起重机PQR控制原理.docx

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起重机PQR控制原理

铁岭清河钢厂出事故起重机采用的是我国第一机械工业部组织起重行业在20世纪70年代统一设计的PQR6402控制屏，原图如下。

       0档。

只有在0档时才能启动，此时零位继电器LYJ的线圈才能得电，零位继电器LYJ的线圈得电后，零位继电器的常开触点闭合，同时零位继电器LYJ自保。

 下降1档。

     当主令控制器的手柄扳至下降1档时，上升接触器线圈ZC、继电器1JFC、2JFC线圈得电，可以看出，下降一档起升电动机是上升方向接触器触点接通，同时切除两段电阻，但此时制动器接触器线圈ZDC未得电，所以从0档到下降1档起升电动机是不能转动的。

 下降2档。

 当主令控制器手柄扳至下降2档时，上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，所以电动机向上转动，吊钩向上；继电器1JFC得电，只切除第一段电阻。

下降3档。

   当主令控制器手柄扳至下降3档时，上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，所以电动机还是向上转动，吊钩还是向上；切除电阻的继电器都不得电，也就是说在下降3档时不切除电阻，全电阻运行。

      从上面的分析可知，①下降1、2、3档都是向上方向接触器通电，其中下降1档因为制动器未打开，电机无法转动，下降2、3档时制动器打开，起升电机都是向上方向转动；②下降1档时切除两段电阻，下降2档时只切除第1段电阻，下降3档时不切除电阻。

     留下问题：

①为什么在下降1档，电机通电，制动器却不通电呢？

                        ②为什么要设置成下降1、2、3档时电机却向上方向运行呢？

                        ③为什么从下降1档到下降3档，电阻是从切除两段电阻到只切除第一段再到不切除电阻呢？

①这叫带闸启动，启动时，防止电机磁场未建立之前，制动器打开，造成溜钩；

②下降1、2、3档时是倒拉反接制动。

①下降1档的确是带闸启动，就是电机先得电，制动器后开闸，目的是为了防止溜钩。

但这种带闸启动也有其缺点，因为通电瞬间，制动器还未打开，电机却已经有了电磁转矩，所以加大了启动电流，也延长了启动电流的存在时间，同时也使制动闸瓦摩擦较为严重，减少了制动器寿命。

第二个作用：

重物在空中时，由下降各档回零位停车时，必然要经过下降1档，那么此时制动器先抱闸，到零档电机再失电。

这也可以实现下降停车时制动器先下闸，电机后失电防止溜钩。

②下降123档，上升方向接触器ZC得电。

其中，下降1档带闸启动，无法运行；下降23档，轻载时上升方向电动运行，重载时下降方向倒拉反接制动运行。

③这是因为电气制动下降时，转子内的外接电阻大，转子电流小，起制动作用的电磁转矩小，稳定运行速度大。

所以这是为了让下降速度逐步增大。

下降第一档为强力档切除2段电阻，这时ZC接通使电动机先建立正向磁场，电机已有了电磁转矩，为下2档做准备，第一档使用不能时间太长，否则电机因憋车而烧掉。

第二档切除1段电阻，电机电磁转矩为正这时如果电机吊有重物，产生的负载转矩将大于电机的电磁转矩，这时电机将进入反接制动状态，第三档电阻全部串入电机转子，将使电机特性变得更软，下降速度将加快一些。

 下降4档。

    当主令控制器的手柄扳至下降4档时，下降接触器线圈FC、制动器接触器线圈ZDC、继电器1JFC、2JFC线圈得电。

所以，下降4档起升电动机是下降方向接触器触点接通，同时切除两段电阻，此时制动器接触器线圈ZDC得电，所以下降1档起升电动机是向下方向转动的。

 下降5档。

   和下降4档相比，下降5档就增加切电阻继电器1JFC接通，多切除一段电阻。

其余都无改变。

 下降6档。

   和下降5档相比，切除电阻继电器2JFC、3JFC、4JFC也接通，至此起升电机外接电阻全部切除。

 上升1档。

   上升1档和下降2档一样，上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；继电器1JFC得电，只切除第一段电阻。

