交流調(diào)壓調(diào)速裝置在行車起吊運(yùn)行中的應(yīng)用

摘 要：介紹ABB交流調(diào)壓調(diào)速裝置的配置、功能及特點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行分析。通過文章介紹，希望對(duì)相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：調(diào)壓調(diào)速技術(shù)；ASTAT；配置；功能；應(yīng)用

引言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司150噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線由一座150噸轉(zhuǎn)爐，一座150噸精煉爐和一條10機(jī)10流方坯連鑄機(jī)組成。在這其中由太原重型機(jī)械股份公司制造的三臺(tái)290噸行車，擔(dān)負(fù)著鐵水包及鋼水包的吊運(yùn)任務(wù)，在整個(gè)生產(chǎn)過程中起著承上啟下的作用，是銜接生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。

在這三臺(tái)290噸行車的主傳動(dòng)中均選用ABB公司生產(chǎn)的設(shè)備，其中大車、小車、副小車的傳動(dòng)選用了ABB公司ACS800系列變頻器，主起升、副起升傳動(dòng)選用了ABB公司ASTAT系列交流調(diào)壓調(diào)速裝置。

由于變頻器技術(shù)的發(fā)展較為成熟，變頻器也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，相對(duì)而言，定子調(diào)壓調(diào)速裝置的調(diào)速性能指標(biāo)不算很高，但由于其控制裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、起升力矩特性好，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于中、小功率的重復(fù)短時(shí)工作制負(fù)載中，特別是電梯、行車等拖動(dòng)系統(tǒng)。

1 ASTAT的配置及功能

ASTAT調(diào)壓調(diào)速裝置主要應(yīng)用于繞線式電機(jī)，并針對(duì)繞線式電機(jī)的特性作了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，極大地提高了繞線式電機(jī)的運(yùn)行性能。它對(duì)電機(jī)的控制如汽車一樣采用兩種控制變量，一種是定子控制，相當(dāng)于汽車的油門，通過對(duì)定子電壓的控制，增大或減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；另一種是轉(zhuǎn)子控制，相當(dāng)于汽車的變速箱，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行轉(zhuǎn)子控制，使電機(jī)獲得適當(dāng)?shù)奶匦浴?/p>

ASTAT是一種緊湊式數(shù)字、模擬并存的交流調(diào)壓調(diào)速裝置，其額定電壓220～690V，額定電流18～1000A。如果實(shí)際所需的電流比標(biāo)準(zhǔn)的ASTAT單元提供的電流范圍還要大，則可將兩臺(tái)ASTAT功率單元并聯(lián)使用。

1.1 組件配置

ASTAT以現(xiàn)代電子器件為基礎(chǔ)，采用模塊組合、緊湊布置的結(jié)構(gòu)，由各種標(biāo)準(zhǔn)插件板及模塊組成，各組件易于拆卸，方便維護(hù)及檢修，主要分為功率單元、主控制單元、監(jiān)控單元、調(diào)節(jié)單元、脈沖控制單元。

1.2 功率單元

ASTAT的功率單元采用了晶閘管帶散熱器的功率模塊，三相交流電壓供電，每相具有兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管，工作于四象限控制方式時(shí)兩相配有兩套反向并聯(lián)的晶閘管，相序可從L1，L2，L3變?yōu)長1，L3，L2，用于電機(jī)的反向運(yùn)行。

1.3 主控制單元

圖1

主控制單元主要由速度給定，斜坡發(fā)生器，速度調(diào)節(jié)器，超同步速度控制器，電流調(diào)節(jié)器，正反邏輯切換器等系統(tǒng)組成。這些元件構(gòu)成了速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要部分。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者實(shí)行串級(jí)連接，如圖1所示，即將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制觸發(fā)脈沖的相位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)和上升過程中，能夠在電流受電動(dòng)機(jī)過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能，其中速度調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗干擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差。電流調(diào)節(jié)器的作用是電流跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓擾動(dòng)。邏輯切換單元根據(jù)速度調(diào)節(jié)器的輸出來完成選擇正、反組可控硅工作，并根據(jù)操作指令對(duì)控制速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的封鎖和開放。

1.4 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元主要完成力矩故障保護(hù)，轉(zhuǎn)子接觸器切換，機(jī)械制動(dòng)器控制和各種限位保護(hù)功能。

力矩故障保護(hù)是通過監(jiān)控速度給定值和速度反饋值之間的偏差來完成。主要用于電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)和過載保護(hù)。同時(shí)該功能還承擔(dān)著三個(gè)補(bǔ)充任務(wù)：（1）對(duì)超同步再生方式增加允許偏差進(jìn)行補(bǔ)償。（2）在有級(jí)給定方式中，對(duì)快速加、減速過程中，作為保護(hù)功能失效的后續(xù)保護(hù)。（3）對(duì)比較后的輸出進(jìn)行延遲，封鎖和復(fù)位。

