渦流調(diào)速控制系統(tǒng)在起重機(jī)中的應(yīng)用

吳文平，宋賽中

中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司，上海 201900

渦流調(diào)速控制系統(tǒng)在起重機(jī)中的應(yīng)用

吳文平，宋賽中

中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司，上海 201900

本文詳細(xì)介紹了渦流電機(jī)控制器在起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，工作原理及使用方法。

渦流電機(jī)勵(lì)磁控制；渦流調(diào)速；起重機(jī)

1 概述

起重機(jī)渦流調(diào)速控制系統(tǒng)，主要采用和卷?yè)P(yáng)電動(dòng)機(jī)同軸的渦流制動(dòng)器作為控制元件，通過(guò)改變渦流制動(dòng)器的勵(lì)磁電流改變其制動(dòng)力矩，并通過(guò)轉(zhuǎn)子回路串接電阻來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)速目的。渦流制動(dòng)器的控制裝置采用ZD-005型速度調(diào)節(jié)器，本裝置可為渦流制動(dòng)器提供一個(gè)可變的勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)速目的。為了提高機(jī)械特性硬度，控制系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓作為速度取樣信號(hào)，進(jìn)行速度閉環(huán)控制。本套控制裝置為二十冶電裝分公司研發(fā)的產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于各種噸位的起重機(jī)提升部分的調(diào)速控制，具有更換方便、控制可靠、升降速度平穩(wěn)、并大大提高了吊裝作業(yè)的安全系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。圖1是其控制結(jié)構(gòu)圖。

圖1 渦流調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 渦流調(diào)速控制系統(tǒng)的組成和工作原理分析

2.1 ZD-005型速度調(diào)節(jié)器工作原理及電路邏輯框圖

從電機(jī)學(xué)可知，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓和其轉(zhuǎn)速成發(fā)反比，所以通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，就可以反映卷?yè)P(yáng)電動(dòng)機(jī)的速度實(shí)際值。本系統(tǒng)是利用卷?yè)P(yáng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓作為速度實(shí)際值，與給定速度進(jìn)行比較，由比例積分放大器形成速度閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)蹉^有一個(gè)預(yù)設(shè)定工作速度時(shí)，通過(guò)本裝置控制渦流制動(dòng)器勵(lì)磁電流的大小，而產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)控制吊鉤的工作速度，使之維持在給定的速度上，從而達(dá)到速度自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。本系統(tǒng)也可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為速度反饋信號(hào)，同樣可達(dá)到以上的效果。

電路邏輯框圖見圖2所示。

圖2 渦流調(diào)速控制系統(tǒng)電路邏輯圖

2.2 速度調(diào)節(jié)器各環(huán)節(jié)原理分析

2.2.1 主回路

主回路采用單相半控橋整流方式 。整流裝置輸入電壓可以采用二相 AC220V或二相 AC380V。當(dāng)使用 AC380V時(shí)，連接印刷線路板焊接橋L-380V；當(dāng)使用AC220V時(shí)，連接印刷線路板L-220V連接。

2.2.2 速度調(diào)節(jié)裝置

速度調(diào)節(jié)裝置是采用比例積分（PI）調(diào)節(jié)裝置。具有良好的靜特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，保證了系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，其工作原理見圖3。

圖3

W1是調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)定吊鉤工作速度給定值的電位器。經(jīng)由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)出的速度實(shí)際值UF反饋給N1輸入端與給定信號(hào)比較，當(dāng)卷筒實(shí)際工作速度與預(yù)設(shè)定速度出偏差時(shí)，通過(guò)N1輸出脈沖移相信號(hào)，使可控硅裝置輸出一個(gè)與卷筒速度成正比的電流送到渦流制動(dòng)器勵(lì)磁線圈AS，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，自動(dòng)調(diào)節(jié)卷筒工作速度，從而使吊鉤勻速升降。圖3中，R32比例系數(shù)調(diào)整，C17積分時(shí)間常數(shù)調(diào)整，通過(guò)調(diào)整 R32和C17數(shù)值可以改變調(diào)速裝置的動(dòng)態(tài)的響應(yīng)時(shí)間 。

