定子調壓調速系統(tǒng)的選型及應用

張 強（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司銀山型鋼寬厚板事業(yè)部）

定子調壓調速系統(tǒng)的選型及應用

張 強
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司銀山型鋼寬厚板事業(yè)部）

摘 要：本文主要介紹定子調壓調速系統(tǒng)應用于天車的起升機構時，需要采取的容量選型等措施，該措施降低天車起升機構在檔位變化及起動、制動時的沖擊。

關鍵詞：天車；調壓；轉子電阻

0　引言

國內廠礦企業(yè)早期安裝的天車等起重設備，其原有的起升電氣控制系統(tǒng)絕大部分采用繞線式三相異步電動機轉子串電阻調速的方式實現(xiàn)起升機構的起動、調速，即在繞線式三相異步電動機轉子回路串入多段外接電阻進行起動，實現(xiàn)減小起動電流并增加起動轉矩的作用，采用凸輪控制器、時間繼電器、接觸器等元器件組成主控制回路。轉子外接的電阻在起動時全部串入電路，隨著電動機轉速逐漸加快，利用控制器逐級切除起動電阻，最后將起動電阻從轉子電路中全部切除，只留軟化電阻。

1　現(xiàn)狀分析

繞線式三相異步電動機轉子串電阻調速的方式，其優(yōu)點在于控制簡單，維護水平低，對維修人員的技術要求不高。但缺點在于：

1）電阻的分段切除，屬于有級調速，在機構的起動、制動過程，由接觸器實現(xiàn)的換向、調速過程對起重機的機械結構和電控設備沖擊大；

2）元器件頻繁損壞，維護成本高，無緩沖的邏輯控制及換相頻繁等因素，經(jīng)常造成接觸器主觸頭燒毀或粘連、制動閘皮磨損過快、檔位回零后抱閘不閉合等故障；

3）檔位間較大的速度差值，在檔位切換時帶來車體明顯的晃動，吊鉤等部位容易出現(xiàn)大幅度的擺動，嚴重影響到天車作業(yè)的安全性；

4）轉子串電阻系統(tǒng)實現(xiàn)了調速功能，但由于是開環(huán)系統(tǒng)，使得傳動系統(tǒng)的機械特性很軟，調速范圍小、精度差。

為了解決繞線式三相異步電動機轉子回路串電阻調速帶來的如上諸多問題，提高天車作業(yè)的安全性，減少元器件損壞頻繁，維護工作量大，維護成本高等問題。需要對天車起升機構的調速系統(tǒng)進行改造。

2　改進措施

目前適用于天車起重電氣傳動系統(tǒng)的調速系統(tǒng)包括變頻調速與定子調壓調速兩種，變頻調速在調速精度、響應能力等方面更優(yōu)于定子調壓調速，考慮到定子調壓調速也能夠滿足機構平緩地起動、制動、加減速動作的調速要求，其降低了繞線式電動機串電阻起動調速對天車機械結構和電氣設備的沖擊。從改造成本方面考慮，在定子調壓調速系統(tǒng)改造中，調壓調速以轉子頻率反饋為速度反饋，雖然精度較低，但是簡單可靠，工作環(huán)境要求低，能夠更多地利用電動機等原有設備，也不需要增加抑制諧波的電抗器等裝置，降低改造費用。因此，定子調壓調速較變頻器更適合于天車起升機構的調速控制。

2.1 調速控制器選型

天車起升機構驅動電機為YZR系列的冶金起重用繞線式三相異步電動機，其功率為75kW，工作制為S3?40%，額定電流為169A，在控制器的選型中，以控制器標稱電流I≥1.3Ie=219.7A為計算標準，選取相近規(guī)格的260A調壓控制器。

2.2 轉子電阻參數(shù)的計算及選擇

天車的起重量100t，機械效率為0.90，起升速度≤6（m/min），起升機構所需的實際功率PM為

PM=100×9.81×6×1.1/（0.9×60）=119.9kW

起升電機的額定功率PN、實際功率PM和轉子額定電流I2N=154A，計算轉子實際電流I2M為

I2M=PMI2N/PN=119.9154/75=246.2A

根據(jù)轉子開路電壓E2=325V和轉子實際電流I2M計算轉子電阻Re為

Re=E2/1.732I2M=325/1.732×246.2=0.76Ω

起升電機功率裕度較小時，依據(jù)繞線式電動機轉子串接的三段電阻值的選取，計算分別得三段電阻值為

R1=0.09Re=0.09×0.76=0.0684Ω

R2=0.11Re=0.11×0.76=0.0836Ω

R3=0.16Re=0.16×0.76=0.1216Ω

2.3 外圍元器件的選型

選擇轉子加速接觸器前，先確定加速接觸器的接線方式。對加速接觸器常用的三種接線方式進行對比后，選擇通過接觸器電流較小的三角形接法，并通過計算及裕量值將接觸器的容量定為150A。

