（廣東省云浮市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，廣東 云浮 527343）

一種適應(yīng)惡劣環(huán)境的橋式起重機(jī)高可靠性調(diào)速裝置的研發(fā)

程新華

（廣東省云浮市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，廣東 云浮 527343）

本文主要分析一種適應(yīng)惡劣環(huán)境的橋式起重機(jī)高可靠性調(diào)速裝置的研發(fā)。

橋式起重機(jī)；調(diào)速裝置；可靠性；電氣控制

一、研發(fā)項(xiàng)目具體方案、工作原理

1本項(xiàng)目具體技術(shù)內(nèi)容是對(duì)傳統(tǒng)交流接觸器、繼電器等元器件組成的橋式起重機(jī)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻控制技術(shù)的調(diào)速裝置進(jìn)行創(chuàng)新性改造，研發(fā)一套無(wú)觸點(diǎn)電子調(diào)速裝置，一種適應(yīng)高溫、多粉塵、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境的橋式起重機(jī)高可靠性調(diào)速裝置。

1）針對(duì)傳統(tǒng)交流接觸器、繼電器等元器件組成的調(diào)速裝置存在運(yùn)動(dòng)部件多，故障率高，維修復(fù)雜且維修成本高的問題，深入開展無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件在橋式起重機(jī)調(diào)速裝置的應(yīng)用技術(shù)研究：由于無(wú)觸點(diǎn)電力電子元件類型較多，性能格格等相差較大，為解決調(diào)速裝置高電壓，大電流，環(huán)境差，干擾強(qiáng)等應(yīng)用問題，通過各類型的電子無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)行對(duì)比分析，篩選，決定采用雙向晶閘管作為調(diào)速裝置的主控制切換單元，代替原有的接觸器。雙向晶閘管具有體積小，開斷無(wú)涌流，開關(guān)速度快，工作過程不會(huì)產(chǎn)生電火花，工作時(shí)無(wú)噪音，效率高，壽命長(zhǎng)，可靠性好，并且能在高電壓、大電流條件下工作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)適應(yīng)各類工業(yè)環(huán)境，抗干擾性能好。

2）為降低調(diào)速的成本和提高調(diào)速裝置的可靠性，保證調(diào)速裝置主要元件可靠穩(wěn)定運(yùn)行，為該調(diào)速裝置研究一種無(wú)需保護(hù)元件就能實(shí)現(xiàn)過流、過壓保護(hù)的調(diào)速裝置自保護(hù)核心技術(shù)：該技術(shù)主要是通過控制通過晶閘管的電壓變化率和上升電流，通過繞線電機(jī)本身的電壓、電流特性，結(jié)合調(diào)速電阻的電流限制特性來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速裝置的自限流技術(shù)，該技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)無(wú)自動(dòng)開關(guān)、無(wú)熔斷器、無(wú)電抗器線圈、無(wú)電容器等保護(hù)元件，同時(shí)具有自動(dòng)限制非正常電流功能，可自動(dòng)限制電機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和電機(jī)運(yùn)行異常時(shí)的故障電流。

3）為減少調(diào)速裝置因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)擊而引起故障，同時(shí)解決橋式起重機(jī)操作人員操作手柄多，檔位多，勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，研究一套適用橋式起重機(jī)調(diào)速的自動(dòng)換檔技術(shù)：也就是研究一套檔位時(shí)序控制系統(tǒng)，要求是一要受溫度、振動(dòng)影響??；二是計(jì)時(shí)要準(zhǔn)確，且時(shí)間容易調(diào)節(jié)；三是三相要同步。主要方案是采用RC電子延時(shí)電路控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)速裝置的自動(dòng)換檔控制，該電路利用RC電路穩(wěn)定可靠的充放電特性，配合必要的輔助元器件如微型繼電器構(gòu)成調(diào)速裝置自動(dòng)換檔控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)速裝置自動(dòng)檔位控制。

圖1 電氣控制主回路原理圖

5）為更直觀地顯示調(diào)速裝置的運(yùn)行狀態(tài)，方便檢驗(yàn)和檢修作業(yè)，為調(diào)速裝置研究故障可視信號(hào)技術(shù)：主要內(nèi)容是在關(guān)鍵的時(shí)序控制回路中增加運(yùn)行標(biāo)示信號(hào)，即自動(dòng)調(diào)速時(shí)每一檔位都能直觀顯示出來(lái)，主要方案是在強(qiáng)觸發(fā)微型繼電器內(nèi)增加發(fā)光二極管，當(dāng)晶閘管觸發(fā)時(shí)，發(fā)電二極管發(fā)光指示動(dòng)作情況。調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)可視化設(shè)計(jì)，從而提高了橋式起重機(jī)檢驗(yàn)效率。

