天车司机工 第四章.ppt

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1、天车司机工 第四章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 一、电动机的结构一、电动机的结构 三相绕线转子异彩步电动机的结构如图41所示，它主要由定子和转子两个基本部分组成。1 1、定子、定子 定子是电动机静止不动的部分，由机座、定子铁心、定子绕组和端 盖等组成。定子铁心由0.5mm左右的硅钢片叠成，是电动机的磁路部分；定子绕组嵌放在定子铁心的槽内，是电动机的电路部分。定子绕组有三相，对称分布在定子铁心上。三相绕组的首端分别用U1，V1，W1表示，未端对应

2、用U2，V2，W2表示。三相绕组的六个接线端在电动机的接线盒内，可以根据需要接成星形（Y）或（）,图4-2为绕组作星形与三角形联结的示意图.2 2、转子、转子 转子是电动机的转动部分，它由转子铁心、转子绕组和转轴等组成，其作用是输出机械转矩。转子铁心与定子铁心一样，也是由0.5mm左右的硅钢片叠成的，是电动机的磁路部分。绕线转子异步电动机的转子绕组与定子绕组相似，也是三相对称绕组，转子的三相绕组都联结成星形，三个出线端分别接到固定在转轴上的三个铜质集环上，三个集电环之间以及集电环与转轴之间都彼此绝缘。每个集电环上都有一对电刷，可通过电刷使转子绕组与外接电阻器联结。二、铭牌二、铭牌 每台异步电动

3、机的机座上都定有一块铭牌，铭牌上记载着这台电动机的各种参数值（铭牌数据），了解铭牌数据上各相数据的意义是正确使用电动机的前提。电动机铭牌上标注的主要项目如下。1,型号型号 这是电动机的品种代号，由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号四个部分组成。普通环境下所用的电动机只有产品代号和规格代号，如图所示。大小车用绕线式电动机 起升专用绕线电 动机尾部带离心超 速开关 Y Z R 335 M -10 异步电动机 极数 起重及冶金用 机座长度代号（S短 M中 L长）绕线转子（笼型无R)机座中心高335mm 2.额定功率PN 额定功率指额定运行时电动机轴上允许输出的机械功率，单位为千瓦(）额定电压

4、额定电压指的是额定运行时定子绕组端应加的线电压，单位为伏特（）如果铭牌上有两个电压数据，则表示定子绕组在不同接法时的线电压。额定电流额定电流指的是额定运行时定子绕组端的线电流值，单位为安培（）。如果铭牌上有两个电流数据，则表示定子绕组在不同接法时的线电流。额定转速额定转速指的是额定运行时电动机的转速，单位为转分（）额定频率额定功率规定电动机所应接交流电源的频率，单位为赫兹（）。额定功率因素s表示在额定运行时定子相电压与线电流之间的相位差角。8.转子绕组额定电压EZN 转子绕组额定电压指定子绕组接额定电压，转子绕组开路时，集电环之间的电压，单位为伏特（V）。9.转子额定电流ZN 转子额定电流指额

5、定运行状态下，转子绕组短路，集电环之间流过的线电流，单位为安培（A）。10.接法 接法指的是电动机在额定电压下，定子三相绕组采用的连接方法，一般有三角形（）和星形（）两种。11.绝缘等级 绝缘等级表示电动机所用的绝缘材料的耐热等级。F级绝缘的允许极限温度是155，H级绝缘的允许极限温度是180。12.防护等级 防护等级表示电动机外壳防护的标准等级。防护等级的标志由表征字母“IP”及附加在后的两个表征数字组成，其中第一位表征数字表示外壳对人和壳内部件的防护等级，第二表征数字表示由于外壳进水而产生有害影响的防护等级。IP44中两个表征数字4分别表示“能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内”和“承受

6、任何方向的溅水应无有害影响”。13.转动惯量Jm 转动惯量是表示电动机转子转动惯性大小的物理量，单位为克米（）.14.定额 定额是一组额定值及工作条件。电动机的定额分为连续、短处、和周期工作三种。连续定额的电动机可以不受时间限制连续运行；短时定额的电动机只能在规定的持续时间限值内运行；周期工作定额的电动机长期运行于一系列完全相同的周期条件下，周期的时间为10min，标准负载持续率有15%，25%，40%和60%四种。铭牌上标明的由制造厂规定的表征电动机正常运行状态的各种数值，如功率、电压、电流、频率、转速等，称为额定值；标明的电动机的各种负载情况，包括空载、停机和断能及其持续时间和先后次序的代

