起重机的电气控制系统

起重機的電氣控制系統

起重機鋼結構負責載荷支承；起重機機構負責動作運轉；起重機機構動作的起動、運轉、換向和停止等均由電氣或液壓控制系統來完成，為了起重機運轉動作能平穩、準確、安全可靠是離不開電氣有效的傳動、控制與保護。

1.起重機電氣傳動

起重機對電氣傳動的要求有：調速、平穩或快速起制動、糾偏、保持同步、機構間的動作協

調、吊重止擺等。其中調速常作為重要要求。

一般起重機的調速性能是較差的，當需要準確停車時，司機只能採取“點車”的操縱方法，如果“點車”次數很多，不但增加了司機的勞動強度，而且由於電器接電次數和電動機起動次數增加，而使電器、電動機工作年限大為縮短，事故增多，維修量增大。

有的起重機對準確停車要求較高，必須實行調速才能滿足停准要求。有的起重機要採用

程式控制、數控、遙控等，這些技術的應用，往往必須在實現了調速要求後，才有可能。

由於起重機調速絕大多數需在運行過程中進行，而且變化次數較多，故機械變速一般不太

合適，大多數需採用電氣調速。電氣調速分為二大類：直流調速和交流調速。

直流調速有以下三種方案：固定電壓供電的直流串激電動機，改變外串電阻和接法的直流調速；可控電壓供電的直流發電機———電動機的直流調速；可控電壓供電的晶閘管供電———直流電動機系統的直流調速。直流調速具有超載能力大、調速比大、起制動性能好、適合頻繁的起制動、事故率低等優點。缺點是系統結構複雜、價格昂貴、需要直流電源等。

交流調速分為三大類：變頻、變極、變轉差率。

調頻調速技術目前已大量地應用到起重機的無級調速作業當中，電子變壓變頻調速系統

的主體———變頻器已有系列產品供貨。

變極調速目前主要應用在葫蘆式起重機的鼠籠型雙繞組變極電動機上，採用改變電機極

對數來實現調速。

變轉差率調速方式較多，如改變繞線非同步電動機外串電阻法、轉子晶閘管脈衝調速法等。

除了上述調速以外還有雙電機調速、液力推動器調速、動力制動調速、轉子脈衝調速、蝸流

制動器調速、定子調壓調速等等。

2.起重機的自動控制

可編程序控制器———程式控制裝置一般由電子數字控制系統組成，其程式自動控制功能主要由可編程序控制器來實現。

自動定位裝置———起重機的自動定位一般是根據被控對象的使用環境、精度要求來確定裝置的結構形式。自動定位裝置通常使用各種檢測元件與繼電接觸器或可編程序控制器，相互配合達到自動定位的目的。

大車運行機構的糾偏和電氣同步———糾偏分為人為糾偏和自動糾偏。人為

糾偏是當偏斜超過一定值後，偏斜信號發生器發出信號，司機斷開超前支腿側的電機，接通滯後支腿側的電機進行調整。自動糾偏是當偏斜超過一定值時，糾偏指令發生器發出指令，系統進行自動糾偏。電氣同步是在交流傳動中，常採用帶有均衡電機的電軸系統，實現電氣同步。

地面操縱、有線與無線遙控———地面操縱多為葫蘆式起重機採用，其關鍵部件是手動按鈕

開關，即通常所稱的手電筒門。有線遙控是通過專用的電纜或動力線作為載波體，對信號用調製解調傳輸方式，達到只用少通道即可實現控制的方法。無線遙控是利用當代電子技術，將資訊以電波或光波為通道形式傳輸達到控制的目的。

起重電磁鐵及其控制———起重電磁鐵的電路，主要是提供電磁鐵的直流電源及完成控制（吸料、放料）要求。其工作方式分為：定電壓控制方式和可調電壓控制方式。

3.起重機的電源引入裝置

起重機的電源引入裝置分為三類：硬滑線供電、軟電纜供電和滑環集電器。硬滑線電源引入裝置有裸角鋼平面集電器、圓鋼（或銅）滑輪集電器和內藏式滑觸線集電

器進行電源引入。

軟電纜供電的電源引入裝置是採用帶有絕緣護套的多芯軟電線製成的，軟電纜有圓電纜

和扁電纜二種形式，它們通過吊掛的供電跑車進行引入電源。

4.起重機的電氣設備與電氣回路

不同類型的起重機的電氣設備是多種多樣的，其電氣回也不一樣，但電氣回路基本上還是由主回路、控制回路、保護回路等組成。在這裏不必一一介紹，只簡要地介紹一下電動起重機的典型產品通用橋式起重機的主要電氣設備和基本