2 調(diào)速裝置的組成及原理圖

由于雙向晶閘管能具有體積小，開斷無(wú)涌流，開關(guān)速度快，不會(huì)產(chǎn)生電火花，工作時(shí)無(wú)噪音，效率高，壽命長(zhǎng)，可靠性好，并且能在高電壓、大電流條件下工作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電子式延時(shí)控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境粉塵等適應(yīng)能力強(qiáng)，抗干擾性能好，控制方便，使用靈活，因此利用晶閘管無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)技術(shù)、無(wú)保護(hù)元件的自動(dòng)限制非正常電流技術(shù)及自動(dòng)延時(shí)換檔強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)構(gòu)成的橋式起重機(jī)調(diào)速裝置，可為頻繁起動(dòng)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)工作的可靠性提供保證。采用上述技術(shù)的橋式起重機(jī)調(diào)速裝置，具有響應(yīng)快，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)，在起動(dòng)和運(yùn)行過程中無(wú)噪音，調(diào)速裝置本身不會(huì)短路，故障率大大降低，基本實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。具體電氣控制主回路和控制回路原理圖如圖1和圖2所示：

圖中： KA11～KA22為過電流繼電器。KA9為失壓繼電器，起零位保護(hù)功能，防止主電源合閘時(shí)電動(dòng)機(jī)誤起動(dòng)，造成事故。KM1，KM3分別為升降電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制交流接觸器；KM2，KM4分別為開閉電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制交流接觸器。KA1～KA8分別為直流中間繼電器，其中KA1，KA3，KA5控制升降電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，KA2，KA4，KA6控制開閉電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，其輔助觸點(diǎn)依次閉合，通過轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相繼觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，使轉(zhuǎn)子串接電阻逐級(jí)切除；KA7、KA8起晶閘管觸發(fā)延時(shí)保護(hù)作用，防止在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)子串接電阻系統(tǒng)故障而導(dǎo)致電機(jī)起動(dòng)異常而燒壞電機(jī)等。 C1～C6為極性電容，R1～R6，為電阻，它們共同構(gòu)成無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)系統(tǒng)，與對(duì)應(yīng)直流中間繼電器線圈并聯(lián)，主要起在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制直流繼電器延時(shí)釋放，從而控制切除轉(zhuǎn)子串接電阻的時(shí)間。

3 工作原理

1）預(yù)備起動(dòng)：

將主令控制器SA1，SA2均打在中間位置，若KA7和KA8均接通（即直流接觸器均吸合，預(yù)起動(dòng)狀態(tài)），若KA7和KA8不是都接通，需要檢查，說(shuō)明直流接觸器沒進(jìn)入預(yù)起動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)作過程如下：

（2）以生物可利用態(tài)含量作為計(jì)算指標(biāo)，臨沂市道路灰塵中6種重金屬的非致癌暴露量均表現(xiàn)為手-口暴露>皮膚暴露>呼吸暴露，且兒童暴露量明顯高于成人。3種致癌重金屬經(jīng)呼吸吸入的致癌暴露量大小為 Ni>Cr>Cd，但均低于同種途徑下的非致癌暴露量。6種重金屬的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于 1，3種致癌重金屬經(jīng)呼吸吸入的致癌風(fēng)險(xiǎn)也均低于美國(guó)環(huán)保署推薦的風(fēng)險(xiǎn)閾值范圍。

控制變壓器接通→KA1接通→C1充電→KA1-1.KA1-2斷開、KA1-3閉合→KA3接通→C3充電→KA3-1.KA3-2斷開、KA3-3閉合→KA5接通→C5充電→KA5-1.KA5-2斷開、KA5-3閉合→KA7接通→KA7閉合；控制變壓器接通→KA2接通→C2充電→KA2-1. KA2-2斷開、KA2-3閉合→KA4接通→C4充電→KA4-1.KA4-2斷開、KA4-3閉合→KA6接通→C6充電→KA6-1. KA6-2斷開、KA6-3閉合→KA8接通→KA8閉合；KA7.KA8閉合→KA9接通→KA9自鎖→預(yù)備起動(dòng)

2）正轉(zhuǎn)起動(dòng)：將主令控制器SA1打在左邊位置→SA1-2接通→KM1接通→KM1-1.KM1-2斷開→正反轉(zhuǎn)互鎖→KA1延時(shí)斷開→KA1-1.KA1-2閉合→V1.V2導(dǎo)通→C1放電→KA1-3斷開→KA3延時(shí)斷開→KA3-1.KA3-2閉合