控制器在上升和下降過程的電阻切換是通過邏輯單元控制轉(zhuǎn)子接觸器吸合來實(shí)現(xiàn)的。

在上升過程中為了提高轉(zhuǎn)速和增加力矩，根據(jù)轉(zhuǎn)差率的變化逐級(jí)切除電阻。在下降過程中，為防止反接制動(dòng)時(shí)過大的電流沖擊，串入所有電阻，只有當(dāng)進(jìn)入超同步狀態(tài)時(shí)，才切除部分電阻增加制動(dòng)電流縮短制動(dòng)時(shí)間。

機(jī)械制動(dòng)器受測速發(fā)電機(jī)反饋信號(hào)的控制，當(dāng)速度降到設(shè)定值時(shí)，制動(dòng)器延時(shí)動(dòng)作以減小機(jī)械抱閘的磨損。為了防止行車吊鉤由于速度過快沖過限位，控制器設(shè)置了預(yù)限位，當(dāng)?shù)蹉^到預(yù)限位時(shí)，電機(jī)將自動(dòng)降到10%的額定速度運(yùn)行，到限位后裝置將自動(dòng)封鎖同時(shí)抱閘動(dòng)作。

1.5 調(diào)節(jié)單元

調(diào)節(jié)單元可進(jìn)行的調(diào)節(jié)功能如圖1所示，調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)電流限幅，加減速的斜坡時(shí)間，標(biāo)定電機(jī)的額定電流，同時(shí)還可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率對(duì)電動(dòng)機(jī)的超速值和電阻的切換轉(zhuǎn)差率的進(jìn)行設(shè)定。

電流限制值設(shè)置太低，可能引起3個(gè)問題：（1）下降過程中將可能產(chǎn)生載荷失速失控的危險(xiǎn)。（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少1/3。（3）電機(jī)有不能提升載荷的風(fēng)險(xiǎn)，甚至使載荷失控失速。

超速值的設(shè)定將決定電動(dòng)機(jī)何時(shí)進(jìn)入發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)；轉(zhuǎn)子切電阻的轉(zhuǎn)差率的設(shè)定能使電動(dòng)機(jī)在切換過程中求得足夠的轉(zhuǎn)矩。

1.6 脈沖控制單元

該單元接收電流調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)，并經(jīng)脈沖變壓器放大后傳至各個(gè)晶閘管，通過調(diào)節(jié)相位角來控制其輸出電壓以實(shí)現(xiàn)從0V到額定電壓的全范圍調(diào)節(jié)。

2 ASTAT的特點(diǎn)

2.1 電壓適用范圍廣

ASTAT在線電壓不低于標(biāo)準(zhǔn)的75%的情況下能保持其全部功能，可通過對(duì)轉(zhuǎn)子電阻的配置，求得足夠的切換轉(zhuǎn)矩。

2.2 控制方式靈活

ASTAT可進(jìn)行兩套裝置的主、從控制，在其中一套裝置的主控制單元發(fā)生故障時(shí)，可用另一套裝置作為主控制，完成全功能控制任務(wù)，只許調(diào)整功能板之間的插接件即可完成，及大地提高了裝置的冗余性。

2.3 適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)

ASTAT可在環(huán)境溫度-20～+70℃之間可靠運(yùn)行。對(duì)環(huán)境溫度超過70℃或者要求完全密閉的場合，可安裝冷卻器。

2.4 全面的故障監(jiān)測功能

ASTAT感溫元件可對(duì)晶閘管的故障過溫進(jìn)行保護(hù)；內(nèi)置電流互感器限制裝置過電流現(xiàn)象的發(fā)生；轉(zhuǎn)矩故障保護(hù)提供了堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下對(duì)電機(jī)保護(hù)；相序保護(hù)能夠避免接入相序的錯(cuò)誤；過電壓保護(hù)能在主電壓大于標(biāo)準(zhǔn)值的60%時(shí)在面板給出故障代碼指示，同時(shí)封鎖觸發(fā)脈沖；零位保護(hù)使得在開始運(yùn)行時(shí)控制器必須處于零位，否則裝置將給予封鎖。

3 ASTAT的應(yīng)用

由于ASTAT裝置的用戶界面僅為發(fā)光二極管顯示代碼，這給調(diào)試及日常維護(hù)帶來了一定的難度，需要足夠的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)的調(diào)校過程中需要前后統(tǒng)調(diào)，必須具備一定的自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)，限制了它的廣泛運(yùn)用。但因其相對(duì)同功率變頻器價(jià)格低廉、體積小，且保護(hù)功能相對(duì)完善，調(diào)速性能夠較大地滿足行車起升的要求，適應(yīng)環(huán)境的能力較強(qiáng)，具有一定的運(yùn)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]Semiconductor controller for slip-ring motors [Z].ABB，1996.

[2]姜泓，趙洪恕.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].華中理工大學(xué)出版社，1989.

作者簡介：薛紅軍，電氣助理工程師，寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司檢修中心行車運(yùn)行部。