橋式起重機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速裝置常見(jiàn)電氣故障原因分析及改進(jìn)

湯守林

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

當(dāng)前，絕大多數(shù)工業(yè)企業(yè)的橋式起重機(jī)，起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)都應(yīng)用的是開(kāi)環(huán)式控制，這樣使起重機(jī)的控制系統(tǒng)輸出量對(duì)系統(tǒng)不會(huì)造成影響，傳統(tǒng)的起重機(jī)以轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻控制速度的方法是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)不同阻值電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)速度，以改變轉(zhuǎn)子電阻的電阻值，以此來(lái)達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度的控制，但速度可控范圍比非常有限，在低速運(yùn)行時(shí)機(jī)械狀態(tài)不穩(wěn)定，這種調(diào)速操作對(duì)機(jī)械的傷害較大，變相的增加了生產(chǎn)成本，所以隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，這種起重機(jī)的控制方式已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)在的生產(chǎn)需要。隨著科技越來(lái)越發(fā)達(dá)，傳統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻來(lái)調(diào)節(jié)速度的方法終將被淘汰，而取而代之的是以定子調(diào)壓調(diào)速裝置的運(yùn)用，定子調(diào)壓調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)在于速度的可控制范圍較大，起重機(jī)可能發(fā)生故障的情況較少，但是還是存在一些影響起重機(jī)正常運(yùn)行的情況。下面我將對(duì)在實(shí)際操作中定子調(diào)壓調(diào)速裝置可能顯現(xiàn)出的情況進(jìn)行探究，并找到解決辦法，以此保障橋式起重機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的使用。

1 工作原理

1.1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速原理和缺點(diǎn)

（1） 原理：傳統(tǒng)的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，在使用的時(shí)候需要在轉(zhuǎn)子上串聯(lián)電阻，通過(guò)改變電阻的阻值進(jìn)行控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，同一時(shí)間增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及降低啟動(dòng)電流。這種調(diào)速裝置一般設(shè)固定有限的檔位，通過(guò)控制不同的檔位來(lái)達(dá)到預(yù)期的速度[1]。

（2） 缺點(diǎn)：這種調(diào)速方式存在以下幾方面的問(wèn)題，起重機(jī)在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊力較大會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，使設(shè)備的使用壽命減少，可能發(fā)生故障的機(jī)率高，不能夠很精確的控制速度，速度的可調(diào)范圍太小，對(duì)速度的控制跳躍性大，會(huì)增加起重機(jī)的維修成本[1]。

1.2 定子調(diào)壓調(diào)速的原理和優(yōu)點(diǎn)

（1） 原理是以控制電動(dòng)機(jī)的定子電壓使電動(dòng)機(jī)的力矩發(fā)生改變，以此來(lái)使電動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)期的速度，并在這個(gè)速度上工作。如果電壓從正常值降到一個(gè)較低數(shù)值，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度會(huì)從一個(gè)正常速度下降到另一速度。所以降低電動(dòng)機(jī)的定子電壓，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)力矩降下來(lái)。為了使電動(dòng)機(jī)定子電壓從供電電壓至零，需要進(jìn)行控制每一相的可控硅觸發(fā)角。運(yùn)用定子調(diào)壓設(shè)備微處理器來(lái)操作觸發(fā)信號(hào)相位進(jìn)行操作可控硅的觸發(fā)角，操作可控硅的運(yùn)行情況，以此來(lái)控制加在電動(dòng)機(jī)定子上電壓的大小，不需要接觸器去變換方向[2]。見(jiàn)圖1。

圖1 電壓轉(zhuǎn)矩圖

（2） 優(yōu)點(diǎn)：由于定子調(diào)壓調(diào)速對(duì)速度的控制穩(wěn)定性高，所以對(duì)機(jī)器的損害程度低，使機(jī)器出現(xiàn)故障的可能性低，因此可降低維修成本，這種調(diào)速方式還有維修簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，因此定子調(diào)壓調(diào)速方式被更多的應(yīng)用到了橋式起重機(jī)。某鋼廠的所有橋式起重機(jī)都應(yīng)用了ABB 定子調(diào)壓調(diào)速裝置，從長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行情況來(lái)看是穩(wěn)定可靠的[3]。

2 常見(jiàn)電氣故障及原因分析

（1）編碼器反饋故障，造成編碼器反饋故障的主要原因有兩個(gè)方面，一方面，可能是編碼器壞了，而另一方面就是編碼器傳輸信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題。出現(xiàn)編碼器的損壞可能與當(dāng)初安裝的位置相關(guān)，把編碼器直接組裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上面，而在運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)，使編碼器的內(nèi)部零件被損壞，反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性被破壞；而另一個(gè)使編碼器傳輸信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題，主要的原因可能是現(xiàn)場(chǎng)的干擾，一般ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置都被安裝在起重機(jī)箱梁里面，所以編碼器反饋信號(hào)要從控制上升電動(dòng)機(jī)編碼處通過(guò)傳輸電纜送達(dá)，傳送線路比較長(zhǎng)，雖然傳送電纜采用的是防干擾電纜，但生產(chǎn)車間有很多種類的電磁干擾，尤其是高頻率諧波，ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置和傳輸信號(hào)的線路受到高頻諧波影響，造成了信號(hào)無(wú)法正常傳送，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)速度不能被有效控制[2]。