電氣回路。

1).通用橋式起重機的電氣設備

通用橋式起重機的電氣設備主要有各機構用的電動機、制動電磁鐵、控制電器和保護電

器。

電動機橋式起重機各機構應採用起重專用電動機，它要求具有較高的機械強度和較

大的超載能力。應用最廣泛的是繞線式非同步電動機，這種電動機採用轉子外接電阻逐級起動

運轉，既能限制起動電流確保起動平穩，又可提供足夠的起動力矩，並能適應頻繁起動、反轉、制動、停止等工作的需要。要求較高容量大的場合可採用直流電動機，小起重量起重機，運行機構中有時採用鼠籠式電動機。

繞線式電動機型號為JZR;JZR2和JZRH和YZR系列電動機。

鼠籠式電動機型號為JZ;JZ2和YZ系列電動機。

制動電磁鐵制動電磁鐵是各機構常閉式制動器的打開裝置。起重機常用的打開裝置

有如下四種：單相電磁鐵（MZD1系列）、三相電磁鐵（MZS1系列）、液壓推動器（TY1系列）和液壓電磁鐵（MY1系列）。

操作電器又稱為控制電器，它包括控制器、接觸器、控制屏和電阻器等。

主令控制器主要用於大容量電動機或工作繁重、頻繁起動的場合（如抓鬥操

作）。它通常與控制屏中相應的接觸器動作，實現主電動機的正、反轉、制動停止與調速工作。其常用型號為LK4系列和LKI4系列。

凸輪控制器主要用於小起重量起重機的各機構的控制中，直接控制電動機的正、反轉和停止。要求控制器具有足夠的容量和開閉能力、熄弧性能好、觸頭接觸良好、操作應靈活、輕便、檔位清楚、零位手感明確、工作可靠、便於安裝、檢修和維護。常用型號為KT10和KT12系列。

電阻器在起重機各機構中用於限制起動電流，實現平穩和調速之用。要求應有足夠的導

電能力，各部分連接必須可靠。

保護電器橋式起重機的保護電器有保護櫃、控制屏、過電流繼電器、各機構的行程限

位、緊急開關、各種安全聯鎖開關及熔斷器等。對於保護電器要求保證動作靈敏、工作安全可靠、確保起重機安全運轉。

2).電氣回路

橋式起重機電氣回路主要有主回路、控制回路及照明信號回路等。

（1）主回路直接驅使各機構電動機運轉的那部分回路稱為主回路，如圖2-18所示。它

是由起重機主滑觸線開始，經保護櫃刀開關1QS保護櫃接觸器主觸頭，再經過各機構控制器

定子觸頭至各相應電動機，即由電動機外接定子回路和外接轉子回路組成。

（2）控制回路橋式起重機的控制回路又稱為聯鎖保護回路，它控制起重機總電源的接通

與分斷，從而實現對起重機的各種安全保護。由控制回路控制起重機總電源的通斷，原理如圖2-19所示。左邊部分為起重機的主回路，即直接為各機構電動機供電並使其運轉的那部分

電路。右邊部分則為起重機的控制回路。從圖2-19中可知，在主回路刀開關1DK 推合後，

控制回路於A;B處獲得接電，而主回路因接觸器KM主觸頭分斷未能接電，故整個起重機各

機構電動機均未接通電源而無法工作。因此，起重機總電源的接通與分斷，就取決於主接觸器主觸頭KM的接通與否，而控制回路就是控制主接觸器KM主觸頭的接通與分斷，也就是控制起重機總電源的接通與分斷，故把這部分控制主回路通斷的電路稱之為控制回路。

控制回路的組成如圖2-19所示，控制回路由三部分組成：①號電路零位起動部分電

路、②號電路限位保護部分電路和③號電路聯鎖保護部分電路。在①號電路內包括起升、小

車、大車控制器的零位觸頭（它們分別用SCH O、SCSO、SCLO表示）和起動按鈕SB；在②號電路內包括起升、小車和大車限位器的常閉觸頭（它們分別用SQ H、SQS1、SQS2、SQL1、SQL2表示）；在③電路中包括主接觸器KM的線圈、緊急開關SE、端梁門開關SQ1、SQ2及各過電流繼電器FA0、FA1、FA2、FA3、FA4的常閉觸頭。①號電路與②號電路通過主接觸器KM之常開聯鎖觸頭KM1、KM2並接後與③號電路中串聯接入電源而組成一個完整的控制回路。