 上升2档。

  上升2档时上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；切除电阻的继电器1FJC、2FJC都得电，也就是说在上升2档时切除两段电阻运行。

 上升3档。

  上升3档时上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；切除电阻的继电器1FJC、2FJC、1JSC都得电，也就是说在上升3档时切除三段电阻运行。

 上升4档。

  上升4档时上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；切除电阻的继电器1FJC、2FJC、1JSC、2JSC都得电，也就是说在上升4档时切除四段电阻运行。

 上升5档。

  上升5档时上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；切除电阻的继电器1FJC、2FJC、1JSC、2JSC、3JSC都得电，也就是说在上升5档时切除五段电阻运行。

 上升6档。

   上升6档时上升方向接触器线圈ZC、制动器接触器线圈ZDC得电，电动机向上转动，吊钩向上；切除电阻的继电器1FJC、2FJC、1JSC、2JSC、3JSC、4JSC都得电，也就是说在上升6档时切除全部外接电阻运行。

1、切电阻继电器4JSC有个常闭辅助触点4JSC（21、22）在向上方向接触器ZC线圈电路上，这是为什么呢？

从前面的分析可知，如果继电器4JSC线圈得电的话，就意味着转子电路的电阻已经全部切除完毕，此时常闭辅助触点4JSC（21、22）是处于断开状态，而触点ZC（13、14）是常开触点。

这样设置的目的是防止正向接触器ZC得电，因为如果这时通电的话，转子电路已无电阻，启动电流会很大，有可能损坏电机。

2、现在来看看触点FC（21、22）和4JSC（11、12）的作用，为什么要和切电阻继电器1JSC这路电连在一起呢？

从前面的分析可知，在下降6档时电机转子电路已经将全部电阻切除，而在此时，电机处于再生发电制动状态，下降速度是最小的，也是稳定的速度，如果此时万一继电器线圈4JSC失电的话，那么就要电机转子线路就要串入一个大电阻，则下降速度变得很快，很可能造成电动机损坏。

所以触点FC（21、22）和4JSC（11、12）的作用就是在下降6档再生发电制动运行时，防止继电器线圈4JSC失电而串入一个大电阻导致电动机损坏。

那么为什么此时串入一个大电阻电动机的转子速度会变得很快呢？

因为电机处于再生发电制动状态的话，定子旋转磁场切割转子道题的方向和电动方向相反，则电磁力矩的方向也和电动状态相反，电磁力矩的方向和电机的旋转方向相反，也就是说，此时电磁力矩是制动力矩。

再生发电状态电机转子转速要比同步转速要高，如果在此时串入一个大电阻的话，则转子绕组中电流要迅速减小，电磁力矩即制动力矩也要减小，所以转子转速要变得非常快，可能要损坏电机。

 PQR6402存在隐患，就是启动运行后制动器的接触器自锁。

分析如下：

①向上方向接触器线圈ZC得电后，向上方向接触器的常开触点ZC（17、18）闭合，所以制动器接触器线圈ZDC得电，制动器开闸；同时制动器接触器的常开触点ZDC（17、18）闭合，短接了向上、向下接触器的常开触点ZC（17、18）和FC（17、18）。

此时，向上、向下接触器的线圈即使失电，仍然不能使制动器线圈ZDC失电，制动器依旧处于开闸状态，制动器接触器自锁。

②向下方向接触器线圈FC得电后，向下方向接触器的常开触点FC（17、18）闭合，所以制动器接触器线圈ZDC得电，制动器开闸；同时制动器接触器的常开触点ZDC（17、18）闭合，短接了向上、向下接触器的常开触点ZC（17、18）和FC（17、18）。

