交流橋式起重機的電氣控制電路分析

摘要：起重機是用來起吊和搬移重物的一種生產機械，通常也稱為行車或天車，它廣泛應用于工礦企業、車站、港口、倉庫、建筑工地等場所，以完成各種繁重任務，改善人們的勞動條件，提高勞動生產率，是現代化生產不可缺少的工具之一。按其結構的不同，起重機可分為橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、旋轉起重機及纜索起重機等，其中以橋式起重機的應用最為廣泛，所以文章主要分析交流橋式起重機的特點以及其電氣控制。

關鍵詞：交流橋式起重機；電氣控制；電路分析

中圖分類號：TM921.51文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0087-02

1橋式起重機電力拖動及控制要求

起重機械的工作條件惡劣，其電動機屬于重復短時工作制。由于起重機的工作性質是間歇的（時開時停，有時輕載，有時重載），因而要求電動機經常處于頻繁啟動、制動和反向工作狀態，同時能承受較大的機械沖擊，并有一定的調速要求。為此，專門設計了起重用電動機，它分為交流和直流兩大類，交流起重用異步電動機有繞線轉子式和鼠籠式兩種，一般用在中、小型起重機上；直流電動機一般用在大型起重機上。為了提高起重機的生產效率及可靠性，對其電力拖動和自動控制等方面都提出了很高要求，這些要求集中反映在提升機構的控制上，而對大車及小車運行機構的要求就相對低一些，主要是保證有一定的調速范圍和適當的保護。起重機對提升機構電力拖動與自動控制的主要求是：空鉤能快速升降，以減少輔助工作時間，提高效率。輕載的提升速度應大于額定負載的提升速度；具有一定的調速范圍，對于普通起重機調速范圍一般為3∶1，而要求高的地方則應達到5∶1～10∶1；在提升之初或重物接近預定位置附近時，都需要低速運行。因此，升降控制應將速度分為幾擋，以便靈活操作；提升第一擋，為避免過大的機械沖擊，消除傳動間隙，使鋼絲繩張緊，電動機的啟動轉矩不能過大，一般限制在額定轉矩的一半以下；負載下降時，根據重物的大小，拖動電動機的轉矩可以是電動轉矩，也可以是制動轉矩，兩者之間的轉換是自動進行的；為確保安全，要采用電氣與機械雙重制動，既減小機械抱閘的磨損，又可防止突然斷電而使重物自由下落造成設備和人身事故；具有完備的電氣保護與聯鎖環節。

2交流橋式起重機控制電路

凸輪控制器控制線路具有線路簡單，維護方便，價格便宜等優點，適用于中、小型起重機的平移機構電動機和小型提升機構電動機的控制。5 t橋式起重機的控制線路一般就采用凸輪控制器控制。

圖1所示是采用KTl4—25J/1與KTl4—60J/1型凸輪控制器直接控制起重機平移和提升機構的啟停、正反轉、調速與制動的電路原理圖。下面將分析其主電路。

SQ為電源開關；KI為過電流繼電器，用于過載保護；YA為電磁制動抱閘的電磁鐵，YA斷電時，在強力彈簧作用下制動器抱閘緊緊抱住電動機轉軸進行制動，YA通電時，在電磁鐵的吸合作用下，電磁抱閘松開；M為三相繞線式異步電動機，該電動機轉子回路串聯了幾段不對稱的調速電阻，以減少轉子電阻的段數及控制觸點的數目。由凸輪控制器在不同控制位置控制轉子接入不同的電阻，以得到不同的轉速，實現調速。