7、号，称为工作制。电动机按额定值和规定的工作制运行的称为额定运行。电动机的工作制有10种，及S1S10,天车上使用的电动机一般按周期工作制S3,基准工作制为S3-40%(即工作制为S3，基准负载持续率为40%）或者S3-25%制造。负载持续率的计算公式为：N FC =100%N+R 式中 N在额定条件下运行的时间，min;R停机和断能时间，min FC负载持续率。三、天车上使用的绕线车子异步电动机的特点三、天车上使用的绕线车子异步电动机的特点 天车的工作特点是：周期性地断续运行；频繁地起动和改变运行方向，频繁地电气制动和机械制动；短时间地超负荷运行；下放重物时；经常出现超速现象；显著地机械振动和

8、冲击；工作环境多灰尘，有的还含有金属粉尘；环境温度变化范围大（-40-70C）等。天车有这些工作特点要求天车用绕线转子异步电动机具备以下特点：1、一般基准工作制为S3-40%或者S3-25%。不同有负载持续率下，电动机有功率不同。2、启动转矩倍数和最大转矩倍数大，以适应频繁的重载下启动、制动和改变运转方向，满足减少启、制动时间和经常过载的要求。3、转子的转动惯量JM较小。转子有长度和直径比较大，以得到较短的加速时间和较小的启动损耗。4、允许的最大安全转速超过额定转速的倍数较多，定子与转子均具有较高的机械强度。5、防护等级不低于IP44。四、绕线转子异步电动机的机制特性四、绕线转子异步电动机的机

9、制特性 电动机的定子绕组接通电源后所产生的电磁转矩与电动机转子速之间的关系称为电动机的机械特性，其函数方程式 为：n=f（T）。用直角坐标形式表示的关于转矩与转速关系的函数曲线，即为转子异步电动机的机械特性曲线。如图43所示。图4-3 绕线转子异步电动机的机械特性曲线 绕线转子异彩步电动机械特性曲线的横坐标以电动机的额定输出转矩与电动机额定转矩的比值表示，即以T/TN=T*（TN为额定转矩）来表示；而纵坐标则以电动机转速的相对值n*来表示，n*的计算公式为：n*=n/n。100%式中 n-电动机的转速 n。-同步转速 1、绕线转子异步电动机的固有机械特性、绕线转子异步电动机的固有机械特性 当电

10、动机的电压等于额定电压（即U=UN），频率等于额定频率（即f=fN），定子绕组按规定方法接线时，转子电路的电阻仅为转子绕组本身的电阻，这个机械特性n=f（T）称为固有特性。图4-3中曲线“5”就是电动机的固有机械特性曲线。电动机的机械特性曲线也反映电动机有启动过程。由图4-3中曲线“5”可知，n*=0时，转矩T*约为2，这个转矩被称为启动转矩 Tst，随着转速的增加，转矩T*逐渐增大，当n*约为0.6时，转矩具有最大值Tman，此时的n*称为临界转速；过临界转速点后，随着转速n*的继续增加，转矩迅速下降，直至当n*等于同步转速（n*=1.0）的时候，T*=0。临界转速与同步转速n*=（0.61

11、.0）之间的区域为绕线转子异步电动机的稳定运行区。在图4-3中的固有机械特性曲线“5”中，有两个数值相对异彩步电动机的运行具有重要意义：一个是最大转矩Tmax；另一个是启动转矩 Tst。Tmax和Tst都是异步电动机的主要性能指标。绕线转子异步电动机在正常运行时，经常会遇到冲击性负载，只要这种冲击转矩不超过电动机最大转矩，电动机仍可继续运行，而且这种短时过载也不会引起电动机剧烈发热。表征电动机能够承受冲击性负载能力的性能指标是最大转矩倍数，它是最大转矩Tmax与额定转矩TN的比值，用用KM表示，即：KM=Tmax/TN 通常异步电动机KM=（1.6 2.5）。异步电动机接通电源启动时的电磁转矩

12、称为启动转矩，以Tst表示。如Tst过小，电动机将无法启动。启动转矩Tst与额定转矩TN的比值称为启动转矩倍数，用Kst表示，即：Kst=Tst/TN Y系列小型异步电动机的启动转矩倍数为1.7 2.2，高启动转矩电动机的启动转矩倍数一般为2.2 2.8。2、绕线转子异步电动机的人工机械特性、绕线转子异步电动机的人工机械特性 图4-3中曲线“5”为不在转子回路内串接任何附加电阻情况下的机械特性曲线，称为固有机械特性曲线或自然机械特性曲线，而如果在转子回路中串接三相附加电阻，就可以使电动机的机械特性发生变化，也就是所谓的人工机械特性。图4-3中，曲线“1”“2”“3”“4”分别为电动机转子接电阻

