李鴻鈞

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

河鋼集團(tuán)宣鋼公司（以下簡稱宣鋼）150 t 爐區(qū)配套有5 部320/80 t 的天車系統(tǒng)，進(jìn)行煉鋼生產(chǎn)的液態(tài)金屬進(jìn)行調(diào)運轉(zhuǎn)儲，滿足煉鋼生產(chǎn)需求。其中2部天車安裝在加料跨上，主要是為2 座轉(zhuǎn)爐兌鐵、加廢鋼、配合爐前檢修作業(yè)等。1 部在出鋼跨上，主要是吊運鋼包進(jìn)出精煉爐，鋼水罐、鐵水罐修砌吊運以及鋼包車、過跨平車的吊運修理；1 部在鋼水接收跨上，主要工作是給2 臺連鑄機(jī)上鋼、退包倒渣、配合地面檢修作業(yè)等。由于傳統(tǒng)的接觸器電氣控制系統(tǒng)通過串電阻開環(huán)方式控制轉(zhuǎn)速，其控制精度差；由于速度突變，對行車的機(jī)械系統(tǒng)及其電氣系統(tǒng)造成很大沖擊，故障率高。150 t 爐區(qū)的5 部320 t 天車全部采用了定子調(diào)壓裝置進(jìn)行調(diào)速控制。該控制方式采用PLC 集中控制，垂直方向采用定子調(diào)壓裝置[1]和轉(zhuǎn)子切電阻，水平方向采用變頻器控制,該方式控制精度高、控制穩(wěn)定性和平滑性好，天車控制平穩(wěn)。

1 實施方案

1.1 運行環(huán)境和天車選型

宣鋼150 t 爐區(qū)5 部320 t 天車分布為吊運鐵水2 部、吊運鋼水3 部，其中鐵水車主要路徑為將鐵包在折罐、脫硫、轉(zhuǎn)爐之間運轉(zhuǎn)，鋼水天車實現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄和熱修間之見運轉(zhuǎn)。天車所在跨參數(shù)如下表1 所示。

1.2 主要結(jié)構(gòu)和運動形式

天車系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其運動形式主要有實現(xiàn)重物在垂直、橫向、縱向三個方向的運動。垂直方向主要實現(xiàn)使用鋼絲繩控制系統(tǒng)將鋼包和鐵包從地上或者平車上吊離或者放下，在升降重物時由起重電動機(jī)驅(qū)動作垂直上下運動；橫向主要實現(xiàn)天車小車在橫向方向的移動，小車及提升機(jī)構(gòu)由小車電動機(jī)驅(qū)動沿橋架上的軌道作橫向左右運動；縱向主要實現(xiàn)天車大車在沿著跨方向的移動，起重機(jī)由大車電動機(jī)驅(qū)動沿車間兩邊的軌道作縱向前后運動。

表1 天車選型

圖1 主要控制結(jié)構(gòu)

1.3 工作條件和特點

起重機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速控制裝置主要用于交流起重機(jī)三相繞線異步電動機(jī)在四象限內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的有級或無級調(diào)速?？刂蒲b置與主令控制器、轉(zhuǎn)子接觸器、轉(zhuǎn)子電阻、測速發(fā)電機(jī)等組成完整的控制系統(tǒng)，用于控制和保護(hù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)三相繞線異步電動機(jī)的起動、調(diào)速、換向和制動。無級調(diào)速范圍0～100%，定子換相由閘晶管完成，死區(qū)時間小、換向快速、保護(hù)環(huán)節(jié)完善、使用安全可靠。特別適宜大型專業(yè)起重機(jī)，如冶金、安裝、港口及電站用門座起重機(jī)等要求高調(diào)速性能的場合應(yīng)用。

正常工作條件為，進(jìn)線電壓被波動范圍不超過額定值的±10%，頻率波動不超過±2%。主要特點為，具有較高的調(diào)速性能指標(biāo)，調(diào)速范圍D≥30 Hz，速度變化率S＜3%；可控制大容量電動機(jī)，最大功率可達(dá)2×200 kW；設(shè)有最大電流限定值,使設(shè)備免受尖峰轉(zhuǎn)矩的沖擊；具有完整的保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。包括主回路相序、電壓監(jiān)測、過載、限位、預(yù)限位、緊急停車、正反向電氣聯(lián)鎖、超速保護(hù)、故障自診斷等；轉(zhuǎn)矩故障保護(hù)環(huán)節(jié)來監(jiān)測整個系統(tǒng)。包括對速度給定系統(tǒng)和速度反饋系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，也能對內(nèi)部電源故障進(jìn)行監(jiān)控；功能單元連接可靠、便于維修；采用風(fēng)扇和通風(fēng)窗散熱，保證控制裝置可靠。

