種法友

（武鋼股份設(shè)備維修總廠，武漢 430080）

定子調(diào)壓調(diào)速裝置主要用于三相轉(zhuǎn)子滑環(huán)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，將定子調(diào)電壓和轉(zhuǎn)子切電阻兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式結(jié)合在一起，有效發(fā)揮每種調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。定子調(diào)壓裝置與帶有測(cè)速機(jī)或編碼器的普通轉(zhuǎn)子滑環(huán)電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，適合所有類型的起重機(jī)，完全能夠滿足起重機(jī)安全、可靠、高效率運(yùn)行的要求。

1 故障現(xiàn)象描述

在某廠2#夾鉗吊車的起升機(jī)構(gòu)上采用定子調(diào)壓的控制方式，作業(yè)中起升機(jī)構(gòu)全速下降時(shí)，設(shè)備正常運(yùn)行，當(dāng)操作者操作控制手柄拉回零位時(shí)，正常情況下，起升機(jī)構(gòu)開(kāi)始電氣制動(dòng)，向下減速滑行一定的距離，使得速度降低到一個(gè)較小的值時(shí)，機(jī)械抱閘再發(fā)出指令，使得起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行停止，然而作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，從全速下降過(guò)程中發(fā)出停止指令時(shí)，起升機(jī)構(gòu)向下滑行的制動(dòng)距離比正常情況下超出1～2m，而起重機(jī)械向下滑行制動(dòng)距離有著嚴(yán)格的規(guī)定，下滑距離超長(zhǎng)意味著重大的安全隱患。然而這種故障現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)有時(shí)無(wú)，是一種電氣軟故障，而且相關(guān)的電子設(shè)備并沒(méi)有任何的報(bào)警提示，這就給故障的排除帶來(lái)了極大的困難。

2 控制原理

定子調(diào)壓裝置通過(guò)控制五對(duì)反并聯(lián)可控硅的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)定子電壓的調(diào)節(jié)和電機(jī)相序的改變，其控制傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖1所示，通過(guò)控制定子相角改變基波的幅值，因?yàn)殡姷霓D(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，所以隨著電動(dòng)機(jī)電壓的增加，機(jī)構(gòu)平穩(wěn)的加速。在減速的過(guò)程中，利用相角的控制，可以實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)，達(dá)到最快速制動(dòng)的效果，在上述的起升機(jī)構(gòu)從全速下降到停止的過(guò)程中，就是采用的反接制動(dòng)的原理。

圖1 可控硅控制傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路串入電阻可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的特性曲線隨著轉(zhuǎn)子電阻的改變而改變，但是臨界轉(zhuǎn)矩MK保持不變，在該套系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)有4段電阻的切除，而這4段電阻的切除指令都是通過(guò)定子調(diào)壓裝置自身計(jì)算給出，定子調(diào)壓裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，實(shí)現(xiàn)不同檔位和運(yùn)行狀態(tài)下，以最優(yōu)化的運(yùn)行結(jié)果發(fā)出二次電阻的切除指令。不同轉(zhuǎn)子電阻值下的電機(jī)特性曲線如圖2 所示[1]。

圖2 不同電阻值下電機(jī)特性曲線

3 故障分析與判斷

該起升機(jī)構(gòu)從下降最高檔到拉回零位的時(shí)候，制動(dòng)下滑距離超長(zhǎng)，也就是說(shuō)制動(dòng)力矩是存在的，但是在故障時(shí)出現(xiàn)了力矩不足的情況。

通過(guò)對(duì)定子調(diào)壓設(shè)備控制原理的研究得出，在全速下降的時(shí)候，定子調(diào)壓設(shè)備輸出下降方向全電壓，并且發(fā)出轉(zhuǎn)子電阻全部切除命令，當(dāng)由下降4檔拉回3檔的時(shí)候，定子調(diào)壓裝置輸出反向電壓，使得電機(jī)反接制動(dòng)，并且同時(shí)發(fā)出轉(zhuǎn)子電阻接觸器全部斷開(kāi)命令，使得在反接制動(dòng)的時(shí)候轉(zhuǎn)子回路串入全電阻，一直將速度降低到額定轉(zhuǎn)速的40%時(shí)，再通過(guò)一次電壓的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)逐檔的調(diào)速。

在此調(diào)速過(guò)程中，反接制動(dòng)力矩的變化跟兩方面有關(guān)系，一方面是一次電壓的調(diào)節(jié)變化，二是轉(zhuǎn)子電阻的切除狀態(tài)，這兩個(gè)方面都會(huì)直接影響制動(dòng)力矩的大小。通過(guò)對(duì)正常情況下和故障狀態(tài)下輸出電壓的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種情況下的輸出電壓基本相同，所以首先斷定一次電壓的調(diào)節(jié)變化不是該故障發(fā)生的主要原因。