13、R1、R2、R3、R4（R1R2R3R4）后的人工特性曲线，具有如特点：（1）串接电阻后，最大转矩没有变化，但是对应最大转矩的转速发生了变化，使得特性曲线变软。所以，在对应某一恒定的负载的情况下，由于负载转矩不变，通过改变电动机转子回路内的电阻值，可以达到调节电动机转速的目的。（2）串接电阻后，启动转矩增大，当电阻足够大时，启动转矩可等于最大转矩。若电阻更大，甚至可使最大转矩值出现在n*为负值的区域内，即出现在制动状态。因此，也可以利用在电动机转子回路中串接电阻的方法来提高电动机的启动转矩或者制动转矩。3、工作机械的负载特性、工作机械的负载特性 所谓工作机械，就是由电动机带动而运转的机械，如天

14、车的起升机构，大车和小车的运行机构等。工作机械的负载折算到电动机轴上的转矩与电动机转速之间的关系，称为工作机械的负载特性，即n*=f（TL*）。（1）起升机构的负载特性曲线。起升机构的负载特性曲线如图4-4所示（图示中的负载转矩未考虑摩擦阻力矩）n*第一象限 1 0 TL 1 -1 第四象限 图4-4起升机构的负载特性曲线 天车的起升机构无论是提升负载还是下放负载，负载转矩的大小都不随转速变化而变化（在不考虑摩擦力矩的情况下），而且负载转矩的方向始终向下，不随转速笔向的变化面变化，因此，起升机构首先是恒转矩负载（凡是负载转矩始终保持为常数，不随转速变化而变化的机械都具有恒转矩负载特性）；其次，

15、起升机构又是位能性负载（负载转矩是受重力作用而产生的，具有固定不变的方向，其方向不因转速方向的改变而改变的负载称为位能性负载）。（2）平移机构的负载特性曲线。平移机构的负载特性曲线如图4-5所示。n*1 第一象限 -1 0 1 TL 第三象限 -1 图4-5 平移机构的负载特性曲线 当天车的大、小车空载或吊物运行时，平移机构有负载转矩是平移传动机构和车轮滚动时的摩擦阻力矩之和，其负载转矩值是恒定不变的，不随电动机的转速变化而变化。但平移机构的运行方向发生改变时，负载转矩的方向也发生改变，因此，平移机构的运行方向发生改变时，负载转矩的方向也发生改变。因此。平移机构首先也同样是恒转矩负载，其次，平

16、移机构又是反抗性负载（负载转矩的作用方向总是阻碍运动的方向，随转速方向的改变而改变，这种负载称为反抗性负载）。五、电动机的各种工作状态五、电动机的各种工作状态 天车用电动机常处的工作状态有电动状态、再生制动状态、反接制动状态和单相制动状态四种。1、电动状态、电动状态 由电动机带动负载运行的状态称为电动状态。电动状态下，电动机的电能借助旋转磁场传递给转子而产生电磁转矩，再带动工作机构运转。电动状态的机械特性曲线如图4-6所示 n*1 TL 第一象限 5 4 3 2 1 -2 -1 TL 0 0.75 1 2 T*1 2 3 4 5 -1 第三象限 图4-6 电动状态的机械特性曲线 图4-6所示为

17、反抗性恒转负载电动状态的机械特性，第一象限为正电动状态，第三象限为反转电动状态；由于负载转矩TL*为反抗性负载，所以其特性曲线位于一、三象限；曲线“5”为电动机固有机械特性曲线，曲线“1”“2”“3”“4”为转子串接了外接电阻的人工机械性曲线（R1R2R3R4）；电动机械特性曲线与转速n*的交点“1”和“-1”的转速为电动机的同步转速。当天车有大、小车平移机构动行时，负载对电动机来说起阻力作用，这时，电动机把电能转化为机械能，拖动平移机构动行，并且由于转子外接电阻的不同，负载转矩TL*与电动机机械特性曲线的交点不同，从而获得不同的运行速度。电动状态下，电动机的转速低于同步转速，机械特性只出现在

