摘要：橋式起重機(jī)多數(shù)使用繞組式電機(jī)實(shí)現(xiàn)檔位切換，調(diào)壓調(diào)速裝置的應(yīng)用給起重機(jī)的檔位調(diào)速提供了恒定調(diào)速的控制條件，使操作變得順暢，但是實(shí)際中調(diào)壓調(diào)速裝置的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)含量較高應(yīng)用不夠廣泛，不熟練技術(shù)工人無法對(duì)其調(diào)校，本文對(duì)調(diào)速調(diào)壓裝置的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置及參數(shù)設(shè)定進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：調(diào)速;轉(zhuǎn)子串電阻;定子調(diào)壓調(diào)速;恒速

引言

我廠屬于冶煉行業(yè)，冶金吊是非常重要的設(shè)備，設(shè)備的穩(wěn)定性直接關(guān)系到安全生產(chǎn)，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。所以必須保證冶金吊的正常運(yùn)行。我廠的冶金吊為50/20T的橋式起重機(jī)，主鉤采用的是定子調(diào)壓調(diào)速裝置。定子調(diào)速調(diào)壓裝置近年來越來越成熟，廣泛運(yùn)用在大型的冶金吊上，主要原因?yàn)槠诜€(wěn)定性好，安全性高，故障率低，沖擊電流小，調(diào)速平穩(wěn)，速度波動(dòng)小等特點(diǎn)。在保證正常的安全生產(chǎn)，減少故障和故障處理時(shí)間上起到了顯著的作用。下面就我公司使用的BDC系列的調(diào)壓調(diào)速裝置的控制原理，參數(shù)設(shè)定及故障排除等進(jìn)行介紹。

1 控制原理

調(diào)壓調(diào)速裝置是通過控制單元改變繞線式電機(jī)每相背對(duì)背并聯(lián)的一組可控硅的觸發(fā)角度來改變電機(jī)的定子電壓。電機(jī)的力矩與定子電壓的平方成正比（T∝U2）。電機(jī)的速度是通過轉(zhuǎn)子頻率的反饋來測定的。電機(jī)的方向轉(zhuǎn)換時(shí)通過外接的兩個(gè)換向接觸器，在控制單元的控制下，并且在零電流下切換方向，不會(huì)產(chǎn)生相間的環(huán)流。因?yàn)橄到y(tǒng)控制采用的沿斜坡連續(xù)加速和減速，所以對(duì)電機(jī)和機(jī)械減速箱等機(jī)械環(huán)節(jié)沖擊減到最小。

當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，首先由速度給定器送出給定信號(hào)，其大小和極性決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。給定信號(hào)與測速發(fā)電機(jī)反饋信號(hào)相減，其差值送至調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出送至觸發(fā)器，使之輸出一定相移的脈沖，可控硅調(diào)壓裝置則輸出一定的電壓，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定值相匹配。

如果系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速由于某種原因低于要求的數(shù)值時(shí)，測速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)低于目標(biāo)值，調(diào)節(jié)器的輸入和輸出增大，迫使可控硅調(diào)壓器輸出電壓上升，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，并穩(wěn)定在一定的數(shù)值上，這時(shí)定子電壓也就維持現(xiàn)有狀態(tài)保持不變。反之，如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由于某種原因高于所要求的數(shù)值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出減小，迫使可控硅調(diào)壓器裝置的輸出電壓下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。這樣，只要速度給定器的給定值保持不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就基本上保持不變。人為地改變速度給定器的給定值，即可改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行速度，達(dá)到調(diào)速的目的。

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

定子調(diào)壓調(diào)速裝置的基本參數(shù)如電流變比、電機(jī)滿載工作電流、過載保護(hù)等級(jí)、檔位速度等這些設(shè)置根據(jù)設(shè)備及工作要求對(duì)應(yīng)設(shè)置即可。但要滿足行車的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置和計(jì)算就非常重要，直接影響到行車運(yùn)行的平穩(wěn)性和故障率。

2.1 起升回零制動(dòng)

