塔机起升机构变极调速的原理分析及控制电路的改进

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１０．２１．０６２
塔机起升机构变极调速的
原理分析及控制电路的改进
吕银玲 １ 孔祥海 １ 张晓磊 ３ １ 郑州卫华工程机械有限公司 ４５１１９１；２，河南卫华重型机械股份有限公司 ４５３４００
摘 要 本文针对传统的起升三速电机变极调速做 出原理分析及对现有的控制电路的修改， 以有效地防止塔机空挡滑钩。 关键词 塔式起重机；三速电机；变极调速原理；控 制电路；空挡滑钩；安全性
在多速电机的控制电路中，为了防止 换挡过程中出现相间短路，还必须设计 0. 1 秒左右的空挡，否则会导致断路器跳闸 或接触器烧死。为了解决这个矛盾，可以 在起升机构制动电机的控制回路中，将每 个档位的接触器常开触头串联进去，一旦 某个档位的接触器不吸合，起升机构就会 刹车而停止工作。那么，在这个电路在每 次换挡过程中，制动电机会因短暂缺电而 刹车一次，这会不会对刹车电机和起升机 构造成损害呢？实际上只要空挡时间在适 当的范围内是不会对制动电机和起升机构 造成损害的。因为制动机构有一个制动距 离，制动电机在断电0.5秒左右时刹车才会 抱死，如果空挡时间控制在 0.2 秒以下的 话，制动电机只是动作一下而不会刹车， 只有当空挡时间超过0.5秒时，刹车才会真 正起作用，也才会出现大家担忧的现象。 话说回来，0.5秒以上的空挡意味着什么？ 那意味着重大的安全隐患！即使此时刹车 会对起升机构造成损害，那也是丢卒保 车的唯一选择。
高速 High-speed pole 中速 Mid-speed pole 低速 Low-speed pole
图（二）
ຫໍສະໝຸດ Baidu-１ ３ ５ -
图（三）
制 造
中国科技信息 ２０１０ 年第 ２１ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｎｏｖ．２０１０
提出自己的拙见，以期能更好地提高塔 机起升机构的安全性。
结论
三速电机调速具有调速比大，启动 电流小、启动力矩高，过载能力强等特 点，而且由于该电动机是鼠笼转子电 机，采用先进的远极比变极调速技术， 没有易磨损的电刷装置，也不必另外附 加调速装置，因此具有使用简单，维护 方便等特点，经过改进电路控制后更能 安全可靠的应用于小型塔机起升机构上。
参考文献 ［１］ 阿里巴巴博客 ．防止塔机空挡滑钩的 简单电路． ［２］ 范俊祥．塔式起重机 ．北京：中国建 材工业出版社．２００４．７ ［３］ ＧＢ／Ｔ１３７５２－１９９２ 塔式起重机设计规 范［Ｓ］．北京：中国标准出版社．１９９６． 作者简介 吕银玲，工作单位：郑州卫华工程机械有 限公司，职务：电气设计员 孔祥海，工作单位：郑州卫华工程机械有 限公司，职务：机械工艺设计员 张晓磊，工作单位：河南卫华重型机械股 份有限公司，职务：机械工艺设计员。
最重要的传动机构，它要求重载低速， 轻载高速，调速范围大。起升机构调速 方式的优劣直接影响整机性能。目前，4 绳最大起重量小于等于6t的中小型塔机竞 争激烈，成本控制严格，国内以变极调 速为主，方案简单，应用较广，常采用 4/8/32 极多速电机调速。本文针对当下 常见的三速电机驱动的塔机起升机构典型 控制电路的电气原理图做出浅显的分析，
塔式起重机在高层林立的城市作为建 筑施工现场的主要建筑机械，因其起升高
度大，覆盖面广等特点而被广泛使用于 建筑施工现场，担负着主要的垂直运输 任务。同时又因为其具有重心高、危险 性大等特点，经常会发生这样或那样的 安全事故，给人民的生命财产造成损 失。严重的，甚至会发生机毁人亡、群 死群伤的重大事故。因此如何提高塔机 电控系统的安全性、可靠性，使之更能 安全可靠的满足建筑施工的特点和需要， 显得尤为迫切。起升机构是塔式起重机
图（一） 三速电机定子有 9 个接线端子，端子 接线标志为 1U、1V、1W、2U、2V、 2 W 、3 U 、3 V 、3 W ，如图（一）所 示，假设当 1 U 、1 V 、1 W 接电源时， 第一套绕组为图(a)所示的△接法，电机 有 8 极，低速运行；当 1 U 、1 V 、1 W 短接，2 U 、2 V 、2 W 接电源时，第一 套绕组变成图(b)所示的 YY 接法, 电机有 4 极，高速运行；当 3 U 、3 V 、3 W 接 电源时，第二套绕组工作，电机有 6 极， 中速运行。因此，定子绕组接法不同， 电机有三种不同的转速。以中国长江航 运集团电机厂的 YZTD225L2-4/8/32 24/24/5.4KW 为例，其电机端子接线如 图（二）所示。 由上述可以看出，利用改变定子绕 组接线方法以改变极数来变速，具有随 负载的不同要求而有级的变化功率和转速 的特性，从而达到功率合理分配和简化 变速系统的目的。图（三）给出用三速 电机驱动的塔机起升机构典型控制电路的 电气原理图。 图中 M 为笼型三速异步电 动机，QF 为负荷开关；KM2、KM3 是 起升上升、下降接触器；K M 4 、 KM5、KM7 是用于实现定子绕组换极的 交流接触器；KM6 起隔离作用；SQ 是主
根据交流异步电机的转速公式：
(1-s)
f —电源频率 p —电动机极对数 S —转差率 由于转差率 S 为常数而且很小，所以 决定交流异步电机转速的是电源频率 F 和 电机极对数 P 这两个因素。通过改变电源 频率 F 或者改变电机极对数 P，可以达到 对塔机起升机构进行调速的目的。改变 电机极对数进行调速的方法叫变极调速， 改变电源频率进行调速的方法叫变频调 速。变极调速又分为三速电机变极调速 和双速绕线电机转子串电阻加涡流制动器 调速。
令控制器，通过操作主令控制器的手柄 来控制起升速度。其中 1 档为低速，2 档 为中速，3 档为高速。
随着三速电机变极调速的大量广泛的 应用，我们逐步认识到现有的控制电路 有空档滑钩的缺陷，现针对各自缺陷产 生的原因及改进措施逐一介绍。
空挡滑钩对塔机来说是一件很危险的 事情，特别是在下降的过程中由高速变为 低速时，一旦出现滑钩其后果是不堪设想 的，轻者砸穿楼板击毁设备，重者伤及施 工人员。为什么会产生滑钩呢？其原 因在 于档位切换过程中出现了长时间的空挡 （如主令控制器档位间隙过长，接触器线 圈损坏，延时头老化延时变长等等）。