18、第一象限（正转）和第三象限（反转）。2、再生制动状态、再生制动状态 从操作实践中可知，天车起升机构吊有负载，在电动机不通电时松开制动器，则负载只要克服摩擦阻力就会飞快地自由坠落，电动机转速n超过同步转速no，这是很危险的。如果松开制动器，电动机按负载下降向通电，则负载就不会坠落得那么快，这说明此时电动机有制动作用。图4-7所示为位能性恒转矩负载再生制动关系的机械特性曲线，由于负载转矩TL*为位能性负载，所以其特性曲线位于一、四象限；设定起升机构提升重物时，电动机旋转方向为正转，电动机的机械性曲线位于第一象限，下放重物时为反转，位于第三象限。第一象限 n*TL*5 1 4 3 2 -2 -1 1

19、 1 0 0.75 1 2 T*2 4 3 5 第三象限 -1 B 第四象限 A 图4-7 再生制动状态的机械特性曲线 起升机构电动机通电下放重物负载时，在负载的作用下，电动机转速n*将超过同步转速no，|n*|no|，负载转矩TL*与电动机械性曲线的交点位于第四象限，此时电动机产生制动转矩，将转速控制在“A”和“B”（|A|B|）之间，这种由负载带动电动机，使电动机异步发电的状态，称为再生制动状态。再生制动状态下，电动机转速高于其同步转速，转子电路电阻越大，其物特性曲线的斜率越大，则其转速越高。为确保安全，在再生制动时，电动机位应在外部电阻全部切除的情况下工作，此时其特性曲线的斜率最小，和串

20、接电阻后的再生制动转速比，其转速最低，最安全。3、反接制动状态、反接制动状态 起升机构电动机的反接制动状态与动行机构电动机的反接制动状态是有区别的，以下分别介绍。（1）起升机构电动机的反接制动状态。额定起重量为15t的天车把11t的重物起升到半空后（正转上升），再逐级切除电阻，这时可以看出负载上升的速度逐渐降低，当切除到还剩一级电阻的时候，负载不但不上升，反而下降，此时电动机转矩方向与其转动笔向相反，电动机处于反接制状态，其转速低于同步转速，如图4-8所示。n*TL 第一象限 5 1 4 3 2 1 0 1 2 T*A -1 第四象限 图4-8 起升机构电动机反接制状态的机械特性曲线 具有电动

21、机平衡切除电阻的起升机构广泛采用这种反接制动方式，以实现重型负载短距离的慢速下降。（2）平移机构电动机的反接制动状态。其机械性曲线如图4-9所示。n*1 TL*第一象限 B A 5 4 3 2 -2 -1 TL*1 2 0 0.75 1 2 T*C 1 3 4 5 -1 第三象限 图 4-9 平移机构电动机反接制动状态的机械特性曲线 大（或小）车平移机构在A 点（向左）稳定动行，若在此时迅速改变电动机的旋转方向，并接入全部电阻，其从特性曲线的A点直接过渡到B 点，相当于电动机先切断电源，然后反相接入电源，这种情况称为打反车。打反车时，电动机定子的电源相序改变，电动机的旋转磁场和电磁转矩方向也随

22、之改变，由于惯性，电动机转速n*未改变，电动机的转矩T*与转速n*方向相反，这种情况是另一种形式的反接制动状态，在电磁转矩和负载转矩作用下，平移机构沿着电动机反转机械特性曲线“5”向C点逼近，电动机的转速急剧下降，如果要停车，应在n*=0时，立即切断电源，否则电动机将带动平移机构反向旋转（向右运行）。在打反车时，电动机转子绕组与旋转磁场相对速度为-n0-n-2no，电动机将产生过载电流和机械冲击，严重时甚至会发生损坏事故，所以一般情况下是不允许使用的。4、单相制动状态 所谓单相制动，就是指三相绕线异步电动机定子绕组电源的一相切断，只有其余两相定子绕组接通电源的情况。如图4-10所示为电动机转子

23、串入适当软化电子后的单相制动状态的机裓特性曲线。第四象线第四象线 单相制动状态的机械特性曲线单相制动状态的机械特性曲线 三相异步电动机发生单相时，其状态与电动机原本的状态、转子回路总电子值及负载性质有很大关系。对于平移机构用的电动机来说，若电动机原本是静止的(n=0),无论转子回路的总电阻值如何，发生单相后，电动机仍静止不动，即电动机转矩为0；如电动机原本是转动的，转子回路总电阻值较小，这时电动机仍能继续转动，这是因为此时电动机转矩大于负载转矩，起带动负载的作用，但电动机的转速较低；若电动机原本是转动的，转子回路总电阻值较大，这时电动机将逐渐减速，最终停止转动，电动机的转矩此时便起制动作用。n