起升檔位回零制動(dòng)的快慢與鉤頭上的載荷大小有關(guān)，比較輕的載荷可能需要比較長的減速時(shí)間以達(dá)到所需速度。如果本參數(shù)設(shè)置投入使用，則裝置會(huì)發(fā)出較強(qiáng)的制動(dòng)力矩幫助設(shè)備盡快減速。如果設(shè)置沒有投入使用，則通過裝置降低電壓，靠機(jī)械阻力和重力作用來減速，所以本參數(shù)對(duì)輕載發(fā)揮作用。如果設(shè)為投入使用，則制動(dòng)力矩的上限值由“起升制動(dòng)電壓”、“下降制動(dòng)電壓”設(shè)置。

此參數(shù)投用后需要合理的設(shè)置二級(jí)限位開關(guān)，因?yàn)樵诳浙^時(shí)觸碰開關(guān)后，需要更長的時(shí)間和距離才能停止。如果起升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，則可以設(shè)置較大的制動(dòng)電壓，從高速擋回低速擋或零位時(shí)如果實(shí)際速度與設(shè)置要求的速度產(chǎn)生差別，會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)電壓，用于產(chǎn)生制動(dòng)力矩。在實(shí)際使用中，多數(shù)情況時(shí)在輕載時(shí)該制動(dòng)才起作用，而重載時(shí)因?yàn)橹亓蜋C(jī)械的減速已經(jīng)達(dá)到制動(dòng)效果，則裝置就不產(chǎn)生電壓進(jìn)行電制動(dòng)。

下降過程中制動(dòng)力矩是根據(jù)速度的PID調(diào)節(jié)進(jìn)行的，如果速度未達(dá)到裝置內(nèi)的目標(biāo)速度，裝置就根據(jù)PID調(diào)整產(chǎn)生力矩已達(dá)到制動(dòng)的速度。在設(shè)置時(shí)，如果設(shè)置參數(shù)過大，則在制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電流，應(yīng)該根據(jù)載荷和供電電壓的情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，已達(dá)到較好的制動(dòng)效果。

2.2 相角延時(shí)關(guān)閉時(shí)間和相角延時(shí)關(guān)閉持續(xù)時(shí)間

相角延時(shí)關(guān)閉時(shí)間和相角延時(shí)關(guān)閉持續(xù)時(shí)間，這兩個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)的是接觸器打開時(shí)間時(shí)的。主要用于換向接觸器切換時(shí)動(dòng)作的延時(shí)。對(duì)于大多數(shù)行車換向接觸器都沒有使用帶快速線圈的接觸器。所以在換向過程中可能因?yàn)閯?dòng)作過于迅速導(dǎo)致接觸器瞬間短路拉弧，接觸器損壞。

接觸器切換時(shí)，調(diào)壓調(diào)速裝置將關(guān)閉可控硅單元元件的觸發(fā)脈沖已達(dá)到零電流切換的目的而保護(hù)接觸器。通常情況下控制回路中應(yīng)該有中間繼電器來拖動(dòng)接觸器，所以在設(shè)置時(shí)間時(shí)應(yīng)考慮繼電器吸合時(shí)間，一般情況下繼電器的吸合時(shí)間為15ms。例如接觸器LC1-265接觸器的斷開時(shí)間為150ms，吸合時(shí)間為65ms，所以相角延時(shí)打開時(shí)間應(yīng)該設(shè)置為80ms。

相角延時(shí)關(guān)閉時(shí)間=接觸器吸合時(shí)間+繼電器吸合時(shí)間=65ms+15ms=80ms

相角關(guān)閉持續(xù)時(shí)間=接觸器斷開時(shí)間-相角延時(shí)關(guān)閉時(shí)間=150ms-80ms=70ms

3 起升機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程

3.1 提升過程

當(dāng)選擇并給定提升中的任意檔位時(shí)，調(diào)壓調(diào)速裝置控制接觸器吸合，電機(jī)得電，短時(shí)后制動(dòng)器釋放，電機(jī)沿著參數(shù)給定的模式平穩(wěn)減速。選擇給定的是低速檔位，則電機(jī)被調(diào)速到這個(gè)給定的檔位速度上，如選擇給定的檔位是最高速檔位，則電機(jī)按最高速度運(yùn)行，平穩(wěn)的加速到全速。檔位接觸器在特定速度下切換，以滿足電機(jī)平穩(wěn)加速的目的。

