變頻控制的起重機(jī)定子異常失電保護(hù)功能檢驗(yàn)方法探討

楊 玉 雒生平

（南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 211100）

煉鋼廠對(duì)于我國基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著十分重要的作用，冶金起重機(jī)作為煉鋼廠主要的搬運(yùn)裝置。近幾年，為了減少污染和資源浪費(fèi)，我國積極倡導(dǎo)高耗能企業(yè)兼并重組，改建和擴(kuò)建，讓資源利用更加集約和優(yōu)化，這要求煉鋼廠的冶金起重機(jī)不僅要高效率運(yùn)行，而且更要確保安全使用。而定子異常失電保護(hù)對(duì)保證起重機(jī)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

GB/T 3811—2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 6067.1—2010 《起重機(jī)械安全規(guī)程》規(guī)定：起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)置定子異常失電保護(hù)功能，當(dāng)調(diào)速裝置或正反向接觸器故障導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)失控時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)立即上閘[1-2]。TSG Q7015—2016 《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》第C8.7項(xiàng)規(guī)定：對(duì)于吊運(yùn)熔融金屬或者發(fā)生事故后可能造成重大危險(xiǎn)或者損失的起重機(jī)械起升機(jī)構(gòu)，檢查電動(dòng)機(jī)是否設(shè)置定子異常失電保護(hù)功能[3]，通過對(duì)比上一版檢規(guī)TSG Q7015—2008《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》，特別強(qiáng)調(diào)了調(diào)速裝置故障。也就是說，當(dāng)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用變頻器控制時(shí)，起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)定子電源應(yīng)通過變頻器控制通斷[4]。

因此，采用何種檢驗(yàn)方法以保證能夠安全、快捷、正確地判斷電動(dòng)機(jī)定子異常失電保護(hù)功能是否異常，是擺在檢驗(yàn)者面前必須解決的一個(gè)問題。

1 檢驗(yàn)方法分析

1.1 主要元器件介紹

圖1 起升機(jī)構(gòu)電氣原理圖

如圖1所示，該圖為一臺(tái)用于吊用熔融金屬的通用橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)原理圖，型號(hào)為QDY20-25A6，該起重機(jī)司機(jī)室操作，大車、小車及起升機(jī)構(gòu)均采用變頻器控制。圖1(a)中，Q11為起升機(jī)構(gòu)總斷路器，Q70為抱閘斷路器，K70抱閘接觸器主觸點(diǎn)，K10為起升機(jī)構(gòu)接觸器主觸點(diǎn)，CIMR-HB4A-0150為起升機(jī)構(gòu)變頻器，Y 1、Y2為起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器，Y3起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)，MD制動(dòng)電阻；圖1(b)中，F(xiàn)3為220V交流電源斷路器，K01變頻器故障繼電器，K03、K02變頻器狀態(tài)正常繼電器；圖1(c)中，K10起升機(jī)構(gòu)交流接觸器，K00起升機(jī)構(gòu)零位保護(hù)繼電器，K11上升運(yùn)行繼電器，K12下降運(yùn)行繼電器，K13、K14、K15速度控制繼電器，K70抱閘接觸器，S40起升機(jī)構(gòu)主令控制器，S91上升限位開關(guān)，S92下降限位開關(guān)。

1.2 原理圖分析

變頻器功能說明：如圖1(a)和圖1(b)所示，該起重機(jī)采用變頻器控制調(diào)速，T、S、R為變頻器輸入，U、V、W為變頻器輸出，S1、S2、S5、S6、S9、SC為變頻器功能輸入端口，S1控制上升運(yùn)行，S2控制下降運(yùn)行，S5、S6、S9控制變頻器速度。M1、M2為變頻器故障輸出點(diǎn)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障，則內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，反之則斷開。Ma和Mb、Mc和Md為變頻器功能輸出點(diǎn)，當(dāng)變頻器狀態(tài)正常時(shí)，內(nèi)部常閉觸點(diǎn)閉合；當(dāng)變頻器出現(xiàn)過流、過熱及過載故障時(shí)，該內(nèi)部觸點(diǎn)斷開。

工作原理：如圖1所示，首先，主令控制器S40搬到零位→K00零位接觸器得電→K00常開觸點(diǎn)閉合且K10起升電動(dòng)機(jī)接觸器得電；其次，主令控制器搬到上升1檔→K11上升接觸器得電→K11常開觸點(diǎn)閉合→K70抱閘接觸器得電→Y1和Y2制動(dòng)器打開→Y3上升運(yùn)行；再次，主令控制器搬到下降1檔→K12上升接觸器得電→K12常開觸點(diǎn)閉合→K70抱閘接觸器得電→Y1和Y2制動(dòng)器打開→Y3下降運(yùn)行；最后，主令控制器S40回到零位→K11和K12接觸器失電→K70抱閘接觸器失電→Y1和Y2制動(dòng)器抱閘→停止運(yùn)行。

