張 強(qiáng)（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司銀山型鋼寬厚板事業(yè)部）

定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的選型及應(yīng)用

張 強(qiáng)
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司銀山型鋼寬厚板事業(yè)部）

摘 要：本文主要介紹定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于天車的起升機(jī)構(gòu)時，需要采取的容量選型等措施，該措施降低天車起升機(jī)構(gòu)在檔位變化及起動、制動時的沖擊。

關(guān)鍵詞：天車；調(diào)壓；轉(zhuǎn)子電阻

0　引言

國內(nèi)廠礦企業(yè)早期安裝的天車等起重設(shè)備，其原有的起升電氣控制系統(tǒng)絕大部分采用繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式實現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)的起動、調(diào)速，即在繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入多段外接電阻進(jìn)行起動，實現(xiàn)減小起動電流并增加起動轉(zhuǎn)矩的作用，采用凸輪控制器、時間繼電器、接觸器等元器件組成主控制回路。轉(zhuǎn)子外接的電阻在起動時全部串入電路，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸加快，利用控制器逐級切除起動電阻，最后將起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中全部切除，只留軟化電阻。

1　現(xiàn)狀分析

繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式，其優(yōu)點在于控制簡單，維護(hù)水平低，對維修人員的技術(shù)要求不高。但缺點在于：

1）電阻的分段切除，屬于有級調(diào)速，在機(jī)構(gòu)的起動、制動過程，由接觸器實現(xiàn)的換向、調(diào)速過程對起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控設(shè)備沖擊大；

2）元器件頻繁損壞，維護(hù)成本高，無緩沖的邏輯控制及換相頻繁等因素，經(jīng)常造成接觸器主觸頭燒毀或粘連、制動閘皮磨損過快、檔位回零后抱閘不閉合等故障；

3）檔位間較大的速度差值，在檔位切換時帶來車體明顯的晃動，吊鉤等部位容易出現(xiàn)大幅度的擺動，嚴(yán)重影響到天車作業(yè)的安全性；

4）轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)實現(xiàn)了調(diào)速功能，但由于是開環(huán)系統(tǒng)，使得傳動系統(tǒng)的機(jī)械特性很軟，調(diào)速范圍小、精度差。

為了解決繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速帶來的如上諸多問題，提高天車作業(yè)的安全性，減少元器件損壞頻繁，維護(hù)工作量大，維護(hù)成本高等問題。需要對天車起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2　改進(jìn)措施

目前適用于天車起重電氣傳動系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)包括變頻調(diào)速與定子調(diào)壓調(diào)速兩種，變頻調(diào)速在調(diào)速精度、響應(yīng)能力等方面更優(yōu)于定子調(diào)壓調(diào)速，考慮到定子調(diào)壓調(diào)速也能夠滿足機(jī)構(gòu)平緩地起動、制動、加減速動作的調(diào)速要求，其降低了繞線式電動機(jī)串電阻起動調(diào)速對天車機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的沖擊。從改造成本方面考慮，在定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)改造中，調(diào)壓調(diào)速以轉(zhuǎn)子頻率反饋為速度反饋，雖然精度較低，但是簡單可靠，工作環(huán)境要求低，能夠更多地利用電動機(jī)等原有設(shè)備，也不需要增加抑制諧波的電抗器等裝置，降低改造費用。因此，定子調(diào)壓調(diào)速較變頻器更適合于天車起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速控制。

2.1 調(diào)速控制器選型

天車起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)為YZR系列的冶金起重用繞線式三相異步電動機(jī)，其功率為75kW，工作制為S3?40%，額定電流為169A，在控制器的選型中，以控制器標(biāo)稱電流I≥1.3Ie=219.7A為計算標(biāo)準(zhǔn)，選取相近規(guī)格的260A調(diào)壓控制器。

2.2 轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)的計算及選擇

天車的起重量100t，機(jī)械效率為0.90，起升速度≤6（m/min），起升機(jī)構(gòu)所需的實際功率PM為

PM=100×9.81×6×1.1/（0.9×60）=119.9kW

起升電機(jī)的額定功率PN、實際功率PM和轉(zhuǎn)子額定電流I2N=154A，計算轉(zhuǎn)子實際電流I2M為

I2M=PMI2N/PN=119.9154/75=246.2A

根據(jù)轉(zhuǎn)子開路電壓E2=325V和轉(zhuǎn)子實際電流I2M計算轉(zhuǎn)子電阻Re為

Re=E2/1.732I2M=325/1.732×246.2=0.76Ω

起升電機(jī)功率裕度較小時，依據(jù)繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接的三段電阻值的選取，計算分別得三段電阻值為

R1=0.09Re=0.09×0.76=0.0684Ω

R2=0.11Re=0.11×0.76=0.0836Ω

R3=0.16Re=0.16×0.76=0.1216Ω

2.3 外圍元器件的選型

選擇轉(zhuǎn)子加速接觸器前，先確定加速接觸器的接線方式。對加速接觸器常用的三種接線方式進(jìn)行對比后，選擇通過接觸器電流較小的三角形接法，并通過計算及裕量值將接觸器的容量定為150A。

調(diào)壓控制器內(nèi)部輸出繼電器觸點容量為阻性負(fù)載2A，而實際選擇的接觸器的容量為150A，控制器內(nèi)部輸出繼電器不能直接控制加速接觸器的通斷，需要增加中間繼電器，以保證系統(tǒng)的可靠運行。