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電阻接觸器的監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，在下降4檔到下降3檔轉(zhuǎn)換時(shí)，正常情況下應(yīng)該是4個(gè)加速接觸器由全部吸合轉(zhuǎn)換為全部斷開(kāi)，而在發(fā)生故障時(shí)發(fā)現(xiàn)，3加速接觸器卻有延時(shí)斷開(kāi)的情況，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的鑒定發(fā)現(xiàn)，3加速接觸器不能及時(shí)斷開(kāi)并非接觸器粘連引起，而是因?yàn)镻LC有異常輸出，PLC對(duì)應(yīng)的3加速輸出點(diǎn)位指示燈已經(jīng)熄滅，但是卻還有電壓輸出，通過(guò)對(duì)PLC程序監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，PLC對(duì)應(yīng)的該點(diǎn)位確實(shí)已經(jīng)斷開(kāi)，從而確認(rèn)該故障是因?yàn)镻LC點(diǎn)位異常引起，更換該輸出點(diǎn)后，故障排除[2]。

可編程控制器俗稱PLC，是控制系統(tǒng)的邏輯控制中心，它是以微處理器為基礎(chǔ)的工業(yè)元件，一般來(lái)說(shuō)具有極高的可靠性，但是也難免出現(xiàn)故障，PLC的故障，意味著控制邏輯的紊亂，一般都會(huì)帶來(lái)不同程度的設(shè)備問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，PLC出現(xiàn)故障的常見(jiàn)原因有溫度、環(huán)境、電磁干擾等，所以在應(yīng)用中，應(yīng)注意以下問(wèn)題。

1）要求環(huán)境溫度在0～55℃，保持良好的通風(fēng)與散熱。

2）空氣相對(duì)濕度小于85%，遠(yuǎn)離振動(dòng)源，遠(yuǎn)離粉塵和腐蝕性的環(huán)境。

3）遠(yuǎn)離電磁干擾的相關(guān)設(shè)備，不同種類的線路分開(kāi)敷設(shè)，并且做到屏蔽層接地良好。

利用電機(jī)機(jī)械特性曲線的方法對(duì)該故障進(jìn)行進(jìn)一步的研究，電機(jī)二次不同阻值對(duì)應(yīng)電機(jī)的不同特性曲線，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有4個(gè)切電阻接觸器再加上全電阻情況一共有5組不同的電機(jī)特性曲線，如下圖3中左圖所示，其中橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，Ta表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因?yàn)槠鹬剡^(guò)程中重物質(zhì)量不變，所以是恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在起升機(jī)構(gòu)全速下降的時(shí)候，此時(shí)電機(jī)作用在第4象限，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在反向4a特性曲線和Ta的交點(diǎn)位置，當(dāng)由下降4檔拉回3檔的時(shí)候轉(zhuǎn)換為全電阻式的反接制動(dòng)，所以在第4象限此時(shí)全電阻對(duì)應(yīng)的特性曲線和Ta之間橫坐標(biāo)的差值即為反接制動(dòng)力矩。

圖3 故障狀態(tài)下電機(jī)特性曲線以及第4象限特性曲線局部放大示意圖

由上圖3中右圖及第4象限局部放大圖可得，正常情況下進(jìn)入全電阻反接制動(dòng)時(shí)其制動(dòng)力矩為T(mén)2，即為全電阻對(duì)應(yīng)的特性曲線和下降穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)橫坐標(biāo)之間的差值，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)3a接觸器并沒(méi)斷開(kāi)的情況下，其狀態(tài)相當(dāng)于對(duì)應(yīng)3a段電阻的反接制動(dòng)，其制動(dòng)力矩為T(mén)1，即為3a對(duì)應(yīng)的特性曲線和下降穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)橫坐標(biāo)之間的差值，由示意圖可以看出，全電阻時(shí)的制動(dòng)力矩T2遠(yuǎn)大于3a段電阻時(shí)的制動(dòng)力矩T1，也就是說(shuō)在故障狀態(tài)時(shí)的制動(dòng)力矩明顯比正常情況下的小，從而更好的解釋故障狀態(tài)下制動(dòng)距離超長(zhǎng)的原因[3]。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某廠定子調(diào)壓裝置控制方式下的起升機(jī)構(gòu)電氣制動(dòng)下滑距離超長(zhǎng)故障的深入研究，利用特性曲線的方法分析了轉(zhuǎn)子電阻在反接制動(dòng)時(shí)的作用，從而縮小故障的范圍，查找出了下滑距離超長(zhǎng)的原因，解決了下滑距離超長(zhǎng)的安全隱患，同時(shí)為處理同類型故障積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]佟純厚.近代交流調(diào)速[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2006:5-19.

[2]許期英.交流調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010:15-30.