起重机应用毕业论文.doc

昆明工业职业技术学院毕业（专业技术）论文关于大功率可控硅无触点接触器在桥式起重机上的应用文献综述姓 名： 秦继林 学 号： 2010116533 系 部： 冶金机电 专 业： 2010机电（夜大班） 年 级： 2010冶金机电 指导教师： 陶智仁 职 称： 高级讲师 关于大功率可控硅无触点接触器在桥式起重机上的应用文献综述一、研究的目的及实际的意义起重运输机械应用于社会生产、商品流通和日常生活的各个领域。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，起重运输机械在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大。近年来国外一些专家指出，起重运输工程技术是现代化工业中最薄弱，最迫切需要解决的领域之一，但也是最具潜力，最有发展前途的领域之一。正是由于起重运输机械使用的广泛性、基础性和重要性，。因此起重运输机械在我国的国民经济发展中起着越来越重要的作用，为了避免发生不必要的意外，带来不必要的麻烦和事故，这样自己受罪不说，家人和亲戚朋友也同样受到心灵上的伤害，对起重机进行一些改善就誓在必行了。二、研究的主要观点和研究的方法利用双向可控硅能导通交流电的原理，用极小的电流触发，但能控制几百安，上千伏的电压，这一特征，来解决行车（桥式起重机）因接触器通断大电流而被电流烧坏的故障。因为这一故障是很频繁的，对行车的正常运行和生产效率的提高是一个很大的障碍。如果这一研究课题得以实现，对社会的经济效益是很明显的。三、参考文献黄继昌：常用电子元器件实用手册人民邮电出版社。2008年版杨春燕：新特电子无器件应用手册福建科学技术出版社。2007年版龚华生：元器件自学通电子出版社。2008年版张忠夫:机电传动与控制,机械工业出版社。2001年版目录一行业概况二:起重机在实际运行中存在的问题（现况把握） （1）（一） 产品性能不稳定 （2）（二） 产品安全性差 （3）（三） 配套件供应不能满足要求 （4）三:起重机存在问题的原因(原因分析) （5）（一）原因分析 （6）（二）设想的对策（用无触点开关来代替接触器） （7）四:无触点开关（可控硅）的认识 （6）（一）可控硅的概念和结构 （6）（二）晶闸管的主要工作特性 （6）（三）可硅控的关断条件（6）（四）双向可控硅（5）（五）双向可控硅参数符号（5）（六）双可硅控的关断条件（4）（七）双向可控硅典型应用（5）五:起重机存在问题的解决方法(施实对策) （6）（一）现有行车的电路 （7）（一）改善后的行车电路 （5）六：结束语 （5）参考文献 （6）关于大功率可控硅无触点接触器在桥式起重机上的应用【摘要】起重运输机械在我国的国民经济发展中起着越来越重要的作用，为了避免发生不必要的意外，带来不必要的麻烦和事故，这样自己受罪不说，家人和亲戚朋友也同样受到心灵上的伤害，对起重机进行一些改善就誓在必行了。起重机有这样那样的问题，我们不可能一一都能解决，我们只能从一方面入手或者说从其中的一个小问题入手来解决一点力所能及的问题。这就是我今天要研究的课题：就是用无触点开关来代替接触器控制行车运行，就是把现有的行车的接触器用双向可控硅来实现电路的能断能力，从而解决现在行车的一个重大问题，但这只是一个设想！世上只有想不到的，没有做不到的。只要我们肯努力就一定能实现。【关键词】: 可控硅 无触点 应用 行车车改造 对策关于大功率可控硅无触点接触器在桥式起重机上的应用一行业概况 起重运输机械应用于社会生产、商品流通和日常生活的各个领域。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，起重运输机械在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大。近年来国外一些专家指出，起重运输工程技术是现代化工业中最薄弱，最迫切需要解决的领域之一，但也是最具潜力，最有发展前途的领域之一。正是由于起重运输机械使用的广泛性、基础性和重要性，使许多工业发达国家把起重运输技术作为发展重点之一。而国际市场需求量的不断增长更促进了这一领域的发展。我国国民经济的发展也离不开起重运输机械，各行各业的发展，都需要采用大量多品种、高质量、高可靠性的起重运输机械。例如，发电厂的输煤系统、交通运输的装卸系统、冶金行业的物料搬运系统、汽车工业的自动化输送线和AGV系统、机械工业CIMS、FMS中的自动搬运系统和自动化立体库、商业部门的商品配送和集散系统、机场车站和邮电部门的行包自动分拣和输送系统等。因此起重运输机械在我国的国民经济发展中起着越来越重要的作用起重机在我们生活中不常用到，也不常说，但在有些地方却经常见像集装箱工厂，码头，港口，土地改造，等地方却可以随时看的到，起重机主要用在大型的重载物，建筑工程，土木建设工程，港口的重载物，和装卸作业，起重机的种类有很多种，用于不同行业的起重机，门式起重机，桥式起重机，塔式起重机，单梁起重机，汽车起重机。起重机的用途有很多，尤其是吊载那些非常重的东西，那真的可是力大无穷呀，人是不能和他相比的，常常在港口呀，大的建筑无建造时，起重机发挥了非常大的作用，那些大大的重重的箱子，货物等所要重量级的，人提不动，很多人抬也抬不动的，还有就是大的建筑工程，不管是要拆掉大的建筑群，还是重建大的建筑群，因为太大太高，人是无法够得着，或是登上去太危险，或是建筑时一些东西，需要拿到很高层，而人又不能及时拿到或是拿不了，港口的集装箱装船，卸船时，又是需要这个大力士来完成，也只有这个大力士能解决了，只需要有人操作，按动需要上，需要下的按钮，或是把好上面的方向盘，它就可以上下左右自由摆动了，想想这些人不能完成的东西，或是在一定限度上，人不能完成的！ 