鐵水魚雷罐車傾翻電氣控制研究

王玉城，鐘 敏

（武漢設(shè)備維修總廠，湖北武漢 430083）

鐵水魚雷罐車傾翻電氣控制研究

王玉城，鐘 敏

（武漢設(shè)備維修總廠，湖北武漢 430083）

鐵水魚雷罐車是鋼廠中重要的鐵水運輸工具。主要研究武鋼四煉鋼廠鐵水魚雷罐車傾翻動作及其抱閘的電氣控制設(shè)計原理，同時針對鐵水魚雷罐車傾翻常見故障，分析故障原因，探討故障排查及處理的方法，以提高鐵水魚雷罐車傾翻故障的處理效率，從而保證生產(chǎn)中鐵水有序的供應(yīng)。

鐵水魚雷罐車；傾翻；抱閘；電氣控制

0 引言

武鋼四煉鋼廠使用的鐵水由鐵水魚雷罐車從煉鐵廠運輸而來，鐵水運輸?shù)竭_(dá)四煉鋼倒罐站后，從倒罐站電氣室引出的接電裝置直接插在魚雷罐車的接電插座上，通過倒罐站的電氣控制系統(tǒng)控制魚雷罐車傾翻，最終完成鐵水的傾倒任務(wù)。這也是整個煉鋼的第一步工序，因此鐵水傾翻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及出現(xiàn)故障排查的及時性，直接關(guān)系到后續(xù)生產(chǎn)的持續(xù)性，為此本文的研究十分必要。

1 傾翻動作電氣控制設(shè)計

1.1 啟動方式的選擇

魚雷罐傾翻采用的是兩臺繞線式三相異步電動機(jī)，其動力原理圖如圖1所示。異步電動機(jī)直接啟動，啟動電流一般為額定電流的4～7倍，大功率電機(jī)的啟動會對電網(wǎng)造成沖擊，直接全壓啟動在啟動瞬間的轉(zhuǎn)矩力非常大，會對電機(jī)內(nèi)部損傷?？煽紤]采用轉(zhuǎn)子繞線串電阻方式降壓啟動，通過滑環(huán)及電刷裝置與外加的電阻相連接，通過選擇適阻值的外加電阻，可獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩及較小的啟動電流[1]。

圖1 魚雷罐傾翻動力原理圖

1.2 調(diào)速方式的設(shè)計

魚雷罐傾翻采用轉(zhuǎn)子繞線串電阻方式降壓啟動，如所串電阻為固定電阻，由于其阻值不能調(diào)節(jié)，因此傾翻過程中也不能實現(xiàn)有級調(diào)速。根據(jù)實際需要，可考慮采用轉(zhuǎn)子繞組串切四級電阻調(diào)速的方式進(jìn)行傾翻調(diào)速，轉(zhuǎn)子繞組采用Y型接法，所串電阻集中在一個電阻箱內(nèi)，其接線方式如圖2所示，其中1#電機(jī)通過接觸器KM3、KM4、KM5、KM6完成四級電阻的投切，2#電機(jī)通過接觸器KM15、KM16、KM17、KM18完成四級電阻的投切。操作人員通過搖動操作手柄四個檔位完成四級電阻的投切，為避免兩級直接過快投切對電路及設(shè)備造成沖擊，程序中控制每級電阻投切的時間間隔至少為3 s[2]。

圖2 傾翻電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串、切電阻回路圖

2 傾翻抱閘電氣控制設(shè)計

2.1 傾翻抱閘動作原理分析

兩臺傾翻電機(jī)使用的抱閘均為直流電磁閘，故抱閘電源使用的是直流電源。抱閘的動作原理是：電磁抱閘線圈也得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使抱閘的閘瓦與閘輪分開，電動機(jī)正常運轉(zhuǎn)；電磁抱閘線圈失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使抱閘的閘瓦緊緊抱住閘輪，電動機(jī)被制動而停轉(zhuǎn)。電磁鐵的吸力和彈簧的拉力相等時，抱閘的打開便會處于穩(wěn)定狀態(tài)，下面對電磁鐵吸力及彈簧拉力和進(jìn)行定性分析，圖3、圖4為電磁鐵吸合示意圖及彈簧拉伸示意圖。