24、 1 0.2 1 T*2 3 1 TL*-1 对于起升机构用的电动机来说，重物原处于地面，起升前发生单相，无论转子回路总电阻值如何，电动机都不能动；若在下降过程中发生单相，则转子回路总电阻值较小时，电动机不起制动作用（重物将自由坠落），转子回路总电阻值较大时，电动机才起制动作用，制动时，需将从电源断开的那项定子绕组与仍接通电源的两项绕组中一相并联，这种制动称为单相制动。天车起升机构的电动机转子采用平衡切除电阻时，若采用单相制动，可以轻载，短距离、低速下降，与反接制动状态相比，不会出现轻载上升的问题，但在重载时会发生吊物迅速下降的重物坠落事故。六、电动机的调速原理 用人工方法改变电动机的转速称为

25、调速。绕线转子异步电动机的调速方法很多，改变转子回路电阻是常用的一种。用这种方法来调速，线路简单，并有一定的调速范围。不足之处是：串接电阻中有电能损耗，且转速越低，损耗越大；电阻越大，机械特性越软，即随着负载大小的变化，转子变化越大。空载或轻载的情况下及乎不能调速。天车用绕线转子异步电动机的调速通常就是采用改变电动机转子回路外接电阻大小的方法实现的。以大车平移机构的电动机为例，外接电阻不同时，其特性曲线如图所示。电动机的调速原理 曲线1,2,3,4，分别为转子电路接入R1，R2，R3，R4电阻时的机械特性曲线；曲线5为转子外接电阻全部切除，三相转子绕组短接后的电动机机械特性曲线（固有特性）。假

26、设负载转矩TL*=0.5T*，当电动机转子接入全部电阻时，电动机启动转矩为st（Tst=0.7T*），st TL*，即st-TL*0，故电动机的角加速大于0，电动机启动。随着转速n*的增加，电动机转矩逐渐减小，当转速增加到n1时，电动机的转矩T=0.5T*=TL*,电动机稳定运行在曲线1的A点上，其转速保持在n1。如果此时切除第一段电阻，由 于电动机转速不能跃变，而其切除第一段电阻后的人工机械特性曲线为曲线2，所以，电动机将从特性曲线 1 的 A 点直接过渡到特性曲线2到A点，而A点电动机的转矩为T1,且T1 TL*,即 T1-TL*0，故电动机的角家速度大于0，电动机的转速上升，当转速上升为

27、n2是，电动机的转矩T=0.5 T*=TL*,电动机稳定运行在曲线 2 的 B 点，其转速保持在n2.如果逐断切除电动机转子的外接电阻，电动机转子的转速也随之逐渐增加。在转子外接电阻全部切除后，电动机最后稳定运行在固有特性曲线 5 所对应的 E 点，即以n5转速稳定运行，从图上可以看出；n5n4n3n2n1。同理，如果电动机转子逐级串入电阻，相对应地，电动机将从曲线 5 的 E点沿各挡相应曲线逐步减速到 A 点上稳定运行。可见，天车的各机构就是利用电动机转子回路切除或串入不同的阻值电阻的方法来实现天车各机构调速的。43 控制器控制器 控制器是一种具有多种切换线路的控制电路，用以控制电动机的启动

28、、调速、换向和制动，以线路的连锁保护，进而使各项操作按规定顺序进行。天车上使用的控制器有凸轮控制器，主令控制器和联动控制台。凸轮控制器结构简单，外形尺寸小，工作可靠、维修方便，直接或半直接控制中小型天车平移机构、起升机构的电动机。主令控制器的触点的额定电流一般在10A以下，它是一种小型的凸轮控制器，用于切换控制屏中的接触器，断电器，对天车各机构的电动机进行间接的远距离控制。联动控制台是凸轮控制器，主令控制器等电器的组合，它可用较少的手柄制动较多的机构，操作方便，劳动强度低，一般在机构多，工作频繁的天因上采用。一、凸轮控制器 1.凸轮控制器的结构 凸轮控制器由机械部分、电器部分和防护部分三部分组成。具体结构如图：凸轮控制器的机部分由手轮、转轴、凸轮等组成；电器部分由动触头、静触头、联扳等组成：防护部分由外罩及防止弧光短路的灭弧罩等组成。2.凸轮控制器的作用 凸轮控制器的作用是控制电动机启动、制动、换向、调速；凸轮控制器与行程开关联合工作，可以限制电动机所带动的运行机构的位移，在其运行到极限位置时切断电源，防止电动机带动的运行机构的越位而发生事故。此外，凸轮控制器还具有零位保护的作用，当控制器手柄不在零位时，如果切断电源以后重新送电，电动机不会突然转动，从而避免发生事故。