→V3.V4導(dǎo)通→ C3放電→KA3-3斷開→KA5延時(shí)斷開→KA5-1.KA5-2閉合→V5.V6導(dǎo)通→C5放電→KA5-3斷開→KA7延時(shí)斷開→電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻切換完畢。

3）反轉(zhuǎn)起動(dòng)：將主令控制器SA1打在右邊位置為KM3動(dòng)作，其原理與正轉(zhuǎn)起動(dòng)相同。

二、項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新點(diǎn)

1 本調(diào)速裝置的創(chuàng)新點(diǎn)：

圖2 電氣控制控制回路原理圖

1）具有高可靠性，不需要安裝自動(dòng)開關(guān)、熔斷器、電抗器線圈、電容器等保護(hù)元件，即可實(shí)現(xiàn)過流過壓保護(hù)功能。

2）具有自動(dòng)限制非正常電流功能，可自動(dòng)限制電機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和電機(jī)運(yùn)行異常時(shí)的故障電流。

3）采用晶閘管強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)，確保開關(guān)元件的有效導(dǎo)通和可靠關(guān)斷。

4）主要元器件采用無(wú)觸點(diǎn)化、故障點(diǎn)可視化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了檢查檢驗(yàn)?zāi)繙y(cè)化。

2 項(xiàng)目特色：

1）調(diào)速裝置采用先進(jìn)的自動(dòng)控制方案，根據(jù)橋式起重機(jī)運(yùn)行控制情況結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，獨(dú)創(chuàng)一套完善的自動(dòng)控制改造方案，主要由雙向晶閘管、自動(dòng)化儀表、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成，通過電氣改造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速和高效穩(wěn)定運(yùn)行。

2）能徹底解決橋式起重機(jī)在高溫、多粉塵、腐蝕等惡劣環(huán)境下可靠安全運(yùn)行的需求，適應(yīng)橋式起重機(jī)頻繁操作的應(yīng)用要求，可以幫助橋式起重機(jī)使用企業(yè)降低維修成本，提高生產(chǎn)效率。

3）采用無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)作為調(diào)速裝置的主控制單元，該技術(shù)的核心為創(chuàng)新的無(wú)自動(dòng)開關(guān)、無(wú)熔斷器、無(wú)電抗器線圈、無(wú)電容器等保護(hù)元件的具有自動(dòng)限制非正常電流功能的控制方案，可徹底解決頻繁操作交流接觸器引起的弧光閃爍，觸點(diǎn)拉弧燒傷，電氣短路問題，以及在工作時(shí)經(jīng)常發(fā)生交流接觸器主觸點(diǎn)接觸不良，引起轉(zhuǎn)子電阻不平衡，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大、發(fā)熱嚴(yán)重，電機(jī)燒壞，備品備件消耗量大的問題。

4）采用無(wú)觸點(diǎn)延時(shí)技術(shù)，很好地解決系統(tǒng)控制精度差，運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象，提高了操作人員的安全性和生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

5）利用強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)確保開關(guān)元件的有效導(dǎo)通和可靠關(guān)斷，既保證了觸發(fā)的可靠性，又優(yōu)化了觸發(fā)電路，有效解決了雙向晶閘管在工作時(shí)正反兩個(gè)方向的觸發(fā)靈敏度不同，可能會(huì)出現(xiàn)的正負(fù)電流波形不對(duì)稱和直流分量等問題。

6）采用新型電力電子技術(shù)有效避免了交流接觸器鐵芯接合面臟污，接合面未對(duì)好，交流鐵芯吸合時(shí)噪聲過大，接觸器鐵芯滯磁，斷開動(dòng)作遲緩，接點(diǎn)黏接燒損，接觸器線圈燒損，電阻器發(fā)熱燒斷，抓斗擺動(dòng)碰撞車廂等故障，從而可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的本質(zhì)安全性，大大提高了設(shè)備檢修和檢驗(yàn)人員的安全系數(shù)。

7）由于實(shí)現(xiàn)主要元器件無(wú)觸點(diǎn)化、布線簡(jiǎn)單化和故障點(diǎn)可視化設(shè)計(jì)，提高了橋式起重機(jī)檢驗(yàn)效率，調(diào)速裝置的檢驗(yàn)更加方便，也更加安全，使得檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的檢驗(yàn)報(bào)告更經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。

[1]何超.交流變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.

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