本裝置各值整定為R41=R43=22K

C17=6.8uF

其比例系數(shù)：KP=R32/（R41＋R43）

=330/44=7.5

積分時(shí)間常數(shù)：τ=（R41＋R43）×C47=44×6.8 =300（ms）2.2.3 斜坡發(fā)生器電路

圖4 斜波函數(shù)發(fā)生器控制電路

為了保證行車起動(dòng)及升降速度時(shí)平穩(wěn)，本裝置設(shè)有斜坡發(fā)生器電路，通過(guò)調(diào)整電位計(jì)R70、R71電位計(jì)可改變加減速時(shí)間。由放大器A1、A2、A3、組成斜坡發(fā)函數(shù)生器見圖4所示。斜坡時(shí)間由電阻R5和電容C5組成，R70、R71、電位器分別為加速時(shí)間和減速時(shí)間調(diào)整。加速時(shí)間t1=Usc/Usr.R5.C2（s）減速時(shí)間t2= Usc/Usr.R8.C2（s）輸入電壓輸出Usr數(shù)值由電位器R70和R71來(lái)調(diào)整，輸出電壓Usc按10V來(lái)計(jì)算 。

2.2.4 電壓限幅保護(hù)

本裝置增加了電壓限幅控制電路，它可以有效地防止渦流制動(dòng)器因過(guò)壓而損壞。R30為電壓限幅調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)該電位器輸出電壓可從80V ～240V連續(xù)可調(diào)，見圖2所示。

2.2.5 輸入接口控制（見圖5所示）

圖5

K1閉合，D91燈亮，脈沖封鎖；K2、 K5閉合，D92、D95燈亮1檔工作；K2、K3、K5閉合，D92、D93、 D95燈亮，2檔工作；K4打開，K94燈滅，極限速度限制；K5閉合，K95燈亮，調(diào)節(jié)器釋放；K6閉合，K96燈亮，附加給定投入。

3 系統(tǒng)調(diào)試步驟

3.1 交流電源輸入檢查

L1、L2是裝置交流主回路電源輸入端子，根據(jù)需要可輸入交流380或交流220V電源。當(dāng)額定輸入電壓為交流380V時(shí)，連接印刷線路板中焊接橋 L-380V，當(dāng)額定輸入電壓為交流220V時(shí)，連接線路板中焊接橋L-220V。通電前應(yīng)仔細(xì)檢查輸入電壓和裝置設(shè)定電壓是否，確認(rèn)后方可通電。D11綠燈亮表示主回路電源接通。

3.2 直流輸出

本裝置輸出端子“+”“-”直接和渦流制動(dòng)器勵(lì)磁繞組連接。當(dāng)輸入電壓為AC220V時(shí)，最大輸出直流電壓DC150V，當(dāng)輸入電壓為AC380V時(shí)，最大輸出電壓為DC240V。

3.3 測(cè)速信號(hào)（反饋信號(hào)UF）的輸入

本系統(tǒng)是采用轉(zhuǎn)子電壓作為速度反饋信號(hào)，是通過(guò)分壓電阻從端子1、2輸入，并把印刷線路板中的焊接橋COM、 V短接。本裝置也可當(dāng)采用測(cè)速機(jī)作為速度信號(hào)時(shí)，應(yīng)把印刷線路板中焊接橋COM、CS短接。注意當(dāng)使用轉(zhuǎn)子電壓作為測(cè)速信號(hào)時(shí)，必須通過(guò)分壓電阻輸入其分壓值為30V左右（在電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的電壓）決不允許轉(zhuǎn)子電壓直接輸入，否則由于輸入電壓過(guò)高而燒壞控制板。