下面分別就凸輪控制器手柄在不同控制位置進行分析：

①當手柄處于中間“0”位時，此時凸輪控制器的全部觸點都斷開，電動機不通電，YA也斷電，電動機處于制動狀態。

②手柄處于右邊“1”位時，將凸輪控制器的12對觸點從上往下、從左至右進行編號為：1~6，7~12。此時第三對觸點接通，其余都是斷開的。電動機的定子繞組的“W”端通過觸點3與“2L3”相連，“U”端通過觸點5與“2L1”相連，“V”端直接與“2L2”相接。當接觸器KM的三對主觸點閉合時，電動機按正向接線通電，并且此時由于觸點8~12是斷開的，M三相轉予串入全部電阻記為（R5）進行正向啟動（電磁轉矩向上），通過減速器、卷筒和鋼絲繩帶動重物。

③手柄處于右邊“2”位時，右邊“2”位與右邊“1”位相比較，凸輪控制器多了一對觸點接通，即觸點8。其作用是切除右邊電阻的一段（此時總電阻記為R4），對應的機械特性曲線為曲線2。曲線2的啟動轉矩比曲線1的啟動轉矩大了近一倍，此時的電磁轉矩一般大于重物引起的負載轉矩，可以提起重物上升。

④手柄處于左邊“l”位，此時凸輪控制器接通的觸點為2、4、6。電動機的“U”端通過4接到“2L3”，“W”端通過6接到“2L1”，即電動機反向接線，電磁轉矩向下。轉子電路串入全部電阻，電動機機械特性曲線為圖中第3，4象限的曲線17。

⑤手柄處于左邊“2~5”位，與右邊“2~5”位一樣，凸輪控制器分別把轉子電阻分段切除，對應的機械特性曲線如圖中第3，4象限的曲線2’～5’，電動機工作點的速度即下降速度依次降低。因此下降重物時，一開始應將手柄迅速扳到下降第5擋，以求先低速下降，再根據重物的情況來選擇下降速度。

3橋式起重機控制線路分析

3.1該控制線路的特點

①不能獲得輕載的低速下降。在下降操作中需要準確定位時（如裝配件），可采用點動操作方式，即控制器手柄扳至下降第一擋后立即扳回零位，經多次點動，并配合電磁抱閘便能實現準確定位。

②提升重物時，控制器的第一擋一般為預備級，用于張緊鋼絲繩，但也可用于輕載的提升，在二、三、四、五擋時提升速度逐漸提高。

③下放重物時，電動機工作在發電制動狀態，為此操作重物下降時應將控制器手柄從零位迅速扳至第五擋，中間不允許停留，以防下降速度過快。下降到位，往回操作時也應從下降第五擋快速扳至零位，以免引起重物的高速下落而造成事故。

④對于輕載提升，第一擋為啟動級，第二、三、四、五擋提升速度逐漸提高，但提升速度變化不大。下降時若重物太輕而不足以克服摩擦轉矩，則電動機工作在強力下降狀態，即電磁轉矩與重物重力矩方向一致，幫助下降。

3.2控制電路分析

凸輪控制器的另外三對觸點1、2、7串接在控制回路中，以控制接觸器KM。當操作手柄處于零位時，觸點1，2，7都接通、SAl、SQl分別是緊急操作開關和安全門開關，正常運行時都應是閉合的。此時若按下啟動按鈕SB一接觸器得電吸合并自鎖一電源接通，電動機的運行狀態由凸輪控制器控制。

3.3保護聯鎖環節分析

本控制線路有過電流、失壓、短路、安全門、極限位置及緊急操作等保護環節。其中主電路的過電流保護由串接在主電路中的過電流繼電器來實現，其控制觸點串接在接觸器KM的控制回路中，一旦發生過電流，KI動作，KM釋放而切斷控制回路電源，起重機便停止工作。由KM線圈和零位觸點串聯來實現失壓保護。操作中一旦斷電，KM釋放，必須將操作手柄扳回零位，并重新按啟動按鈕方能工作。控制電路的短路保護由FU實現，串聯在控制電路中的SAl、SQl、SQFw及SQBw分別是緊急操作開關、安全門開關及提升機構上極限與下極限位置保護開關。

參考文獻：

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