調壓控制器內部輸出繼電器觸點容量為阻性負載2A，而實際選擇的接觸器的容量為150A，控制器內部輸出繼電器不能直接控制加速接觸器的通斷，需要增加中間繼電器，以保證系統(tǒng)的可靠運行。

調速控制器具有缺相保護功能，因此，為了降低系統(tǒng)改造成本，取用負荷開關作為主回路電源開關。

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2.4 安裝接線

2.4.1 安裝要求

安裝調壓控制器時，確保調壓控制器周圍有足夠的散熱空間，并且調壓控制器必須垂直安裝。

2.4.2 主回路接線

根據(jù)控制器上的標識，將主回路電源連到端子U、V、W上，將電機定子端連接到端子U0、V0、W0上。

2.4.3 控制回路接線

圖1　調壓調速控制器在天車起升控制機構的應用原理圖

2.5 調試及注意事項

2.5.1 通電前檢查項目

1）檢查調壓調速控制器外部線路及系統(tǒng)接線，確保調壓控制器的內、外部電源及回路均按照要求正確地接線，在控制器安裝過程中主回路及控制回路的線路沒有斷路、短路、接地等異?，F(xiàn)象。確認控制器可靠接地。

2）轉子電阻器接線一旦錯誤，將導致檔位調速及電機起動轉矩出現(xiàn)異常情況，嚴重時將損壞控制器及外圍器件。因此，在送電試車前，一定要確保接線正確。

2.5.2 通電前期檢查項目

1）斷開電機接線柱與控制器輸出的連接，合主電源開關，檢查主回路及控制回路有無錯相、缺相、欠壓、三相不平衡等電源異常情況。

2）操作主令控制器，提供輸入信號，檢查控制回路的動作控制與內部動作指示燈是否正常。

3）通過控制單元面板，調出用戶參數(shù)，按照電機參數(shù)及其他外圍部件的配置，設置加減速、動作時間等參數(shù)。

2.5.3 起升機構的輕載試車

1）由操作人員配合，將檔位信號置于上升或下降1檔，判斷起升機構的動作方向是否正確，若機構動作方向與操作方向相反，說明電機轉向錯誤，需要調整電動機接線相序。

2）逐檔遞增，觀察機構上升或下降過程中的速度變化，并檢查檔位的速度調節(jié)情況及高速檔時的轉子回路切阻情況，觀察、測量主回路電機的電流，是否三相電流平衡，以及在機構下降過程中，主令回零后機構的減速及電氣、機械制動是否可靠動作。同時，檢查上升限位等安全設施的動作狀態(tài)。

3）主令控制器在1～3調速檔時，控制器主要以調壓為主，所以測量控制器的輸出電壓值偏低，當主令控制器在全速檔時，控制器的輸出電壓以工頻電壓輸出。

2.5.4 起升機構帶負載試車

通過前幾個步驟的通電試車、檢查，確保起升機構輕載狀態(tài)下的動作等正常后，起升機構需要帶負載試車。

與操作人員交流，將主令控制器置于上升1檔，且逐檔遞增，觀察控制器、電機加、減速過程中的運行情況，尤其是起動和換擋瞬間，電機起動力矩的大小及控制器檔位速度的判別及速度的反復調整，可能存在問題，需要密切地關注起升的動作狀態(tài)，出現(xiàn)起升機構下滑的異常情況，需要操作人員及時采取應急措施，視機構下滑速度及現(xiàn)場情況，選擇拍急停切斷主回路供電或者及時將控制器置于下降檔位，將故障鎖定在可控范圍之內。

測量電動機的定、轉子電流，確保電機的定、轉子三相電流平衡。滿載試驗時，測量起升機構從低速到高速時最大的切換電流，設定過電流保護器的動作值，確保主回路電流＜2.5倍的電機額定電流。

3　效果驗證

天車起升調速系統(tǒng)改造為調壓調速系統(tǒng)后，在起升機構的起動、制動過程中，對起重機的機械結構和電控設備沖擊減小，延長了制動器閘皮的使用壽命，維護工作量大為減少，安全性明顯提高。

4　結束語

調壓調速系統(tǒng)在天車起升傳動機構的應用，不僅消除了天車電機轉子回路串電阻調速系統(tǒng)存在的問題。同時，操作面板的參數(shù)設置及故障查詢等功能，在設備維護管控方面更快捷、精細，不僅降低了天車的故障率及維護成本，提高了天車作業(yè)的安全系數(shù)。

參考文獻

[1] 裘為章. 實用起重機電氣技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2001.

[2] 臧廣州. 常用低壓供配電設備選型與安裝使用技術手冊[M]. 長春: 吉林科學技術出版社, 2006.

收稿日期：（2015-04-08）