戴 軍

鑄造車間的起重機由于工作條件的影響，機械元件和電氣元件壽命相對較短，故障率較高，所以對起重機的合理維修和改造是一項非常重要的工序。通過電氣改造可以降低故障率和提高安全系數(shù)，正是基于這個原因，有必要對鑄造車間的起重機電氣改造的方案加以剖析，以尋求解決鑄造車間的起重機穩(wěn)定運行的方法。由于經(jīng)常對一些工廠鑄造車間的設備進行改造，其中對鑄造車間起重機在電氣改造方面有一些體會，所以借此文加以探討。

1 鑄造車間起重機調(diào)速方法的原理及特點

鑄造車間的起重機在電氣改造時往往是調(diào)速方法的改造，一般考慮三種調(diào)速方式：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、PLC+變頻器調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速。每種方法都有它自身的特點，應用時需要認真考慮，現(xiàn)就它們的原理和特點做簡要的說明。

1.1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

轉(zhuǎn)子串入電阻器，在轉(zhuǎn)矩一定時，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，通過改變電阻器中串入電阻的大小就可以調(diào)速。電阻越大轉(zhuǎn)速越低。特點如下：

（1）投資少，控制簡單，應用廣泛。

（2）開環(huán)控制，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，工作不平穩(wěn)，沖擊大，換檔時易出現(xiàn)晃動。

（3）速度只能從電機額定轉(zhuǎn)速下調(diào)。

（4）接觸器拉弧嚴重，電氣元件損壞頻繁。

（5）外部設備多，線路復雜。

1.2 定子調(diào)壓調(diào)速

降低定子繞組的端電壓改變電機轉(zhuǎn)速的方法，特點如下：

（1）能夠適應各種工作環(huán)境。

（2）閉環(huán)控制，速度平穩(wěn)，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，速度不會因負載而變化。

（3）安全系數(shù)高，停車反接力矩制動，系統(tǒng)設有多個安全保護。

（4）外部設備少，線路簡單。

（5）成本低，過載能力強。

1.3 變頻調(diào)速

改變供電頻率進行調(diào)速的方法，特點如下：

（1）閉環(huán)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

（2）無級調(diào)速，可靠性好。

（3）節(jié)電，保護電機。

（4）對環(huán)境要求較高。

（5）外部設備少，線路簡單。

（6）成本高，過載能力弱。

2 鑄造車間起重機的現(xiàn)狀與改造的方法

目前鑄造車間的起重機大多數(shù)采用串電阻調(diào)速的方式，通過上述分析，由于調(diào)速方式的缺陷和鑄造車間環(huán)境，使得起重機的安全性和穩(wěn)定性較差，元器件損壞頻繁，維護頻繁且成本高。鑄造車間的起重機在維修上往往采用元器件替換法，在電氣改造或大修時優(yōu)先考慮定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速兩種方式。

變頻調(diào)速屬于無極調(diào)速，對速度的控制較容易且調(diào)速對起重機無沖擊，是電動機調(diào)速的優(yōu)選方案。但變頻調(diào)速需要更換起重機原有電機及電氣元件，改造成本較高，而且對工作環(huán)境要求較高。鑄造車間灰塵較大，環(huán)境惡劣，定子調(diào)壓調(diào)速對工作環(huán)境要求較低，不需要更換電機，改造成本相對較低，是閉環(huán)控制，而且能有效地控制速度的不穩(wěn)定性，對起重機的沖擊較小，所以我們經(jīng)常選用定子調(diào)壓調(diào)速做為鑄造車間起重機的電氣改造方案。

圖1 三相交流電動機調(diào)壓調(diào)速方式

三相交流電動機調(diào)壓調(diào)速有如下三種方式：

定子側(cè)串飽和電抗器調(diào)壓是控制鐵心的飽和程度改變串聯(lián)阻抗，體積重量大；定子側(cè)串自耦變壓器調(diào)壓只適用于小容量電機，體積重量大；晶閘管三相交流調(diào)壓調(diào)速用電力電子裝置調(diào)壓調(diào)速，體積小，輕便。故現(xiàn)在多用晶閘管三相交流調(diào)壓調(diào)速器。