調(diào)速控制器具有缺相保護(hù)功能，因此，為了降低系統(tǒng)改造成本，取用負(fù)荷開關(guān)作為主回路電源開關(guān)。

高中階段的學(xué)生正處于學(xué)業(yè)繁忙的階段，傳統(tǒng)高中物理教學(xué)模式中填鴨式教學(xué)，仍舊是以題海戰(zhàn)術(shù)為主，會使得學(xué)生對于學(xué)習(xí)普遍展露出疲憊的心態(tài)，這種心態(tài)導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時處于一個效率低下的狀態(tài)。高中物理學(xué)習(xí)具有一定難度，學(xué)生需要保持集中的注意力和積極的心態(tài)。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入于高中物理教學(xué)中，由此能夠延伸出多種多樣的教學(xué)活動，讓學(xué)生眼前一亮的同時，自然而然的誘導(dǎo)出學(xué)生心中對于物理學(xué)習(xí)的興趣，使之始終保持著注意力，鉆研物理知識，保持愉悅學(xué)習(xí)心情的同時也能夠顯著提升學(xué)習(xí)效率。

2.4 安裝接線

2.4.1 安裝要求

安裝調(diào)壓控制器時，確保調(diào)壓控制器周圍有足夠的散熱空間，并且調(diào)壓控制器必須垂直安裝。

2.4.2 主回路接線

根據(jù)控制器上的標(biāo)識，將主回路電源連到端子U、V、W上，將電機(jī)定子端連接到端子U0、V0、W0上。

2.4.3 控制回路接線

圖1　調(diào)壓調(diào)速控制器在天車起升控制機(jī)構(gòu)的應(yīng)用原理圖

2.5 調(diào)試及注意事項

2.5.1 通電前檢查項目

1）檢查調(diào)壓調(diào)速控制器外部線路及系統(tǒng)接線，確保調(diào)壓控制器的內(nèi)、外部電源及回路均按照要求正確地接線，在控制器安裝過程中主回路及控制回路的線路沒有斷路、短路、接地等異?，F(xiàn)象。確認(rèn)控制器可靠接地。

2）轉(zhuǎn)子電阻器接線一旦錯誤，將導(dǎo)致檔位調(diào)速及電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)異常情況，嚴(yán)重時將損壞控制器及外圍器件。因此，在送電試車前，一定要確保接線正確。

2.5.2 通電前期檢查項目

1）斷開電機(jī)接線柱與控制器輸出的連接，合主電源開關(guān)，檢查主回路及控制回路有無錯相、缺相、欠壓、三相不平衡等電源異常情況。

2）操作主令控制器，提供輸入信號，檢查控制回路的動作控制與內(nèi)部動作指示燈是否正常。

3）通過控制單元面板，調(diào)出用戶參數(shù)，按照電機(jī)參數(shù)及其他外圍部件的配置，設(shè)置加減速、動作時間等參數(shù)。

2.5.3 起升機(jī)構(gòu)的輕載試車

1）由操作人員配合，將檔位信號置于上升或下降1檔，判斷起升機(jī)構(gòu)的動作方向是否正確，若機(jī)構(gòu)動作方向與操作方向相反，說明電機(jī)轉(zhuǎn)向錯誤，需要調(diào)整電動機(jī)接線相序。

2）逐檔遞增，觀察機(jī)構(gòu)上升或下降過程中的速度變化，并檢查檔位的速度調(diào)節(jié)情況及高速檔時的轉(zhuǎn)子回路切阻情況，觀察、測量主回路電機(jī)的電流，是否三相電流平衡，以及在機(jī)構(gòu)下降過程中，主令回零后機(jī)構(gòu)的減速及電氣、機(jī)械制動是否可靠動作。同時，檢查上升限位等安全設(shè)施的動作狀態(tài)。

3）主令控制器在1～3調(diào)速檔時，控制器主要以調(diào)壓為主，所以測量控制器的輸出電壓值偏低，當(dāng)主令控制器在全速檔時，控制器的輸出電壓以工頻電壓輸出。

2.5.4 起升機(jī)構(gòu)帶負(fù)載試車

通過前幾個步驟的通電試車、檢查，確保起升機(jī)構(gòu)輕載狀態(tài)下的動作等正常后，起升機(jī)構(gòu)需要帶負(fù)載試車。

與操作人員交流，將主令控制器置于上升1檔，且逐檔遞增，觀察控制器、電機(jī)加、減速過程中的運行情況，尤其是起動和換擋瞬間，電機(jī)起動力矩的大小及控制器檔位速度的判別及速度的反復(fù)調(diào)整，可能存在問題，需要密切地關(guān)注起升的動作狀態(tài)，出現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)下滑的異常情況，需要操作人員及時采取應(yīng)急措施，視機(jī)構(gòu)下滑速度及現(xiàn)場情況，選擇拍急停切斷主回路供電或者及時將控制器置于下降檔位，將故障鎖定在可控范圍之內(nèi)。

測量電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電流，確保電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子三相電流平衡。滿載試驗時，測量起升機(jī)構(gòu)從低速到高速時最大的切換電流，設(shè)定過電流保護(hù)器的動作值，確保主回路電流＜2.5倍的電機(jī)額定電流。

3　效果驗證

天車起升調(diào)速系統(tǒng)改造為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)后，在起升機(jī)構(gòu)的起動、制動過程中，對起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控設(shè)備沖擊減小，延長了制動器閘皮的使用壽命，維護(hù)工作量大為減少，安全性明顯提高。

4　結(jié)束語

調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在天車起升傳動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，不僅消除了天車電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)存在的問題。同時，操作面板的參數(shù)設(shè)置及故障查詢等功能，在設(shè)備維護(hù)管控方面更快捷、精細(xì)，不僅降低了天車的故障率及維護(hù)成本，提高了天車作業(yè)的安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 裘為章. 實用起重機(jī)電氣技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

[2] 臧廣州. 常用低壓供配電設(shè)備選型與安裝使用技術(shù)手冊[M]. 長春: 吉林科學(xué)技術(shù)出版社, 2006.

收稿日期：（2015-04-08）