见起重机的出现给我们的生活中带来了很大的方便，给那些需要他的地方带来了很大的创造利益，但是任何东西，有利必有弊呀，由于起重机是个较为庞大的物体，在起重机作业时所占空间也是很大的，所以除非工作作业人员在现场，其他无相关人员最好不要轻易走到附近或是施工现场，以免发生不必要的意外，带来不必要的麻烦和事故，这样自己受罪不说，家人和亲戚朋友也同样受到心灵上的伤害！ 二:起重机在实际运行中存在的问题（现况把握）（一） 产品性能不稳定 是设计、制造、安装和使用存在问题的综合反映。多种零部件性能与质量不过关，难以使整机水平提高。电气控制功能少、性能不高、可靠性低，频繁使用经常发生故障。起制动性能不好，影响操作。传动部件噪音大、寿命短、缺乏自动保护与维护功能。产品装配质量不过关，根据可靠性考核结果，近30故障是由装配质量问题引发的。司机室操纵设备与设施比较简陋，司机操作视野差、易疲劳、容易误操作引发故障。起重运输机械整体造型、焊接与制造的外观质量、油漆等都存在差距。此外产品品种规格不全，有时造成用户的不合理选用，从而引起故障频繁。（二） 产品安全性差 与国外产品相比，我国大多数起重运输机械缺少运行自动记录装置，无法给用户提供准确信息对起重运输机械及时维护、按时检修、到时报废。因而使起重运输机械带病运行、超寿命运行现象大量存在，极易造成事故隐患。此外，现有的安全保护装置可靠性差，运行不久就性能下降，精度超标，故障频繁，甚至影响起重运输机械正常作业，许多用户只能将安全保护装置短接，起重运输机械失去安全保护作用，会带来不良后果。因此应更加关注起重运输机械在长期运行过程中如何使安全保护装置稳定有效地工作，例如“黑匣子”技术、在线监视技术和报警系统的完善是降低起重运输机械事故的关键（三） 配套件供应不能满足要求首先是电气元器件及电控设备，其次是机构零部件如减速器、钢丝绳等技术性能落后，质量不过关。异形钢材、薄壁型材等原材料供应短缺，影响整机设计所需零部件和材料的选用，使整机水平难以提高。其中除了起重运输机械行业自己能够解决的外，还有许多方面需要其它部门协助解决。三:起重机存在问题的原因(原因分析)（一） 原因分析起重机有这样那样的问题，我们不可能一一都能解决，我们只能从一方面入手或者说从其中的一个小问题入手来解决一点力所能及的问题。天车在行驶的时候，接触器频繁的动作，大电流的通断，对接触器的触点影响很大，好一点的接触器几个月就要更换一次，差一点的接触器一个星期就被烧坏了，这样的情况一般来讲只会影响到生产，但是如果接触器触点被大电流烧得粘连在一起，事故就来了，因为这种情况之下，即使操作人员停止操作设备，行车还是不会停止，小则撞坏设备，大则出现工伤事故，这是我们不想看到的结果，现在的行车大部份都是使用接触器通断电路或是接触器切除电阻来控制行车的，很少用到变频器，不过使用变频器是未来的方向。这是个过程，在这个过程没有完成之前，有没有一种好的办法来防止接触器被烧粘连而发生的工伤事故呢？（二）设想的对策（用无触点开关来代替接触器）这就是我今天要研究的课题：就是用无触点开关来代替接触器控制行车运行，就是把现有的行车的接触器用双向可控硅来实现电路的能断能力，从而解决现在行车的一个重大问题，但这只是一个设想！世上只有想不到的，没有做不到的。只要我们肯努力就一定能实现。四:无触点开关（可控硅）的认识在对策施实前，先让我介绍一下可控硅的原理，这样更有助我们对无触点开关的了解，和对这个课题认识。(一)可控硅的概念和结构晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极图2(a)：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号图2(b)可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。（二）晶闸管的主要工作特性为了能够直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢? 这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。晶闸管的特点： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。（三）可硅控的关断条件由于可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表1表1 可控硅导通和关断条件状态 条件 说明从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通 1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可2、基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图2图2 可控硅基本伏安特性（四）双向可控硅双向可控硅又称为双向晶闸管普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意1：构造原理尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A600V)、 BCM3AM(3A600V)、2N6075(4A600V)，MAC218-10(8A800V)等。大功率双向晶闸管大多采用RD91型封装。双向晶闸管的主要参数见附表。双向晶闸管的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。 2：检测方法下面介绍利用万用表RX1档判定双向晶闸管电极的方法，同时还检查触发能力。