（2）速度偏差故障，速度偏差故障主要是因?yàn)殡姍C(jī)在重載的情況下，轉(zhuǎn)子電阻沒(méi)被切除或是沒(méi)有被完全切除。繞線式的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻運(yùn)行，就是在轉(zhuǎn)子繞組當(dāng)中串聯(lián)一組或者很多組電阻，幫助電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況正常，提高了機(jī)械性質(zhì)，改善了運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。要是在開(kāi)始運(yùn)行后電阻沒(méi)被切除或是沒(méi)有完全切除，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)變低，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作速度和ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置設(shè)定速度相比較低，由此導(dǎo)致速度出現(xiàn)誤差。因?yàn)橛星须婋娮璞旧斫佑|器問(wèn)題或是ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置輸出繼電器的問(wèn)題造成轉(zhuǎn)子電阻沒(méi)被切除或電阻沒(méi)有完全切除[2]。

（3）起升力矩丟失，在進(jìn)行起升力矩中，要是負(fù)載已超出一定的速度向下下降時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)認(rèn)為起升力矩丟失。造成這種情況的因素可能有起升力矩提升達(dá)到了最大限度又或是快達(dá)到最大限度的時(shí)候主體電壓太低、轉(zhuǎn)子電阻出現(xiàn)單相或者斷開(kāi)、觸發(fā)裝置壞損造成定子電壓太低、在起升空中作業(yè)時(shí)可能吊重超過(guò)最大限度[3]。

（4）制動(dòng)器不打開(kāi)，制動(dòng)器的打開(kāi)是依靠ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置控制著制動(dòng)器和接觸器的閉合而被打開(kāi)。打開(kāi)位置開(kāi)關(guān)被安裝在制動(dòng)器的打開(kāi)位置，這個(gè)位置開(kāi)關(guān)傳送給ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置制動(dòng)器打開(kāi)狀態(tài)的信號(hào)。但是因?yàn)樯a(chǎn)車間環(huán)境復(fù)雜，空氣中粉塵多，溫度過(guò)高，因?yàn)檫@樣的環(huán)境下，會(huì)造成位置開(kāi)關(guān)堵塞，接觸器的觸頭接觸不好等，導(dǎo)致定子調(diào)壓裝置感應(yīng)不到制動(dòng)器打開(kāi)的信號(hào)，由于以上原因就導(dǎo)致了制動(dòng)器不打開(kāi)的故障[4]。

（5）制動(dòng)器持續(xù)打開(kāi)，制動(dòng)器一直保持在打開(kāi)狀態(tài)，因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中空中漂浮灰塵多，溫度過(guò)高等，導(dǎo)致制動(dòng)器接觸器發(fā)生堵塞、鐵心變性貼合等問(wèn)題，以此出現(xiàn)制動(dòng)器一直都在打開(kāi)狀態(tài)。再有定子調(diào)壓調(diào)速裝置DTX110ABB板上面的輸出繼電器在特別高頻率的運(yùn)行狀態(tài)下可能出現(xiàn)粘貼情況[5]。

3 發(fā)生故障改進(jìn)措施

（1）編碼器反饋鑒于電動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)下給編碼器造成的振動(dòng)損壞，為了提升編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)軸和電動(dòng)機(jī)輸出軸的一個(gè)同心度，可以定制同心度好的安裝座位，并訂制能固定編碼器的支持架，降低對(duì)編碼器的沖擊力造成的問(wèn)題。另一方面，可以應(yīng)用移動(dòng)雙絞屏蔽電纜線，為了更有效避免生產(chǎn)車間的環(huán)境對(duì)編碼器反饋信號(hào)的磁場(chǎng)干擾，這種電纜線有三個(gè)特殊特性，一個(gè)是當(dāng)電纜收到電磁干擾時(shí)能有效的防護(hù)，一個(gè)是相互絞使電纜線距離變短，兩條線相對(duì)的磁場(chǎng)干擾線的長(zhǎng)短基本一樣，相對(duì)的屏蔽范圍也差不多相同，能夠有效屏蔽共模干擾；另一個(gè)就是電纜線的柔韌性強(qiáng)，可移動(dòng)雙絞屏蔽電纜的外皮用的是聚氯丁烯硅橡膠，可以很好的保護(hù)電纜不受小車對(duì)電纜的傷害[6]。

