調(diào)壓調(diào)速裝置在天車上的應(yīng)用

李娟娟 杜奇超 袁友

［摘要］文章闡述繞線型異步電機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速原理及調(diào)壓調(diào)速裝置在天車上的應(yīng)用，重點(diǎn)分析調(diào)壓調(diào)速裝置在使用中出現(xiàn)的單電機(jī)工作、不同步等故障以及處理的方法。

［關(guān)鍵詞］調(diào)壓調(diào)速裝置；過(guò)電壓；失速

［作者簡(jiǎn)介］李娟娟，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司第一煉軋廠機(jī)修一車間助理工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化控制，河南安陽(yáng)，455004；杜奇超，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司第一煉軋廠電氣科工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化控制，河南安陽(yáng)，455004；袁友，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司第一煉軋廠電氣科工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化控制，河南安陽(yáng)，455004

［中圖分類號(hào)］ TH16 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）03-0040-0002

一、調(diào)壓調(diào)速裝置原理

由電機(jī)原理可知，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)定子電壓平方成正比，隨著電壓降低，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩成平方比例下降，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（天車卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)），由于U/F=常數(shù)，所以其調(diào)速范圍較窄，往往不能滿足生產(chǎn)工藝要求。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，一般在轉(zhuǎn)子回路串電阻，但這樣容易造成機(jī)械特性太軟，系統(tǒng)負(fù)載能力降低。為克服這些缺點(diǎn)，采用帶速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題。

系統(tǒng)工作時(shí)，首先由速度給定送出給定信號(hào)，其大小與極性決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，給定信號(hào)與反饋信號(hào)相比較，送到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出送到觸發(fā)控制單元，使之輸出一定相移的脈沖，可控硅輸出一定的電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定值相當(dāng)。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于要求的數(shù)值時(shí)，速度反饋系統(tǒng)輸出電壓下降，調(diào)節(jié)器的輸入和輸出增大，迫使可控硅輸出電壓上升，轉(zhuǎn)速上升，并穩(wěn)定在一定數(shù)值上，這時(shí)定子電壓基本不變，反之亦然,即人為的改變速度給定器的給定值（如天車檔位）可以改變電動(dòng)機(jī)的規(guī)定運(yùn)行速度，達(dá)到調(diào)速目的。在實(shí)際閉環(huán)控制過(guò)程中，一般要引入電流反饋，通過(guò)電流互感器檢測(cè)主回路電流，如果主回路電流過(guò)大，則調(diào)節(jié)器的輸出減小，可控硅輸出電壓降低，保證主回路電流在允許范圍內(nèi)，起到過(guò)流保護(hù)作用。

由分析可知，定子調(diào)壓調(diào)速與串電阻系統(tǒng)是通過(guò)速度反饋值與給定值相比較，通過(guò)調(diào)節(jié)器及時(shí)調(diào)節(jié)電壓，通過(guò)電流負(fù)反饋保證電流在合理范圍內(nèi)，從而保證備控量適應(yīng)控制量的要求，MH調(diào)壓調(diào)速裝置正是基于上述原理設(shè)計(jì)的。原理與特點(diǎn)：控制單元通過(guò)改變每相可控硅的觸發(fā)角來(lái)改變電機(jī)定子電壓，電機(jī)速度是通過(guò)轉(zhuǎn)子頻率來(lái)測(cè)定的，電機(jī)的方向轉(zhuǎn)換是通過(guò)外接兩個(gè)換向接觸器實(shí)現(xiàn)，在控制單元控制下，方向切換實(shí)現(xiàn)零電流不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，系統(tǒng)控制是沿斜坡連續(xù)加、減速，對(duì)電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械沖擊減到最??；調(diào)壓調(diào)速裝置是數(shù)字化可控硅控制裝置，能適應(yīng)惡劣環(huán)境和多級(jí)控制的場(chǎng)合，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)前先建立電機(jī)轉(zhuǎn)矩，再松開(kāi)制動(dòng)器的特點(diǎn)，具有零速抱閘、零電流換向、故障診斷、光電隔離等優(yōu)點(diǎn)。

二、常見(jiàn)故障

1.常發(fā)生單電機(jī)工作或裝置停機(jī)現(xiàn)象，再送電后正常調(diào)壓調(diào)速裝置送電后，天車在下降過(guò)程中，由高速回到低速時(shí)，常出現(xiàn)其中一臺(tái)電機(jī)停止工作或兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)停止工作，再送電后又一切正常。對(duì)于位能性重負(fù)載而言，有很大的安全與設(shè)備隱患，并影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。

