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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 起重機(jī)新型繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品包括繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，卷筒，制動(dòng)器，控制系統(tǒng)。它作為起重機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，采用PWM斬波調(diào)阻技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子外接固定電阻的等效值，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制起重機(jī)頻繁重載起動(dòng)中的沖擊電流，使系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程快速平穩(wěn)，取消原有起升機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)和齒輪，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷筒纏繞裝置，實(shí)現(xiàn)重物提升。本作品與傳統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)相比，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)模式，效率更高，同時(shí)提高了系統(tǒng)傳動(dòng)性能和安全性，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品包括繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，卷筒，制動(dòng)器，控制系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，本作品取消減速機(jī)和齒輪，由繞線轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷筒纏繞裝置，實(shí)現(xiàn)重物提升，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)模式，效率更高；采用PWM斬波調(diào)阻技術(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子外接固定電阻的等效值實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)起動(dòng)，提高電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制起重機(jī)頻繁重載起動(dòng)中的沖擊電流，使系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程快速平穩(wěn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)傳動(dòng)性能和安全性；由于起重機(jī)的平均負(fù)載率通常低于50%，且按最大起升重量進(jìn)行選配，使得起重機(jī)在低負(fù)載（約35%額定負(fù)載）時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率迅速下降，功率因數(shù)則從額定負(fù)載時(shí)的0.85左右下降到0.5以下，造成了電能的大量浪費(fèi)，而永磁電機(jī)改善了原有起升機(jī)構(gòu)中效率和功率因數(shù)隨負(fù)載率降低而不斷下降的弊端。電機(jī)外側(cè)接有轉(zhuǎn)子電阻控制系統(tǒng)，避免了原有起升機(jī)構(gòu)中電阻分級(jí)切換帶來(lái)的系統(tǒng)沖擊；取消了減速機(jī)和大量用于電阻切換的交流接觸器，為起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的檢修和保養(yǎng)帶來(lái)極大便利。本作品對(duì)新型起升機(jī)構(gòu)用繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，并對(duì)與其相適應(yīng)的卷筒纏繞裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。該起升機(jī)構(gòu)較傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)在起動(dòng)性能和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性上有了較大提高，保證了起重機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行過(guò)程中的高性能和安全可靠性。本作品主要應(yīng)用于頻繁重載起動(dòng)工況，尤其適用于起重機(jī)、球磨機(jī)、礦山設(shè)備等，其優(yōu)越的性能滿(mǎn)足了制造商和客戶(hù)的高性?xún)r(jià)比和高效節(jié)能的需求，響應(yīng)了節(jié)能環(huán)保的要求，市場(chǎng)前景廣闊。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：1. 取消機(jī)械減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械的低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)，減小系統(tǒng)的整體體積，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。2. 提高起重機(jī)的整體效率及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率因數(shù)，提高有效載荷比。3. 提高起重機(jī)起動(dòng)性能，做到平滑無(wú)級(jí)起動(dòng)，延長(zhǎng)起重機(jī)的使用壽命?；舅悸罚罕咀髌愤x用低速大轉(zhuǎn)矩繞線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，取消減速機(jī)。采用PWM斬波調(diào)阻的方法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子外接電阻的連續(xù)變化，將起重機(jī)的有級(jí)起動(dòng)改為無(wú)級(jí)起動(dòng)，使起重機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中始終保持最大提升能力，縮短起動(dòng)時(shí)間，提高工作效率，延長(zhǎng)起重機(jī)的使用壽命，保證其工作的安全性和可靠性。創(chuàng)新點(diǎn)：1、取消減速機(jī)，保證起重機(jī)在工頻電源供電的情況下實(shí)現(xiàn)直驅(qū)。2、將繞線轉(zhuǎn)子永磁電動(dòng)機(jī)代替原系統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)，這在起重機(jī)領(lǐng)域是首創(chuàng)。3、采用PWM斬波調(diào)阻思想和現(xiàn)代CPU技術(shù)，高速控制電力電子器件的通斷，使得轉(zhuǎn)子電阻連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的平滑無(wú)級(jí)起動(dòng)。技術(shù)關(guān)鍵：1、新型繞線轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)。確定合適的定轉(zhuǎn)子繞組形式和永磁體安置方式，以消除多極低速引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。2. 重載平滑快速起動(dòng)。確定轉(zhuǎn)子外串電阻的大小以及控制語(yǔ)句，保證電機(jī)無(wú)級(jí)起動(dòng)。技術(shù)指標(biāo)：最大起升重量：100噸；最大起升高度：22m；主起升速度：4m/min；電機(jī)功率：75kW；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：200r/min；電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：3581N?m；電機(jī)功率因數(shù)：0.95；電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：4.5；電機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)：5.6；電機(jī)過(guò)載倍數(shù)：3.4；電機(jī)效率：0.95；傳動(dòng)系統(tǒng)效率：0.90