晶閘管調(diào)壓調(diào)速器，其控制單元通過改變繞線電機每相反并聯(lián)的一組（兩個）可控硅的觸發(fā)角度來改變電機的定子電壓。電機的力矩與定子電壓的平方成正比。電機的速度是通過轉(zhuǎn)子頻率的反饋來測定的，通過控制板來計算后輸出指令來控制三相可控硅的觸發(fā)角度，實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。下面就鑄造車間起重機定子調(diào)壓調(diào)速器元器件的選用做一說明。

3 定子調(diào)壓調(diào)速器元器件的選用

以鑄造車間16/3.1T起重機主起升改造為例簡要說明定子調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)改造過程元器件的選用。16/3.1T起重機主起升驅(qū)動電機型號為YZR225M-8，為繞線式三相異步電動機，功率PN=22kW，工作制為S3-40% ，定子額定電流Ie=46.9A，額定轉(zhuǎn)速為n=715rpm，轉(zhuǎn)子額定電流I2N=59.1A，效率η=0.86，功率因子為0.79。

3.1 定子調(diào)壓調(diào)速控制器的選型

調(diào)壓控制器的標稱電流為I≥1.3Ie=60.97A，選取100A調(diào)壓控制器。

3.2 轉(zhuǎn)子電阻器的計算

3.2.1 實際功率PM的計算

式中，M是起重機的載荷重量（t），M=16；η是效率，η=0.86；V 是起升速度（m/min），V≤8（m/min）。

PM=16×9.81×8×1/（0.86×60）kW=24.3kW

3.2.2 轉(zhuǎn)子實際電流I2M的計算

式中，I2M是轉(zhuǎn)子實際電流（A）；PM是實際功率（kW），PM=24.3kW；PN是電機的額定功率（kW），PN=22kW；I2N是轉(zhuǎn)子額定電流（A），I2N=59.1A。

3.2.3 轉(zhuǎn)子電阻Re的計算

式中，Re是轉(zhuǎn)子電阻（Ω）；E2是轉(zhuǎn)子開路電壓（V），E2=232V；I2M是轉(zhuǎn)子實際電流（A），I2M=65.3A。

3.2.4 轉(zhuǎn)子電阻器各段電阻值的計算

選用升降電機功率裕度較小，繞線式電動機轉(zhuǎn)子串接的三段電阻值分別為：

表1 轉(zhuǎn)子電阻器各段電阻值百分數(shù)

可以根據(jù)計算的電阻值訂制電阻器。

3.3 其它外圍配套主要電氣元件的選擇原則

3.3.1 主斷路器

為了避免起重機定子調(diào)壓調(diào)速控制裝置受到大電流的沖擊，保護裝置中的可控硅，并做為電動機的保護元件，必須對主斷路器進行嚴格選擇。

主斷路器主要作用是短路保護，必須選擇具有電子脫扣裝置的斷路器，電子脫扣裝置不但具有熱脫扣和磁脫扣的功能，而且能夠檢測主電路電流，放大、推動脫扣機構(gòu)。

主斷路器額定電流In大于電動機的額定運行電流，斷路器的瞬動電流Im整定值應為電動機額定電流的3倍。

3.3.2 換向接觸器

換向接觸器要滿足起重機的安全性和可靠性的要求，并且當可控硅或系統(tǒng)故障時，可以通過強制斷開接觸器來消除故障帶來的危害。

換向接觸器由于在切換時可以做到無電流切換，因此接觸器是不會帶電分斷的。在選擇時可以按照接觸器約定發(fā)熱電流進行選擇即可。但考慮到起重機的實際使用情況，接觸器選擇時可以按接觸器AC-3工作制下的允許工作電流選擇。即接觸器AC-3工作制下的允許工作電流約等于電動機運行額定電流即可。

3.3.3 轉(zhuǎn)子接觸器

轉(zhuǎn)子接觸器額定電流要根據(jù)轉(zhuǎn)子接觸器的接法而定，不同的接法轉(zhuǎn)子接觸器的額定電流不同。

轉(zhuǎn)子接觸器選擇時還應該考慮轉(zhuǎn)子接觸器的耐壓。轉(zhuǎn)子接觸器耐壓要根據(jù)轉(zhuǎn)子接觸器的接法而定，不同的接法轉(zhuǎn)子接觸器的耐壓也不同。

4 小結(jié)

起重機的電氣改造以變頻調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速為主，在鑄造車間多灰塵的條件下，我們經(jīng)常選用調(diào)壓調(diào)速方案，滿足了鑄造車間起重機的平穩(wěn)運行、安全性和經(jīng)濟性方面的要求，不失為一種很好的選擇。

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