當(dāng)從全速或高速擋降到低速檔位時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩是在可控硅驅(qū)動(dòng)下逐步減小，直至達(dá)到所需要的機(jī)構(gòu)速度，如果是輕載，則當(dāng)減速斜坡與設(shè)定值誤差足夠大時(shí)，電機(jī)將會(huì)強(qiáng)制電壓制動(dòng)以盡快到達(dá)所需要的低速上。當(dāng)回到零位上時(shí)，而當(dāng)前速度斜坡與預(yù)期誤差足夠大時(shí)，如果此時(shí)起升電制動(dòng)為投用，電機(jī)將進(jìn)入電制動(dòng)以最快速的方式進(jìn)行減速，直至零速。

3.2 重載下降

給定任意檔位下降后，調(diào)壓調(diào)速裝置將使起升接觸器吸合，電機(jī)得電，短時(shí)后制動(dòng)器釋放，重載情況下，下降過程中起升接觸器一直吸合，電機(jī)被加載反向力矩使電機(jī)達(dá)到所需的速度而反向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷平穩(wěn)的下降。

在空載下降的情況下，下降接觸器有可能吸合強(qiáng)制機(jī)構(gòu)下降，全速下降時(shí)，下降接觸器立即吸合，裝置輸出全電壓。

主令從下降全速或高速擋降低檔位時(shí)，則電機(jī)被加載反轉(zhuǎn)力矩，以減速至低速。在主令回零期間，電機(jī)被加載了大的反力矩使電機(jī)按照設(shè)定的模式回到零速，制動(dòng)器抱閘，短時(shí)后電機(jī)失電。

3.3 反接制動(dòng)

和其他下降模式不同，輕載在某檔位低速下降時(shí)，起升接觸器先吸合，短時(shí)后制動(dòng)器釋放，如果電機(jī)不下降，則調(diào)壓調(diào)速裝置將控制下降接觸器吸合，強(qiáng)制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下降。

如果由于某些原因，如慣性、卡阻、高度變化等外部原因，載荷又變重且足以倒拉著電機(jī)下降，則系統(tǒng)將自動(dòng)變回反接制動(dòng)下降模式。此特性是一種安全式操作特性，除全速下降外，其他情況均為起升接觸器先吸合，使電機(jī)和制動(dòng)器有效而安全的操作，也使得負(fù)荷可以被精確地放置。

4實(shí)際使用效果

我廠3臺(tái)冶金吊的提升裝置使用了定子調(diào)壓調(diào)速裝置，在過去的十年里，定子調(diào)壓調(diào)速裝置的故障次數(shù)很少。

定子調(diào)壓調(diào)速裝置的穩(wěn)定性很好。建議使用年限在8年，因?yàn)槎ㄗ诱{(diào)壓調(diào)速裝置的內(nèi)部電路較為復(fù)雜，主板長期工作的容易老化，隨著使用年限的增加，故障的產(chǎn)生會(huì)隨著出現(xiàn)。

5 結(jié)論

隨著科技的進(jìn)步，在起重的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，交流調(diào)速已經(jīng)成為趨勢，并在不斷的探索新的調(diào)速方式。作為交流調(diào)速控制中重要的一種方式，定子調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)有控制簡單，維修方便，控制性能良好的優(yōu)點(diǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)一步研究定子調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制的原理，對(duì)與改進(jìn)調(diào)速性能，促進(jìn)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展有著深淵的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]揚(yáng)興瑤，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理與系統(tǒng).水利電力出版社，1979

[2]鄒本太，揚(yáng)柏森，蔡斌，電力拖動(dòng)和自動(dòng)控制.機(jī)械工業(yè)出版社， 1987

[3]劉竟成，交流調(diào)速系統(tǒng)，上海交通大學(xué)出版社，1991

[4]黃俊，半導(dǎo)體變流技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，1980

作者簡介：

呂堅(jiān)（1988-），男，電子信息工程學(xué)士學(xué)位，電氣工程師，從事電氣自動(dòng)化控制控制10年，具有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)，對(duì)電力拖動(dòng)，PLC、DCS編程組態(tài)熟悉，熟悉各種電氣、儀表的應(yīng)用。