?為磁通量（麥），S為磁通面積（cm2），α為修正系數(shù)（約為3～5），c為氣隙長度(cm)，F(xiàn)1為磁鐵吸力

Rm為磁阻（1/H），l為磁路長度（cm）在此也即是氣隙長度c，μ為導(dǎo)磁系數(shù)。

I為電流（A），W為線圈的匝數(shù)，?為磁通量（麥），Rm為磁阻（1/H）。

將磁阻公式2及磁勢公式3代入磁鐵吸力公式1可得新磁鐵吸力公式：

F2為彈簧拉力，k為彈簧的彈性系數(shù)，L2-L1為彈簧拉伸長度其等于磁鐵初始?xì)庀堕L度c2減去吸合后的氣隙長度c1。

直流電磁鐵的線圈電阻為常數(shù)，在工作電壓不變的情況下，線圈的電流也是常數(shù)，在吸合過程中不會隨氣隙的變化而變化。磁鐵在吸合前氣隙較大，由公式（2）知其磁路的磁阻也較大，由公式（3）知其磁通較小，由公式（1）知因而其吸力也較?。晃虾髿庀逗苄?，由公式（2）知其磁路的磁阻也很小，由公式（3）知其磁通變大，由公式（1）知因而其吸力也變大。由公式（4）隨著氣隙的減小，磁鐵吸力增長的很快；由公式（5）隨著氣隙的減小，彈簧的拉力增長的較慢。由公式（4）知抱閘開啟起初，可通過增加線圈中的電流來增大磁鐵吸力，待抱閘完全吸合可通過減小線圈中的電流來維持磁鐵吸力與彈簧拉力的平衡。

圖3 磁鐵吸合示意圖

圖4 彈簧拉伸示意圖

根據(jù)I=U/R，在R一定、U變大時，線圈中的電流會變大；U變小時，線圈中的電流會變小，同時根據(jù)P=(U·U)/R，在R一定，U變小時，線圈所損耗的功率也會降低。

綜合以上分析可知，可以采用大電壓激勵、小電壓維持的方式控制抱閘開啟，這樣做可以降低抱閘合閘時的沖擊，減少抱閘線圈發(fā)熱和降低抱閘沖擊的噪聲，根據(jù)實際需求，在此使用的是220V/24V直流電源電磁閘[3]。

2.2 傾翻抱閘電氣控制回路設(shè)計

2.2.1 傾翻抱閘電源整流電路設(shè)計

傾翻抱閘使用的為直流220 V電源，而工廠一般提供的為380 V交流電源，為此需要進(jìn)行整流變換，首先選用交流變壓器將380 V的交流電源轉(zhuǎn)變成250 V的交流電源，然后再使用整流塊將250 V的交流電源轉(zhuǎn)變成220 V直流電源，其電路設(shè)計圖如圖5所示。

圖5 傾翻抱閘電源整流電路圖

2.2.2 傾翻抱閘直流電源電壓切換電路設(shè)計

由于傾翻抱閘采用大電壓激勵、小電壓維持的方式，因此在通電后直流電路需首先輸出一個220VDC激勵張開電壓，經(jīng)過一段時間延時待抱閘完全張開，輸出電壓應(yīng)瞬間降為24VDC，以維持抱閘的吸合狀態(tài)。為此可以在抱閘回路中串入兩個電阻R3、R4，R3/R4=220/24，通電初始R3被切除，220 V直流電壓全部加在R4上，即抱閘上個加220 V直流電壓，通電一段時間后R3被投入，由于R3的分壓，加在R4上的電壓變?yōu)?4 V，即抱閘上電壓變?yōu)?4 V，具體的電路設(shè)計圖如圖6所示。