1.4 工作原理

起重機(jī)定子調(diào)壓裝置的工作原理為當(dāng)改變電動機(jī)的定子電壓時可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運行范圍，當(dāng)調(diào)速在2∶1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100 kW 以下的生產(chǎn)機(jī)械。恒轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載，電動機(jī)只能在機(jī)械特性的直線區(qū)域穩(wěn)定運行，而對于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，電動機(jī)則在機(jī)械特性的全范圍內(nèi)都能穩(wěn)定運行，因此定子調(diào)壓調(diào)速比較適合于風(fēng)機(jī)泵類特性的負(fù)載，可以獲得較寬的調(diào)速范圍。但也存在著低速下功率因數(shù)低、電流大、效率低等問題。

1.5 工作過程

定子調(diào)壓裝置將一次調(diào)電壓和二次切電阻兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式相結(jié)合，取得了良好的效果。

通過改變定子相位角改變定子電壓，通過控制三對反并聯(lián)的可控硅導(dǎo)通，實現(xiàn)電動機(jī)定子電壓調(diào)節(jié)，在調(diào)壓過程中，定子電壓頻率始終與供電電源電壓一致。通過控制定子相角改變基波的幅值，隨著電動機(jī)加壓，機(jī)構(gòu)平穩(wěn)加速。在減速過程中實現(xiàn)快速制動效果。它的優(yōu)點為無觸點控制、降壓啟動保電機(jī)、實時監(jiān)測電流故障相應(yīng)快。

通過改變轉(zhuǎn)子電阻實現(xiàn)調(diào)速，電動機(jī)特性曲線隨著轉(zhuǎn)子電阻的改變而改變，但是臨界轉(zhuǎn)矩保持不變，可以將特定負(fù)載控制在不同的速度下，控制啟動電流小、對電機(jī)傷害小。定子調(diào)壓裝置擁有速度和電流雙閉環(huán)，在速度啟動時先升電壓，待速度平穩(wěn)達(dá)值才切斷電阻信號，在實現(xiàn)平滑調(diào)速的同時，避免沖擊電流。

1.6 常見故障分析

1）轉(zhuǎn)子反饋丟失故障[2]。轉(zhuǎn)子反饋是電機(jī)速度閉環(huán)的速度反饋，主要來自電機(jī)三相轉(zhuǎn)子的任意兩項。轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成反比，與電機(jī)滑差成正比。根據(jù)實際使用情況，該故障的主要原因有正反接觸器故障、轉(zhuǎn)子反饋電纜短路或者斷路。

2）電流不平衡故障。電流不平衡故障可以從調(diào)速裝置記錄中得到，一般原因為供電電源相位不平衡、可控硅故障[3]、繞組或者電阻故障，根據(jù)使用經(jīng)驗，電流不平衡故障多為可控硅被擊穿導(dǎo)致。

3）制動超時故障。當(dāng)主令操作回零，裝置機(jī)構(gòu)不能正?？刂?，此時進(jìn)行報閘停機(jī)保護(hù)。主要的故障原因為超出負(fù)荷或者參數(shù)設(shè)置故障。

4）制動器打不開。制動器主要通過接觸器吸合得電打開。此故障原因多為鋼廠環(huán)境惡劣，高溫、粉塵較多導(dǎo)致接觸器機(jī)械易犯卡、鐵心易粘合，造成接觸器不能正常打開，可更換接觸器解決該故障。

5）主鉤不起或者不落。垂直方向控制涉及到的設(shè)備有主令、上升限位、稱重限制器、繼電器等。其中任何一個設(shè)備損壞，都可能導(dǎo)致該故障發(fā)生。根據(jù)實際使用情況，大多數(shù)是由于限位損壞或者不靈敏導(dǎo)致的該故障。一般通過檢查限位開關(guān)和繼電器可排除改故障。

3 結(jié)語

宣鋼150 t 爐區(qū)320 t 天車使用定子調(diào)壓裝置以來，運行效果良好。該定子調(diào)壓裝置是150 t 爐區(qū)天車設(shè)備的靈魂，提供了一種從零轉(zhuǎn)速開始且與負(fù)載無關(guān)的速度控制、同時轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速平滑減速、制動系統(tǒng)自動響應(yīng)，減少了機(jī)械沖擊及制動器和接觸器的磨損。為煉鋼鐵水和鋼水高效率轉(zhuǎn)運，提高生產(chǎn)效率均發(fā)揮了極其重要的作用。