關(guān)于鑄造車(chē)間起重機(jī)的電氣改造的探討

戴 軍

鑄造車(chē)間的起重機(jī)由于工作條件的影響，機(jī)械元件和電氣元件壽命相對(duì)較短，故障率較高，所以對(duì)起重機(jī)的合理維修和改造是一項(xiàng)非常重要的工序。通過(guò)電氣改造可以降低故障率和提高安全系數(shù)，正是基于這個(gè)原因，有必要對(duì)鑄造車(chē)間的起重機(jī)電氣改造的方案加以剖析，以尋求解決鑄造車(chē)間的起重機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的方法。由于經(jīng)常對(duì)一些工廠(chǎng)鑄造車(chē)間的設(shè)備進(jìn)行改造，其中對(duì)鑄造車(chē)間起重機(jī)在電氣改造方面有一些體會(huì)，所以借此文加以探討。

1 鑄造車(chē)間起重機(jī)調(diào)速方法的原理及特點(diǎn)

鑄造車(chē)間的起重機(jī)在電氣改造時(shí)往往是調(diào)速方法的改造，一般考慮三種調(diào)速方式：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、PLC+變頻器調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速。每種方法都有它自身的特點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)需要認(rèn)真考慮，現(xiàn)就它們的原理和特點(diǎn)做簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

1.1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

轉(zhuǎn)子串入電阻器，在轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，通過(guò)改變電阻器中串入電阻的大小就可以調(diào)速。電阻越大轉(zhuǎn)速越低。特點(diǎn)如下：

（1）投資少，控制簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。

（2）開(kāi)環(huán)控制，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，工作不平穩(wěn)，沖擊大，換檔時(shí)易出現(xiàn)晃動(dòng)。

（3）速度只能從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下調(diào)。

（4）接觸器拉弧嚴(yán)重，電氣元件損壞頻繁。

（5）外部設(shè)備多，線(xiàn)路復(fù)雜。

1.2 定子調(diào)壓調(diào)速

降低定子繞組的端電壓改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，特點(diǎn)如下：

（1）能夠適應(yīng)各種工作環(huán)境。

（2）閉環(huán)控制，速度平穩(wěn)，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，速度不會(huì)因負(fù)載而變化。

（3）安全系數(shù)高，停車(chē)反接力矩制動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)安全保護(hù)。

（4）外部設(shè)備少，線(xiàn)路簡(jiǎn)單。

（5）成本低，過(guò)載能力強(qiáng)。

1.3 變頻調(diào)速

改變供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法，特點(diǎn)如下：

（1）閉環(huán)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

（2）無(wú)級(jí)調(diào)速，可靠性好。

（3）節(jié)電，保護(hù)電機(jī)。

（4）對(duì)環(huán)境要求較高。

（5）外部設(shè)備少，線(xiàn)路簡(jiǎn)單。

（6）成本高，過(guò)載能力弱。

2 鑄造車(chē)間起重機(jī)的現(xiàn)狀與改造的方法

目前鑄造車(chē)間的起重機(jī)大多數(shù)采用串電阻調(diào)速的方式，通過(guò)上述分析，由于調(diào)速方式的缺陷和鑄造車(chē)間環(huán)境，使得起重機(jī)的安全性和穩(wěn)定性較差，元器件損壞頻繁，維護(hù)頻繁且成本高。鑄造車(chē)間的起重機(jī)在維修上往往采用元器件替換法，在電氣改造或大修時(shí)優(yōu)先考慮定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速兩種方式。

變頻調(diào)速屬于無(wú)極調(diào)速，對(duì)速度的控制較容易且調(diào)速對(duì)起重機(jī)無(wú)沖擊，是電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)選方案。但變頻調(diào)速需要更換起重機(jī)原有電機(jī)及電氣元件，改造成本較高，而且對(duì)工作環(huán)境要求較高。鑄造車(chē)間灰塵較大，環(huán)境惡劣，定子調(diào)壓調(diào)速對(duì)工作環(huán)境要求較低，不需要更換電機(jī)，改造成本相對(duì)較低，是閉環(huán)控制，而且能有效地控制速度的不穩(wěn)定性，對(duì)起重機(jī)的沖擊較小，所以我們經(jīng)常選用定子調(diào)壓調(diào)速做為鑄造車(chē)間起重機(jī)的電氣改造方案。

圖1 三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速方式

三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速有如下三種方式：

定子側(cè)串飽和電抗器調(diào)壓是控制鐵心的飽和程度改變串聯(lián)阻抗，體積重量大；定子側(cè)串自耦變壓器調(diào)壓只適用于小容量電機(jī)，體積重量大；晶閘管三相交流調(diào)壓調(diào)速用電力電子裝置調(diào)壓調(diào)速，體積小，輕便。故現(xiàn)在多用晶閘管三相交流調(diào)壓調(diào)速器。

