要求2或3所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：还包括转子回路电阻器，串接于所述三相半控桥与所述转子电机的转子绕组之间。

8.如权利要求2或3所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：所述速度设定器包括指令继由器和电阻电位器，二者相接构成档位选择。

9.如权利要求2或3所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：所述触发功率放大器包括场效应管，其源极与所述三相半控桥的控制端连接。

10.如权利要求4所述的可用于传统控制的起重机调速装置，其特征是：所述用于实现低压-高压隔离的隔离器为光电耦合隔离器。

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