（2）如果出現(xiàn)速度偏差故障，第一步需要查看轉(zhuǎn)子切除電阻接觸器閉合情況，要是切除電阻接觸器不閉合，則要在ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置高檔位輸出的時(shí)候檢測(cè)轉(zhuǎn)子切除電阻接觸器的線圈電壓，如果測(cè)量發(fā)現(xiàn)有電壓的情況是因?yàn)榻佑|器發(fā)生損壞，如果沒(méi)有電壓的話是定子調(diào)壓輸出繼電器發(fā)生了損壞，只需要更換對(duì)應(yīng)的元器件就可以了[7]。

（3）起升力矩如果發(fā)生起升力矩丟失情況時(shí)，首要任務(wù)是先排除其他外部因素以后，則要進(jìn)行對(duì)對(duì)應(yīng)參數(shù)的調(diào)整以達(dá)到優(yōu)化起重機(jī)性能的目的，通常情況下可以根據(jù)優(yōu)化表1中的參數(shù)來(lái)控制。通過(guò)表1中參數(shù)說(shuō)明可以知道，要選擇適合的加速時(shí)間就要通過(guò)調(diào)整08.02和08.03兩個(gè)參數(shù)數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。在使用速度調(diào)節(jié)器的時(shí)候，先設(shè)定參數(shù)09.10對(duì)應(yīng)的數(shù)值為0，并應(yīng)用對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)工具，以給定的速度曲線和實(shí)際中的速度曲線做對(duì)比，依據(jù)對(duì)比結(jié)果調(diào)整參數(shù)09.02的數(shù)值，起升裝置帶超一起下降，并且下降的最終實(shí)驗(yàn)必須達(dá)到最大荷載，而參數(shù)09.03是給不同速度達(dá)到不同的比例增益，參數(shù)09.16在通常狀況下應(yīng)設(shè)定在10%到50%之間，在非常狀況下也能設(shè)定成負(fù)值，比如，速度一下從全速到中速降速過(guò)快，那么參數(shù)09.19可以設(shè)定為負(fù)50%。以此經(jīng)調(diào)整09.16到09.19之間的參數(shù)可控制不同速度時(shí)現(xiàn)實(shí)的中的速度曲線。當(dāng)制動(dòng)器的制動(dòng)太慢時(shí)，可以增大參數(shù)06.01的數(shù)值。如果在閉環(huán)控制當(dāng)中編入?yún)?shù)07.20，尤其是在不帶機(jī)械負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)，在速度反饋監(jiān)視工具中，濾波時(shí)間應(yīng)該選擇默認(rèn)值。然后經(jīng)減小參數(shù)10.15的值，來(lái)使未收到反饋信號(hào)的時(shí)間變短，當(dāng)發(fā)生力矩丟失而自動(dòng)滑落的情況時(shí)，會(huì)在極短時(shí)間里收到反饋問(wèn)題，會(huì)切斷制動(dòng)器電源使制動(dòng)器成閉合狀態(tài)，及時(shí)使懸吊物體停止滑落[8]。

表1 優(yōu)化起升力矩相關(guān)參數(shù)

（4）如果發(fā)生制動(dòng)器不打開(kāi)情況，則可以對(duì)比制動(dòng)器接觸器吸合時(shí)候的情形和制動(dòng)器接觸器實(shí)際的情況來(lái)找到損壞的具體原因，以此來(lái)解決制動(dòng)器不打開(kāi)問(wèn)題。再一個(gè)定期的對(duì)制動(dòng)器接觸器拆解清理，或者對(duì)制動(dòng)器接觸器做一定的防護(hù)，避免接觸不良或者發(fā)生粘貼，造成的制動(dòng)器一直處制動(dòng)狀態(tài)。若制動(dòng)器發(fā)生一直打開(kāi)情況的話，則需要切除ABB定子調(diào)壓裝置的總電源，若發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器接觸器能夠分離則是DATX110板輸出繼電器出現(xiàn)了損壞，只需要把舊DATX110板換掉就可以，出現(xiàn)不分離的情況下，可能是因?yàn)橹苿?dòng)器接觸器發(fā)生了阻塞、粘貼等問(wèn)題，需要換新的接觸器配件[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)某鋼廠生產(chǎn)廠房使用的橋式起重機(jī)ABB定子調(diào)壓調(diào)速設(shè)備通常發(fā)生的故障進(jìn)行原因分析和改進(jìn)辦法，很大程度上減少了起重機(jī)在日常生產(chǎn)中無(wú)法正常運(yùn)行的機(jī)率。用半年時(shí)間的使用觀察發(fā)現(xiàn)，半年來(lái)起重機(jī)ABB定子調(diào)壓調(diào)速裝置的電氣故障比之前半年發(fā)生的故障次數(shù)明顯減少，并且在起重機(jī)發(fā)生電氣故障時(shí)能及時(shí)精確發(fā)現(xiàn)故障原因，并及時(shí)解決問(wèn)題，減少了日常起重機(jī)的維修成本，同時(shí)很大程度提高了橋式起重機(jī)的使用效率，為工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率和安全性提供了保障。