晶閘管調(diào)壓調(diào)速器，其控制單元通過(guò)改變繞線(xiàn)電機(jī)每相反并聯(lián)的一組（兩個(gè)）可控硅的觸發(fā)角度來(lái)改變電機(jī)的定子電壓。電機(jī)的力矩與定子電壓的平方成正比。電機(jī)的速度是通過(guò)轉(zhuǎn)子頻率的反饋來(lái)測(cè)定的，通過(guò)控制板來(lái)計(jì)算后輸出指令來(lái)控制三相可控硅的觸發(fā)角度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。下面就鑄造車(chē)間起重機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速器元器件的選用做一說(shuō)明。

3 定子調(diào)壓調(diào)速器元器件的選用

以鑄造車(chē)間16/3.1T起重機(jī)主起升改造為例簡(jiǎn)要說(shuō)明定子調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)改造過(guò)程元器件的選用。16/3.1T起重機(jī)主起升驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為YZR225M-8，為繞線(xiàn)式三相異步電動(dòng)機(jī)，功率PN=22kW，工作制為S3-40% ，定子額定電流Ie=46.9A，額定轉(zhuǎn)速為n=715rpm，轉(zhuǎn)子額定電流I2N=59.1A，效率η=0.86，功率因子為0.79。

3.1 定子調(diào)壓調(diào)速控制器的選型

調(diào)壓控制器的標(biāo)稱(chēng)電流為I≥1.3Ie=60.97A，選取100A調(diào)壓控制器。

3.2 轉(zhuǎn)子電阻器的計(jì)算

3.2.1 實(shí)際功率PM的計(jì)算

式中，M是起重機(jī)的載荷重量（t），M=16；η是效率，η=0.86；V 是起升速度（m/min），V≤8（m/min）。

PM=16×9.81×8×1/（0.86×60）kW=24.3kW

3.2.2 轉(zhuǎn)子實(shí)際電流I2M的計(jì)算

式中，I2M是轉(zhuǎn)子實(shí)際電流（A）；PM是實(shí)際功率（kW），PM=24.3kW；PN是電機(jī)的額定功率（kW），PN=22kW；I2N是轉(zhuǎn)子額定電流（A），I2N=59.1A。

3.2.3 轉(zhuǎn)子電阻Re的計(jì)算

式中，Re是轉(zhuǎn)子電阻（Ω）；E2是轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓（V），E2=232V；I2M是轉(zhuǎn)子實(shí)際電流（A），I2M=65.3A。

3.2.4 轉(zhuǎn)子電阻器各段電阻值的計(jì)算

選用升降電機(jī)功率裕度較小，繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接的三段電阻值分別為：

表1 轉(zhuǎn)子電阻器各段電阻值百分?jǐn)?shù)

可以根據(jù)計(jì)算的電阻值訂制電阻器。

3.3 其它外圍配套主要電氣元件的選擇原則

3.3.1 主斷路器

為了避免起重機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速控制裝置受到大電流的沖擊，保護(hù)裝置中的可控硅，并做為電動(dòng)機(jī)的保護(hù)元件，必須對(duì)主斷路器進(jìn)行嚴(yán)格選擇。

主斷路器主要作用是短路保護(hù)，必須選擇具有電子脫扣裝置的斷路器，電子脫扣裝置不但具有熱脫扣和磁脫扣的功能，而且能夠檢測(cè)主電路電流，放大、推動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)。

主斷路器額定電流In大于電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行電流，斷路器的瞬動(dòng)電流Im整定值應(yīng)為電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。

3.3.2 換向接觸器

換向接觸器要滿(mǎn)足起重機(jī)的安全性和可靠性的要求，并且當(dāng)可控硅或系統(tǒng)故障時(shí)，可以通過(guò)強(qiáng)制斷開(kāi)接觸器來(lái)消除故障帶來(lái)的危害。

換向接觸器由于在切換時(shí)可以做到無(wú)電流切換，因此接觸器是不會(huì)帶電分?jǐn)嗟摹Ｔ谶x擇時(shí)可以按照接觸器約定發(fā)熱電流進(jìn)行選擇即可。但考慮到起重機(jī)的實(shí)際使用情況，接觸器選擇時(shí)可以按接觸器AC-3工作制下的允許工作電流選擇。即接觸器AC-3工作制下的允許工作電流約等于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行額定電流即可。

3.3.3 轉(zhuǎn)子接觸器

轉(zhuǎn)子接觸器額定電流要根據(jù)轉(zhuǎn)子接觸器的接法而定，不同的接法轉(zhuǎn)子接觸器的額定電流不同。

轉(zhuǎn)子接觸器選擇時(shí)還應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)子接觸器的耐壓。轉(zhuǎn)子接觸器耐壓要根據(jù)轉(zhuǎn)子接觸器的接法而定，不同的接法轉(zhuǎn)子接觸器的耐壓也不同。

4 小結(jié)

起重機(jī)的電氣改造以變頻調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速為主，在鑄造車(chē)間多灰塵的條件下，我們經(jīng)常選用調(diào)壓調(diào)速方案，滿(mǎn)足了鑄造車(chē)間起重機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行、安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求，不失為一種很好的選擇。

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