控制回路的工作原理

a.起重機零位起動由圖2-19所示，當保護櫃刀開關1DK推合後，在控制回路中，由於KM1和KM2未閉合而只有①號電路和③號電路串聯並通過熔電器FU1和FU2接於電源之A、B兩點。只要各機構控制器手柄置於零位，即非工作位置，此時SCH O、SCSO、和SCLO各控制器零位觸頭閉合，各安全開關S E、CQ1、CQ2和FA1—FA4之觸頭都處於正常閉合狀態，此時按下起動按鈕SB，則主接觸器KM之線圈構成閉合回路接電而將其主觸頭吸合，遂將起重機總電源接通。

b.起重機電源接通的自鎖原理在按下起動按鈕SB接觸器吸合接通總電

源同時，接觸

器KM的常開聯鎖觸頭KM1和KM2將隨之閉合，遂將包括各機構限位器常閉觸頭在內的②號電路與①號電路並接於控制回路中，故當起動按鈕SB脫開使①號電路分斷後，因有②號電

路取代①號電路並與③號電路串聯而使接觸器KM線圈持續通電吸合，故其主、副觸頭保持

閉合狀態，使起重機總電源保持接通狀態，從而實現起重機供電聯鎖作用。這時，扳動起重機各機構控制器手柄置於工作位置，則起重機即可產生相應動作。由於

各機構限位觸頭接在②號電路中，故可起到相應的限位保護作用。

c.零壓保護起重機總電源為保護櫃中主接觸器的通斷所控制，當電源供電電壓較低時（低於額定電壓的85%），因電磁拉力小，主接觸器KM的靜鐵芯不能吸合動鐵芯，其主、副觸頭就不能閉合，即不能合閘（或工作時掉閘），從而可實現欠電壓保護。

d.零位保護從圖2-19所示,①號電路中各控制器零位觸頭SCH O、SCSO、SCLO任一個不閉合（即其控制器手柄置於工作位置時），按下起動按鈕SB，控制回路因此在此處分斷而不能形成閉合回路，無法使接觸器通電吸合，故起重機不能起動。這就避免了在控制器手柄置於工作位置時接通電源而發生危險動作所造成的危害。故對起重機起到零位保護作用。

e.各電動機的超載和短路保護在控制回路的③號電路中，串有總過電流繼電器和保護各電動機的過電流繼電器常閉觸頭，當起重機因超載、某電動機超載、發生相間或對地短路時，

強大的電流將使其相應的過電流繼電器動作而頂開它的常閉觸頭，使接觸器KM 的線圈失

電，導致起重機掉閘（接觸器釋放），從而實現起重機的超載和短路保護作用。

f.各機構的限位保護起重機起動且按鈕SB脫開後的控制回路原理圖如

圖2-20所示。此時②號電路取代①號電路而接入控制回路中，保護主接觸器持續通電吸合。當某機構

控制器手柄置於工作位置時，如起升機構吊鉤上升，此時之控制回路原理圖如2-21所示。這

時起升控制器上升方向聯鎖觸頭SCH1閉合（下降方向聯鎖觸頭SCH2斷開），只串有上升限

位器SQH常閉觸頭的這一分支電路與L2（V2）相接而使主接觸器通電閉合，當吊鉤升至上極

限位置而將上升限位器SQH常閉觸頭撞開時，則控制回路斷開而使主接觸器KM 線圈失電

釋放，導致主回路斷電，電動機停止運轉，吊鉤停止上升，起到上升方向的限位保護作用。

如欲使吊鉤下降，重新工作，則必須將各機構控制器手柄複位回零，重新起動。起升控制器手柄扳向下降方向，吊鉤下降，上升限位器釋放而使其觸頭恢復常閉狀態，以備吊鉤再次升時限位保護之用。同理可實現下降、大車、小車相應各方向的行程端限位保護。

g.緊急斷電保護從圖2-19中可知，緊急開關SE的常閉觸頭串於③號電路中，當遇有

緊急情況而需要立即斷電時，則司機可順手將置於其操作下方的緊急開關扳動即可打開其常

閉觸頭，使③號電路斷開而導致主接觸器失電釋放，切斷起重機總電源，實現緊急斷電保護。

i.各種安全門開關聯鎖保護在控制回路的③號電路中，串有司機門聯鎖開關SQ1、艙口門開關SQ2、端梁門開關SQ3和SQ4的常閉觸頭，這些門任何一個打開，均會使控制回路分斷而無法合閘（或掉閘），從而可實現對橋上工作的司機、檢修人員的保護，免受起重機意外的突然起動所造成的危害。

j.起重機的超載保護在控制回路中，串入超載限制器的常閉觸頭，當起