3.4 吊鉤工作速度設(shè)定：（1檔、2檔設(shè)定）

吊鉤工作速度設(shè)定可通過(guò)R73和R74來(lái)調(diào)整，R73作為 1 檔速度調(diào)整，R74作為2檔速度調(diào)整，端子3為調(diào)節(jié)裝置OV端?？梢栽?、4、5端子加一電位計(jì)作為遠(yuǎn)方的速度調(diào)整，不采用遠(yuǎn)方控制時(shí)4、5端應(yīng)短接。因?yàn)闇u流制動(dòng)器不允許高速運(yùn)行，所以一般1檔和2檔速度按10%和20%的電動(dòng)機(jī)額定速度來(lái)整定。如果通過(guò)調(diào)R73和R74電位器仍不能滿足速度要求，則靠改變R54的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.5 吊鉤極限工作速度預(yù)設(shè)定

為了保證吊鉤在帶重物下降過(guò)程中的安全，本裝置設(shè)置了極限工作速度限制環(huán)節(jié)，在吊鉤工作過(guò)程中可隨意把其運(yùn)行速度限制在最低。該控制方式的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)腳踏開關(guān)或其它方式使K4繼電器打開，調(diào)整R72電位計(jì)來(lái)完成所需運(yùn)行速度，當(dāng)不使用該功能時(shí)，應(yīng)將13端和電源短接（見圖5）或把R72調(diào)至最大。K6閉合作為運(yùn)行速度附加給定值，用戶可選擇使用。

3.6 輸出電壓限制的設(shè)定

為保證行車從高速回到零速能快速平穩(wěn)停車，且保證不使渦流制動(dòng)器因過(guò)壓損壞，特設(shè)R30作為電壓限幅調(diào)整。調(diào)試時(shí)只使K5閉合調(diào)整R30電位計(jì)使直流輸出電壓為渦流制動(dòng)器的額定電壓。如不能滿足要求可改變R34焊接橋的電阻值。當(dāng)使用額定電壓80V的渦流制動(dòng)器時(shí)R34電阻值采用51K。

R34數(shù)值選47K電阻電壓可從100V～220V連續(xù)可調(diào)，基本上能滿足國(guó)產(chǎn)渦流制動(dòng)器的需要。

3.7 吊鉤下降時(shí)加、減速度的調(diào)整

使吊車滿足運(yùn)行條件，操作吊鉤從停止運(yùn)行到1檔，然后再切換到2檔，調(diào)整電位器R71實(shí)現(xiàn)升速0-1檔、1-2檔間過(guò)渡平穩(wěn)，快慢適中，同樣從2-1檔，1-0檔切換，調(diào)整 R70電位器使各檔間減速過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)，快慢適中。

3.8 使用轉(zhuǎn)子電壓反饋時(shí)的調(diào)試方法

先使行車上升或下降1檔位置上，并使抱閘不動(dòng)作，讓電機(jī)堵轉(zhuǎn)先調(diào)整滑線電阻R，使其輸出30V左右（參見圖6）后在把其輸出和速度調(diào)節(jié)器的 1、2 端子相連，不允許在30V電壓沒調(diào)好時(shí)和調(diào)輸出和速度調(diào)節(jié)器的 1、2 端子相連，以免電壓過(guò)高燒壞電路板。最后在調(diào)整印刷電路板上的R83電位計(jì)，并用萬(wàn)表測(cè)量X3端子1 和3 端的輸出電壓，使其為OV即可。

圖6

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析可知，采用渦流調(diào)速系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、安全性能好，適用于各種噸位的起重機(jī)調(diào)速控制。其缺點(diǎn)是有一定的渦流損耗，不利于節(jié)能，由于它控制簡(jiǎn)單成本低，以前很多行車采用德國(guó)的MAN產(chǎn)品，價(jià)格是渦流調(diào)速產(chǎn)品的3倍，目前已逐步被我們研發(fā)產(chǎn)品代替，2010年已申報(bào)成果轉(zhuǎn)化。目前本產(chǎn)品在寶鋼、新疆八一鋼廠、通化鋼廠、梅山鋼廠、廣州中山發(fā)電廠、河北宣鋼的起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

[1]童詩(shī)白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1988．

[2]佚名.可控硅的工作原理及原理圖.www.elecfans.com，2010，3．

[3]鐘述文.寶鋼交流調(diào)速應(yīng)用現(xiàn)狀及思考.儀器儀表交易網(wǎng)，2005，4．

TH21

A

1674-6708（2011）36-0154-02