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 由于起重機(jī)平均負(fù)載率低且按最大起升重量進(jìn)行選配，使得低負(fù)載（約35%額定負(fù)載）時(shí)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率和功率因數(shù)迅速下降，但永磁電機(jī)此時(shí)仍能保持較高效率和功率因數(shù)。以某橋式起重機(jī)選用75kW繞線轉(zhuǎn)子異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)為例，按其平均負(fù)載率40%，年運(yùn)行時(shí)間3600小時(shí)，平均效率60%計(jì)算，若采用同等規(guī)格的繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)，效率將始終保持在90%以上，運(yùn)行一年節(jié)省電能約為8.1萬(wàn)kW?h，按0.66元/kW?h的工業(yè)用電費(fèi)計(jì)算，將為企業(yè)節(jié)省5.35萬(wàn)元。取消減速機(jī)后，客戶(hù)每年節(jié)省齒輪和潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用約1.6萬(wàn)元。本作品的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)：用低速大轉(zhuǎn)矩新型繞線轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)，取消減速機(jī)。通過(guò)合理調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子外串電阻，提高電機(jī)起動(dòng)性能，同時(shí)兼顧起動(dòng)階段的快速平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段的高效高功率因數(shù)特點(diǎn)。這種新型起重機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，節(jié)能效果更加明顯，效率可達(dá)90%以上，功率因數(shù)超過(guò)95%，且體積可以有所減小，由于取消了減速機(jī)和交流接觸器，便于維護(hù)，提高了系統(tǒng)可靠性，也避免了潤(rùn)滑油的滲漏污染。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 模型，圖紙，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：本作品在線檢測(cè)起重機(jī)的工作狀態(tài)， 自動(dòng)控制起重機(jī)的工作過(guò)程，系統(tǒng)自帶各項(xiàng)保護(hù)功能。操作人員按控制屏上的提示操作即可。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：取消機(jī)械減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低速直驅(qū)，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)效率；利用永磁電機(jī)使系統(tǒng)始終保持高效率和高功率因數(shù)；通過(guò)快速合理調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻，提高起動(dòng)性能，滿(mǎn)足起重機(jī)械對(duì)起動(dòng)性能的較高要求。簡(jiǎn)化了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減小系統(tǒng)體積，提高可靠性和可維護(hù)性。適應(yīng)范圍：尤其適用于重載頻繁起動(dòng)領(lǐng)域，例如起重機(jī)，球磨機(jī)、礦山設(shè)備等。推廣前景：在國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，無(wú)論制造企業(yè)還是用戶(hù)，本作品都能滿(mǎn)足他們的高性?xún)r(jià)比和高效節(jié)能的需求。尤其適用是重載起動(dòng)的工況條件，例如球磨機(jī)，礦山設(shè)備等。因此可以預(yù)測(cè)：這種起重機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必然會(huì)被大面積推廣和應(yīng)用。市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：由于我國(guó)加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，起重機(jī)市場(chǎng)需求強(qiáng)勁增長(zhǎng)，僅在2009年我國(guó)起重機(jī)械市場(chǎng)份額就達(dá)到了1000億元。本作品經(jīng)濟(jì)效益顯著，在保證用戶(hù)利益的同時(shí)，也響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加強(qiáng)，尤其是受電力、石油、化工等行業(yè)迅速發(fā)展的拉動(dòng)，國(guó)內(nèi)中大噸位工程起重機(jī)的市場(chǎng)需求量增長(zhǎng)顯著。大型吊裝用起重設(shè)備已由過(guò)去單一的抱桿方式，逐步擴(kuò)大發(fā)展成為以高安全性和高可靠性為主的大型起重設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)的專(zhuān)業(yè)起重機(jī)廠家主要有中聯(lián)重科，三一重工，撫挖等公司。國(guó)外主要有利勃海爾、特雷克斯-德馬格與神鋼等。 現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的發(fā)展和研究趨勢(shì)： 1、起重機(jī)大型化。 2、設(shè)計(jì)創(chuàng)新化。 3、技術(shù)核心化。 4、模塊化和組合化。 起重機(jī)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在： 1、先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2、智能化高精度的電氣控制技術(shù)。 3、系列產(chǎn)品的通用性。 現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外起重機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)方式主要有： 1、變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的模式。 2、籠型自起動(dòng)永磁電機(jī)。 3、繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)外接起動(dòng)電阻的方式起動(dòng)。 不難發(fā)現(xiàn)他們的起升機(jī)構(gòu)仍然沒(méi)有擺脫異步機(jī)加減速機(jī)的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式，對(duì)于重載起動(dòng)，輕載運(yùn)行的起升設(shè)備，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。而且變頻器價(jià)格不菲，電阻切換起動(dòng)時(shí)，速度抖動(dòng)易造成重物墮落等事故。 本作品在起重機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域首次采用低速大轉(zhuǎn)矩繞線轉(zhuǎn)子自起動(dòng)永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的卷筒，取消了齒輪減速機(jī)，把驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置融為一體，并通過(guò)斬波調(diào)阻技術(shù)使電機(jī)無(wú)級(jí)起動(dòng)，提升起動(dòng)性能，提高了整機(jī)效率和可靠性。所以，本作品解決了長(zhǎng)期以來(lái)制約起重機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，具有十分重要的意義和創(chuàng)新性。