此时，向上、向下接触器的线圈即使失电，仍然不能使制动器线圈ZDC失电，制动器依旧处于开闸状态，制动器接触器自锁。

综上所述，如重物正在空中停留，下面三种情况将发生重物自由落体下降事故：

①上升方向1～6档，此时电机向上方向转动，如此时上升方向控制电源或动力电源出现故障而失电，上升方向失去动力，制动器却不能抱闸，重物便自由落体运动；

②下降方向2～3档，此时电机向上方向转动，如此时上升方向控制电源或动力电源出现故障而失电，上升方向失去动力，制动器却不能抱闸，重物便自由落体运动；

③下降方向4～6档，此时电机向下方向转动，如此时下降方向控制电源或动力电源出现故障而失电，下降方向失去动力，制动器却不能抱闸，重物便自由落体运动。

还有一点，如果正向或反向接触器接通时，万一电机的定子或转子线圈断两相的话，也会发生重物自由坠落。

还漏了一个隐患点。

吊重在空中停留时，如果向上接触器的辅助常开触点ZC（11、12）不闭合的话，主令控制器手柄直接扳到下降4、5、6档的话，也会发生重物自由落体运动。

分析如下：

主令控制器手柄直接扳到下降4、5、6档，必然要经过下降2、3档，那么向上接触器线圈ZC得电，那么ZC的辅助常开触点ZC（17、18）会使制动器接触器线圈ZDC得电，这时候制动器是开闸的。

档位到了下降456档后，由于ZC（11、12）不闭合，所以向下接触器线圈FC不得电，电动机失去驱动力，而制动器又是打开的，所以重物将自由落体。

上面分析可知，PQR6402存在5种情况可能导致重物在空中自由坠落事故。

那么为什么会存在这样的隐患呢？

我想主要原因就在于上世纪70年代的技术落后。

其实这个控制屏还有很多在用的，这也表明我国起重机械电控行业的发展不足。

那为什么要这么设计呢？

从图中可以看正反向接触器的两个常闭辅助触点ZC（11、12）和FC（11、12）是为了防止相间短路，也就是说正反向接触器最多只能有一个接触器得电，即正反向接触器互锁；而从下降3档切换到下降4档（从下降4档切换到下降3档亦然）是向上方向接触器ZC得电到向下方向接触器FC得电的一个切换过程，就在这个切换过程中，有可能出现向上方向接触器ZC和向下方向接触器FC都不得电的情况，如果制动器接触器不自锁的话，制动器接触器就失电，制动器就会合闸。

而在下降3档或下降4档时电机速度很快，如果制动器合闸的话，就会使高速运行的吊具发生强烈抖动，对起重机的金属结构、零部件和钢丝绳产生强烈的冲击，俗称“瞬时抢闸”。

也就是说，制动器接触器自锁的目的就在于防止瞬时抢闸。

 关于辽宁铁岭清河特殊钢“4.18”钢水包倾覆

特别重大事故处理情况的通报

（一）事故直接原因。

清河特殊钢有限公司炼钢车间吊运钢水包的起重机主钩在开始下降作业时，由于下降接触器控制回路中的一个联锁常闭辅助触点锈蚀断开，下降接触器不能被接通，致使驱动电动机失电；由于电气系统设计缺陷，制动器未能自动抱闸，导致钢水包失控下坠；主令控制器回零后，制动器制动力矩严重不足，未能有效阻止钢水包继续失控下坠，钢水包撞击浇注台车后落地倾覆，钢水涌向被错误选定为班前会地点的工具间，是造成此次事故的直接原因。

“下降接触器控制回路中的一个联锁常闭辅助触点锈蚀断开”，应是上升接触器ZC接在下降接触器线圈回路中的联锁常闭辅助触点ZC（11、12）断开了，司机操作是下降456档中一档，因为经过了下降123档，制动器接触器线圈ZDC得电，制动器打开，但因为ZC（11、12）断开，反向接触器FC无法得电（正向接触器ZC也无法得电），电动机无法提供电磁转矩，此时，①钢水包在空中，②制动器处于打开状态，③驱动接触器线圈断路无法得电（电动机失去驱动电源）三种情况都存在，导致钢水包自由坠落。

下图是以下降6档为例的一个示意图。

PQR6402的改正方法1

这图纸产生隐患的流程：

为了防止正反向相间短路→设置正向接触器互锁→导致了瞬间抢闸的可能性→为防止瞬间抢闸→设置制动器接触器自锁。

   既然这张图纸有问题，就必须进行改正，改正的结果应能①防止相间短路而使电路跳闸；②防止瞬间抢闸使吊