2.3 抱閘開啟動作過程分析

（1）KM10為直流側(cè)總接觸器，當(dāng)傾翻正、反轉(zhuǎn)時KM10立即吸合。

（2）KM13為直流側(cè)手動插頭控制接觸器，當(dāng)手動插頭接電正常且傾翻正、反轉(zhuǎn)時KM13立即吸合；KM12為直流側(cè)手動插頭控制接觸器，當(dāng)自動插頭接電正常且傾翻正、反轉(zhuǎn)時KM12立即吸合。

（3）KM14為交流側(cè)總接觸器，當(dāng)傾翻正、反轉(zhuǎn)時延時1 s接通。

（4）KM11為投切電阻接觸器，當(dāng)傾翻正、反轉(zhuǎn)時KM11立即吸合，將經(jīng)濟(jì)電阻R3切除，KM14接通后，直流220 V電壓全部加在電阻R4上，也就是全部加在兩個傾翻抱閘上（傾翻有兩個電機(jī)）；2 s后KM11會自動斷開，這時經(jīng)濟(jì)電阻會投入到電路中進(jìn)行分壓，由于R3/R4=55/6，這時加在R4上的電壓為24 V，也就是加在兩個傾翻抱閘上的電壓為24 V。

從以上元件動作過程可清晰的了解傾翻抱閘控制的整個過程，當(dāng)傾翻正、反轉(zhuǎn)時，直流側(cè)電路首先接通，1 s后交流側(cè)電路接通，此時抱閘在大電壓下開始動作，再2 s后抱閘吸合已穩(wěn)定，此時再將電阻R3投入，抱閘在小電壓下維持吸合狀態(tài)。

圖6 傾翻抱閘直流電源電路圖

3 常見故障及處理方法

3.1 傾翻無動作、傾翻電流大

3.1.1 傾翻抱閘未完全打開（傾翻電流大）

（1）首先傾聽傾翻是否有抱閘動作的響聲，如有響聲則證明抱閘已經(jīng)動作，同時還要觀察抱閘投切電阻接觸器KM11的動作狀態(tài)，如KM11一直未吸合可判斷此接觸器壞，導(dǎo)致未能提供給抱閘大電壓進(jìn)行激勵，提供給抱閘的電壓一直為24 V，抱閘未完全打開。

3.1.2 傾翻抱閘未打開（傾翻無動作且傾翻電流大）

（1）如無動作響聲，則需要對抱閘整流塊進(jìn)行測量，一般情況整流塊交流側(cè)和直流側(cè)的電阻都在1 MΩ左右，如測量阻值過小甚至為零或為無窮大，則證明此整流塊已燒，需更換整流塊。

（2）如無動作響聲且整流塊正常，需對整個抱閘交流側(cè)線路和直流側(cè)線路進(jìn)行檢查，首先需觀察交流側(cè)開關(guān)QF4和直流側(cè)開關(guān)QF6是否跳電，其次要檢查交流側(cè)接觸器KM14和直流側(cè)接觸器KM10、KM13是否吸合，最后要檢查交流側(cè)線路和直流側(cè)線路是否斷路，直流側(cè)尤其要單獨測量接電裝置2#和6#線（閘線）是否斷路、接地、短路，如有此類情況，需更換接電裝置。

（3）檢查接電裝置插頭和傾翻車體插座的2#和6#接線柱是否接觸不良，如接觸不良需進(jìn)行打磨。

3.1.3 傾翻電機(jī)定子繞組故障（傾翻無動作且傾翻電流大）

（1）首先在現(xiàn)場單獨測量接電裝置A、B、C三相，看是否有接地、斷相及短路的情況，如有此類情況，需更換接電裝置。

（2）再在傾翻車插座上測量電機(jī)A、B、C三相，看是否有接地、單相、短路、三相阻值不平衡等情況，如有此類情況，通知運輸部進(jìn)行處理。

（3）檢查接電裝置插頭和傾翻車體插座的A、B、C接線柱是否接觸不良，如接觸不良需進(jìn)行打磨[4]。

3.1.4 傾翻電機(jī)串切電阻故障（傾翻無動作且傾翻電流大）

（1）首先在現(xiàn)場單獨測量接電裝置D、E、F三相，看是否有接地、斷相及短路的情況，如有此類情況，需更換接電裝置。

（2）再在現(xiàn)場端子箱內(nèi)測量D、E、F三相，看是否有接地、單相、斷路、三相阻值不平衡等情況，如有此類情況需到電氣室打開相對應(yīng)的兩個端子箱，檢查電阻箱內(nèi)電阻及接線柱是否有燒損的情況，再進(jìn)行相應(yīng)處理。