2.兩套裝置不同步現(xiàn)象嚴(yán)重。天車主起升機(jī)械傳動(dòng)采用星型減速機(jī)，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)由單獨(dú)的調(diào)壓調(diào)速裝置控制，由于兩臺(tái)調(diào)壓調(diào)速裝置沒(méi)有主從控制關(guān)系，當(dāng)裝置投運(yùn)后，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)嚴(yán)重不同步，兩臺(tái)電機(jī)高速側(cè)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)差兩周以上，造成減速機(jī)振動(dòng)大，容易造成機(jī)械損傷，縮短減速機(jī)使用壽命。

3.天車停用后，再啟動(dòng)發(fā)現(xiàn)裝置故障，經(jīng)檢查，裝置控制板或觸發(fā)板、熔斷器、可控硅已損壞，影響生產(chǎn)達(dá)數(shù)小時(shí)。

三、故障分析及處理措施

1.系統(tǒng)由PLC控制，采用定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻全閉環(huán)控制，裝置在啟動(dòng)前，根據(jù)電機(jī)有關(guān)參數(shù)先建立轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)學(xué)模型，在一定輸出轉(zhuǎn)矩下啟動(dòng)。由于兩臺(tái)MH調(diào)壓調(diào)速裝置沒(méi)有主從控制關(guān)系，裝置工作沒(méi)有協(xié)調(diào)能力，而電機(jī)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)間不一定相同，所以容易發(fā)生不同步現(xiàn)象；兩臺(tái)電機(jī)分別由單獨(dú)的接觸器控制，PLC輸出控制一個(gè)繼電器，兩套裝置的工作用一個(gè)繼電器兩個(gè)輔助點(diǎn)，裝置的控制信號(hào)容易受到干擾，再次確定兩套裝置是單獨(dú)的，正反轉(zhuǎn)接觸器不能同時(shí)動(dòng)作，故產(chǎn)生了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不同步現(xiàn)象。對(duì)裝置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善，同時(shí)對(duì)PLC程序做了修改調(diào)整，改進(jìn)控制線路，不同步現(xiàn)象得以徹底消除。

2.單電機(jī)工作或死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)多次觀察是電機(jī)失速或過(guò)電壓造成的。死機(jī)現(xiàn)象是電子式超速開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起。具體分析：由高速回收低速時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)突然接到減速指令后，電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài),轉(zhuǎn)速瞬時(shí)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，時(shí)間大約是150ms，由于電機(jī)負(fù)荷不同，失速時(shí)間不同，當(dāng)小于超速開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)速度時(shí)，失速引起過(guò)電壓使裝置停機(jī)，出現(xiàn)單電機(jī)工作狀況；當(dāng)大于超速開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)速度時(shí)，超速開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作引起系統(tǒng)跳閘，發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，查清上述原因后，對(duì)裝置參數(shù)、控制程序進(jìn)行優(yōu)化，使之躲過(guò)失速瞬間引起超速或過(guò)電壓，問(wèn)題得以解決。

3.裝置損壞現(xiàn)象。因電網(wǎng)電壓波動(dòng)，出現(xiàn)瞬時(shí)高電壓損壞裝置可控硅或控制板；接觸器換向引起弧光短路損壞裝置。由于接觸器換向靠外部通過(guò)裝置給定，動(dòng)作較快，而接觸器在重負(fù)荷切換時(shí)拉弧時(shí)間長(zhǎng)（200ms左右），所以引發(fā)接觸器換向時(shí)弧光短路損壞裝置可控硅及控制板、觸發(fā)板、熔斷器。當(dāng)K1A和 K2A換向切換時(shí)，K1A斷開(kāi)，K2A閉合，K1A斷開(kāi)過(guò)程中，重負(fù)荷情況下接觸器有大的拉弧，在消弧過(guò)程中有弧光電阻R存在，此時(shí)若K2A閉合，就造成A、C相弧光短路，發(fā)生上述故障現(xiàn)象，反之亦然。經(jīng)對(duì)裝置有關(guān)參數(shù)修改后，問(wèn)題得以解決。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)上述故障原因，對(duì)控制裝置的中央控制板參數(shù)、控制程序、外部線路改造后，經(jīng)過(guò)一年的生產(chǎn)實(shí)踐，調(diào)壓調(diào)速裝置運(yùn)行平穩(wěn)可靠，很好地滿足了生產(chǎn)要求。