1.3 兩種檢驗(yàn)方法分析比較

下面根據(jù)規(guī)則要求，對(duì)于變頻器控制的吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)定子異常失電保護(hù)功能的兩種檢驗(yàn)方法進(jìn)行探討。

傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法：首先，在運(yùn)行接觸器K10線圈中串聯(lián)開關(guān)，當(dāng)起重機(jī)在上升1檔運(yùn)行時(shí)，打開開關(guān)，查看起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器是否抱閘，以此類推，分別試驗(yàn)上升2檔，上升3檔，上升4檔；其次，當(dāng)起重機(jī)在下降1檔運(yùn)行時(shí)，再打開運(yùn)行接觸器K10線圈中串聯(lián)的開關(guān)，查看起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器是否抱閘，以此類推，分別試驗(yàn)下降2檔，下降3檔，下降4檔；最后，拆掉開關(guān)，復(fù)位起重機(jī)。

模擬變頻器故障檢驗(yàn)方法：首先，讓起重機(jī)處在正常啟動(dòng)狀態(tài)，變頻器自檢正常的條件下，通過多功能輸出點(diǎn)Ma和Mc輸出高電平，這時(shí)候K03和K02狀態(tài)正常繼電器將始終吸合。除非變頻器出現(xiàn)故障，K03和K02中間繼電器才會(huì)釋放；其次，當(dāng)起重機(jī)在上升1檔運(yùn)行時(shí)，以K03為例，人為斷開K03繼電器線圈電壓，模擬變頻器出現(xiàn)故障，查看起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)抱閘接觸器是否釋放，以此類推，分別試驗(yàn)上升2檔，上升3檔，上升4檔；再次，當(dāng)起重機(jī)在下降1檔運(yùn)行時(shí)，以K03為例，人為斷開K03繼電器線圈電壓，查看起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)抱閘接觸器是否釋放，以此類推，分別試驗(yàn)下降2檔，下降3檔，下降4檔；最后，復(fù)位起重機(jī)。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法確實(shí)能達(dá)到檢驗(yàn)效果，但是有不足之處，對(duì)吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)通常來說，所處車間溫度高、粉塵大，起重機(jī)使用頻繁，導(dǎo)致線路和元器件老化、性能差。由于該試驗(yàn)要通過切斷起升機(jī)構(gòu)主動(dòng)力電路交流接觸器220V線圈電壓來直接控制交流380V主動(dòng)力電路斷開，不但容易在接觸器主觸點(diǎn)間產(chǎn)生電弧，而且頻繁啟動(dòng)變頻器，不能確保每次電容充放電時(shí)間，容易造成浪涌擊穿電容，減少變頻器使用壽命。對(duì)于處在粉塵環(huán)境中的起重機(jī)來說危害更大，甚至可能產(chǎn)生局部爆炸，直接影響人員和設(shè)備的安全。而采用模擬變頻器故障檢驗(yàn)方法，通過人為模擬變頻器故障，來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器準(zhǔn)確抱閘，實(shí)際上并不需要切斷變頻器供電電源，該方法簡單快捷、易于操作，只要變頻器正常通電，就能快速定位到始終維持高電平的狀態(tài)正常繼電器。因此，模擬變頻器故障檢驗(yàn)方法優(yōu)于傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法，采用模擬變頻器故障檢驗(yàn)方法不僅能提高檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)效率，而且還安全可靠，節(jié)能環(huán)保，能保證人員和設(shè)備安全。

2 結(jié)束語

模擬變頻器故障檢驗(yàn)方法是長期從事起重機(jī)一線檢驗(yàn)工作時(shí)研究和總結(jié)出來的，對(duì)檢驗(yàn)工作具有一定的指導(dǎo)作用，能夠快速驗(yàn)證復(fù)雜工況條件下變頻控制的冶金起重機(jī)定子異常失電保護(hù)功能的可靠性。然而，隨著起重機(jī)控制技術(shù)快速智能化發(fā)展，未來起重機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)采用PLC控制技術(shù)、總線控制技術(shù)以及大型監(jiān)控控制技術(shù)，這種檢驗(yàn)方法將凸顯出局限性。

[1]GB/T 3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 6067.1—2010 起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則[S].

[3]TSG Q7015—2016 起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[4]陳聚，蔣元棟，劉志良.電動(dòng)機(jī)定子異常失電保護(hù)的分析[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2017（11）：163-165.