（3）檢查接電裝置插頭和傾翻車體插座的D、E、F接線柱是否接觸不良，如接觸不良需進(jìn)行打磨[4]。

3.1.5 接電OK信號未來（傾翻無動作）

（1）首先在現(xiàn)場單獨測量接電裝置1#和14#線，看是否有斷相的情況，如有此類情況，需更換接電裝置，為不影響生產(chǎn)，可在現(xiàn)場端子箱內(nèi)將1#和14#端子短接。

（2）檢查接電裝置插頭和傾翻車體插座的1#和14#接線柱是否接觸不良，如接觸不良需進(jìn)行打磨。

3.2 傾翻動作慢、傾翻電流偏小

三相繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入電阻時，轉(zhuǎn)速會因為串入的阻值大小而變化，串入的阻值越大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，其電流也會因串入的阻值大小而變化，串入的阻值越大，電機(jī)的電流越小。

（1）依次切換操作手柄上的四個檔位，檢查四個檔的觸點是否接觸不良或是卡阻，如有此類情況更換觸點，如過時手柄內(nèi)的小滑輪卡阻，可涂抹潤滑油，必要時可考慮更換手柄。

（2）依次切換操作手柄上的四個檔位，在電氣室觀察接觸器KM3、KM4、KM5、KM6、KM15、KM16、KM17、KM18，其中切一級電阻時KM3、KM15吸合，切二級電阻時KM4、KM16再吸合，切三級電阻時KM5、KM17再吸合，切四級電阻時KM6、KM18再吸合，如有接觸器不按順序吸合的情況則要檢查接觸器及線路，必要時需更換接觸器。

4 結(jié)束語

針對鐵水魚雷罐車傾翻直接啟動電流大易損壞設(shè)備沖擊電網(wǎng)及無法實現(xiàn)調(diào)速的缺點，本文提出了轉(zhuǎn)子繞組串切電阻的啟動、調(diào)速方式，在保證大力矩啟動的條件下，降低了啟動電流，實現(xiàn)了四級調(diào)速。于此同時，采用大電壓激勵、小電壓維持的方式控制抱閘啟動，節(jié)省了90%的電能損耗，降低抱閘沖擊的噪聲，延長了抱閘的使用壽命。此外，本文對于傾翻故障的分析也比較全面，可有效的指導(dǎo)維護(hù)人員的故障處理，提高工作效率。

［1］許大中.交流電機(jī)調(diào)速理論［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1991.

［2］陳伯時，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［3］張尊睦，黃開勝，鄭鑫，等.電梯用節(jié)能電磁制動器的分析與設(shè)計［J］.微電機(jī)，2007（7）：34-36.

［4］新天.如何檢查判斷三相電動機(jī)繞組故障［J］.家電檢修技術(shù)，2004（10）：21-23.

The Study on Hot Metal Torpedo Tanker Tipping Electrical Control

WANG Yu-cheng，ZHONG Min
（Equipment Maintenance Plant in Wuhan City，Wuhan430083，China）

The hot metal torpedo tanker is an important means of transport in the steel mills.The main studies in this article are the electrical control design principle for hot metal torpedo tanker tipping action and brake in the Wuhan Iron and Steel fourth plant.At the same time，it analyzes the causes of the failures and investigates the ways of troubleshooting and handling for the hot metal torpedo tank tipping common faults，improving the efficiency of hot metal torpedo tanker tipping fault handling and ensuring orderly supply in the iron and steel production.

hot metal torpedo tank；tipping；holding brake；electrical control

TP273

B

1009－9492(2014)05－0123－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.031

王玉城，男，1983年生，河北滄縣人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：煉鋼廠電氣設(shè)備的自動控制、節(jié)能降耗控制。已發(fā)表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2013－11－26