1.判定T2极由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，GT1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。 ，另外，采用TO220封装的双向晶闸管，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。2区分G极和T1极(1)找出T2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。(2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G短路，给G极加上负触发信号，电阻值应为十欧左右，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态。(3)把红表笔接T1极，黑表笔接T2极，然后使T2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为十欧左右，与G极脱开后若阻值不变，则说明管子经触发后，在T2一T1方向上也能维持导通状态，因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符，需再作出假定，重复以上测量。显见，在识别G、T1，的过程中，也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪种假定去测量，都不能使双向晶闸管触发导通，证明管于巳损坏。对于lA的管子，亦可用RXl0档检测，对于3A及3A以上的管子，应选RXl档，否则难以维持导通状态。 （五）双向可控硅参数符号参数符号说明: IT(AV)-通态平均电流 VRRM-反向重复峰值电压IDRM-断态重复峰值电流 ITSM-通态一个周波不重复浪涌电流VTM-通态峰值电压IGT-门极触发电流 VGT-门极触发电压IH-维持电流 dv/dt-断态电压临界上升率di/dt-通态电流临界上升率 Rthjc-结壳热阻 VISO-模块绝缘电压 Tjm-额定结温 VDRM-通态重复峰值电压IRRM-反向重复峰值电流 IF(AV)-正向平均电流 （六）双可硅控的关断条件双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约为1V。双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。（七）双向可控硅典型应用双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器(SSR)和固态接触器电路中。图5是由双向晶闸管构成的接近开关电路。R为门极限流电阻，JAG为干式舌簧管。平时JAG断开，双向晶闸管TRIAC也关断。仅当小磁铁移近时JAG吸合，使双向晶闸管导通，将负载电源接通。由于通过干簧管的电流很小，时间仅几微秒，所以开关的寿命很长.过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸收网络)。当加上输入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发，将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小、无触点、噪音低、抗干扰能力强，吸合、释放时间短、寿命长，能与TTLCMOS电路兼容，可取代传统的电磁继电器。四:起重机存在问题的解决方法(施实对策)（一）现有行车的电路现在我们对可控硅特别是双向可控硅有了一个了解，设想一下，我们把双向可控硅来代替接触器如下图：（二）改善后的行车电路现在我们以控制小车运行为例说明双向可控硅在行车上的应用，小车电机3M是一个4KW绕线型交流电机，分别有3K1控制其正转，3K2控制其反转，现在我们在3L1、3L2、3L3三条主电源线上接三个25A双向可控硅（原来的接触器是20A的）来代替20A的交流接触器来控制小车的运行，SB1和SB2分别控制小车正反转并且是连锁功能，现在我们按下SB1（SB1和SB2分别是一个三对触点的按钮，这样可以同时接通三个双向可控硅）这时3KM1双向可控硅组就被同时触发，3M电动机正转，小车向东运行。当松开SB1按钮，这时就等于没有了触发电压，交流电过零时，可控硅自行断开，小车停止运行。同样道理，按下SB2，3KM2可硅组被触发成功，3M电机反转，小车向西运行。松开SB2按钮，3KM2可控硅组没有了触发电压，根据双向可控硅可关断条件，交流电压过零时自行关断。小车停止运行。这只是理论上可行，实际上还没做类似的实验，不过我做过单个可控硅接交流电的实验，和上述的动作原理是一样的，所以我就设想把三个双向可控硅并联在一起来代替三相交流接触器。如果可行，就可以推广到行车所有用到交流接触器的电路上去。四：结束语现代的技术日新月异，用现有的技术对旧有的设备进行改善，一：能大幅提高设备的效率，二：对旧设备进行改善可以节省能耗，从而保护了环境。三：对旧有设备的的改善在一定程度上降低了成本，而不用把旧设备报废，经过改善后使旧设备达到现在使用的要求。通过对旧设备的改善可以提高我们对设备的认识，提高我们的业务能力，使我们能最大程度为社会服务。参考文献黄继昌：常用电子元器件实用手册人民邮电出版社。2008年版杨春燕：新特电子无器件应用手册福建科学技术出版社。2007年版龚华生：元器件自学通电子出版社。2008年版张忠夫:机电传动与控制,机械工业出版社。2001年版致谢：曾经帮助过我陶智仁老师、张刚老师以及辅导过我的所有老师。13