交流桥式起重机的电气控制电路分析

交流桥式起重机的电气控制电路分析

摘要：起重机是用来起吊和搬移重物的一种生产机械，通常也称为行车或天车，它广泛应用于工矿企业、车站、港口、仓库、建筑工地等场所，以完成各种繁重任务，改善人们的劳动条件，提高劳动生产率，是现代化生产不可缺少的工具之一。按其结构的不同，起重机可分为桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、旋转起重机及缆索起重机等，其中以桥式起重机的应用最为广泛，所以文章主要分析交流桥式起重机的特点以及其电气控制。

关键词：交流桥式起重机；电气控制；电路分析

1桥式起重机电力拖动及控制要求

起重机械的工作条件恶劣，其电动机属于重复短时工作制。由于起重机的工作性质是间歇的（时开时停，有时轻载，有时重载），因而要求电动机经常处于频繁启动、制动和反向工作状态，同时能承受较大的机械冲击，并有一定的调速要求。为此，专门设计了起重用电动机，它分为交流和直流两大类，交流起重用异步电动机有绕线转子式和鼠笼式两种，一般用在中、小型起重机上；直流电动机一般用在大型起重机上。为了提高起重机的生产效率及可靠性，对其电力拖动和自动控制等方面都提出了很高要求，这些要求集中反映在提升机构的控制上，而对大车及小车运行机构的要求就相对低一些，主要是保证有一定的调速范围和适当的保护。起重机对提升机构电力拖动与自动控制的主要求是：空钩能快速升降，以减少辅助工作时间，提高效率。轻载的提升速度应大于额定负载的提升速度；具有一定的调速范围，对于普通起重机调速范围一般为3∶1，而要求高的地方则应达到5∶1～10∶1；在提升之初或重物接近预定位置附近时，都需要低速运行。因此，升降控制应将速度分为几挡，以便灵活操作；提升第一挡，为避免过大的机械冲击，消除传动间隙，使钢丝绳张紧，电动机的启动转矩不能过大，一般限制在额定转矩的一半以下；负载下降时，根据重物的大小，拖动电动机的转矩可以是电动转矩，也可以是制动转矩，两者之间的转换是自动进行的；为确保安全，要采用电气与机械双重制动，既减小机械抱闸的磨损，又可防止突然断电而使重物自由下落造成设备和人身事故；具有完备的电气保护与联锁环节。

2交流桥式起重机控制电路

凸轮控制器控制线路具有线路简单，维护方便，价格便宜等优点，适用于中、小型起重机的平移机构电动机和小型提升机构电动机的控制。5 t桥式起重机的控制线路一般就采用凸轮控制器控制。

图1所示是采用KTl4—25J/1与KTl4—60J/1型凸轮控制器直接控制起重机平移和提升机构的启停、正反转、调速与制动的电路原理图。下面将分析其主电路。

SQ为电源开关；KI为过电流继电器，用于过载保护；YA为电磁制动抱闸的电磁铁，YA断电时，在强力弹簧作用下制动器抱闸紧紧抱住电动机转轴进行制动，YA通电时，在电磁铁的吸合作用下，电磁抱闸松开；M为三相绕线式异步电动机，该电动机转子回路串联了几段不对称的调速电阻，以减少转子电阻的段数及控制触点的数目。由凸轮控制器在不同控制位置控制转子接入不同的电阻，以得到不同的转速，实现调速。

下面分别就凸轮控制器手柄在不同控制位置进行分析：

①当手柄处于中间“0”位时，此时凸轮控制器的全部触点都断开，电动机不通电，YA也断电，电动机处于制动状态。

②手柄处于右边“1”位时，将凸轮控制器的12对触点从上往下、从左至右进行编号为：1~6，7~12。此时第三对触点接通，其余都是断开的。电动机的定子绕组的“W”端通过触点3与“2L3”相连，“U”端通过触点5与“2L1”相连，“V”端直接与“2L2”相接。当接触器KM的三对主触点闭合时，电动机按正向接线通电，并且此时由于触点8~12是断开的，M三相转予串入全部电阻记为（R5）进行正向启动（电磁转矩向上），通过减速器、卷筒和钢丝绳带动重物。

③手柄处于右边“2”位时，右边“2”位与右边“1”位相比较，凸轮控制器多了一对触点接通，即触点8。其作用是切除右边电阻的一段（此时总电阻记为R4），对应的机械特性曲线为曲线2。曲线2的启动转矩比曲线1的启动转矩大了近一倍，此时的电磁转矩一般大于重物引起的负载转矩，可以提起重物上升。

④手柄处于左边“l”位，此时凸轮控制器接通的触点为2、4、6。电动机的“U”端通过4接到“2L3”，“W”端通过6接到“2L1”，即电动机反向接线，电磁转矩向下。转子电路串入全部电阻，电动机机械特性曲线为图中第3，4象限的曲线17。

⑤手柄处于左边“2~5”位，与右边“2~5”位一样，凸轮控制器分别把转子电阻分段切除，对应的机械特性曲线如图中第3，4象限的曲线2’～5’，电动机工作点的速度即下降速度依次降低。因此下降重物时，一开始应将手柄迅速扳到下降第5挡，以求先低速下降，再根据重物的情况来选择下降速度。

3桥式起重机控制线路分析

3.1该控制线路的特点

①不能获得轻载的低速下降。在下降操作中需要准确定位时（如装配件），可采用点动操作方式，即控制器手柄扳至下降第一挡后立即扳回零位，经多次点动，并配合电磁抱闸便能实现准确定位。

②提升重物时，控制器的第一挡一般为预备级，用于张紧钢丝绳，但也可用于轻载的提升，在二、三、四、五挡时提升速度逐渐提高。

③下放重物时，电动机工作在发电制动状态，为此操作重物下降时应将控制器手柄从零位迅速扳至第五挡，中间不允许停留，以防下降速度过快。下降到位，往回操作时也应从下降第五挡快速扳至零位，以免引起重物的高速下落而造成事故。

④对于轻载提升，第一挡为启动级，第二、三、四、五挡提升速度逐渐提高，但提升速度变化不大。下降时若重物太轻而不足以克服摩擦转矩，则电动机工作在强力下降状态，即电磁转矩与重物重力矩方向一致，帮助下降。

3.2控制电路分析

凸轮控制器的另外三对触点1、2、7串接在控制回路中，以控制接触器KM。当操作手柄处于零位时，触点1，2，7都接通、SAl、SQl分别是紧急操作开关和安全门开关，正常运行时都应是闭合的。此时若按下启动按钮SB一接触器得电吸合并自锁一电源接通，电动机的运行状态由凸轮控制器控制。

3.3保护联锁环节分析

本控制线路有过电流、失压、短路、安全门、极限位置及紧急操作等保护环节。其中主电路的过电流保护由串接在主电路中的过电流继电器来实现，其控制触点串接在接触器KM的控制回路中，一旦发生过电流，KI动作，KM释放而切断控制回路电源，起重机便停止工作。由KM线圈和零位触点串联来实现失压保护。操作中一旦断电，KM释放，必须将操作手柄扳回零位，并重新按启动按钮方能工作。控制电路的短路保护由FU实现，串联在控制电路中的SAl、SQl、SQFw及SQBw分别是紧急操作开关、安全门开关及提升机构上极限与下极限位置保护开关。

参考文献：

[1] 罗伟.起重机电气故障分析及有效措施[J].现代企业文化, 2010,(12).

[2] 王强,高建貌.浅议塔式起重机的电气检查[J].山西建筑, 2009,(17).