黃驊

[摘 ? ?要]介紹了125 t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的調(diào)壓調(diào)速改造技術(shù)方案。通過(guò)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在125 t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，闡述了數(shù)字式（可控硅換向）調(diào)壓調(diào)速裝置及系統(tǒng)在鑄造起重機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，為鑄造起重機(jī)調(diào)壓調(diào)速的改造提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]鑄造起重機(jī);調(diào)壓調(diào)速;變頻調(diào)速;行星減速器;主起升控制系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]TG231.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]This article introduces the technical plan for the reformation of the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit. Through the application of the pressure and speed control system in the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit， the technical architecture， technical characteristics and advantages of the digital （SCR commutation） pressure and speed control device and the system applied to the casting crane are explained. ， To provide a reference for the transformation of the pressure and speed regulation of the casting crane.

[Keywords]casting crane; pressure and speed regulation; frequency conversion and speed regulation; planetary reducer; main hoist control system

冶金鑄造起重機(jī)是冶金企業(yè)中非常重要的核心搬運(yùn)設(shè)備，使用環(huán)境溫度高、粉塵大、環(huán)境惡劣，鑄造起重機(jī)的運(yùn)行是否穩(wěn)定直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益。這樣鑄造起重機(jī)電氣控制方面就要求高可靠性、高安全性和強(qiáng)大的過(guò)載能力，對(duì)鑄造起重機(jī)的電氣控制的要求特別高。

本單位的125 t鑄造起重機(jī)是20世紀(jì)投入的鑄造起重機(jī)，其主起升電氣控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的切電阻控制系統(tǒng)，此種電氣控制方式自身存在很多固有的問(wèn)題，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)效率。為了提高起重機(jī)的可靠性，降低故障率，滿足生產(chǎn)需要，就需要采用更加先進(jìn)的控制方案進(jìn)行控制，滿足生產(chǎn)需要。

1 125 t鑄造起重機(jī)的電控系統(tǒng)現(xiàn)狀

冶金起重機(jī)均使用在惡劣環(huán)境下，并且操作頻率高，工作周期長(zhǎng)。目前125 t鑄造起重機(jī)的電控系統(tǒng)存在以下問(wèn)題。

（1）起升機(jī)構(gòu)采用兩擋反接控制時(shí)，控制系統(tǒng)由于只是通過(guò)轉(zhuǎn)子串接不同阻值電阻進(jìn)行擋位切換，因此在起升機(jī)構(gòu)中電機(jī)在低擋位時(shí)不會(huì)有穩(wěn)定的低速，會(huì)因載荷不同而速度不同。所以在進(jìn)行慢速對(duì)位時(shí)，對(duì)操作人員的要求非常苛刻。

（2）由于利用時(shí)間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)子電阻切換，會(huì)造成電機(jī)切換電流超過(guò)電機(jī)允許過(guò)電流，這樣電動(dòng)機(jī)經(jīng)常容易損壞。

（3）由于鑄造起重機(jī)的工藝性要求，兩擋反接控制系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行低速，因此在實(shí)際操作使用時(shí)，會(huì)經(jīng)常性地進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，有時(shí)司機(jī)為了能夠準(zhǔn)確定位起重機(jī)經(jīng)常需要大反擋停車，這樣很容易造成電動(dòng)機(jī)的損壞。長(zhǎng)期頻繁操作的行車來(lái)說(shuō)反復(fù)的大電流沖擊也加速了主回路電纜線的老化。

（4）由于定轉(zhuǎn)子接觸器動(dòng)作頻繁，而且?guī)щ娏鞣謹(jǐn)?，因而接觸器拉弧嚴(yán)重，接觸器損壞率高，造成接觸器故障率也特別高。

（5）此種控制方式定子回路電壓380 VAC直接接入無(wú)調(diào)壓過(guò)程，起動(dòng)電流大對(duì)電動(dòng)機(jī)和齒輪箱的機(jī)械沖擊大，由于制動(dòng)器是在電動(dòng)機(jī)高速狀態(tài)下進(jìn)行報(bào)閘，制動(dòng)器損壞嚴(yán)重，另外經(jīng)常出現(xiàn)減速機(jī)軸斷崩齒滾鍵。

2 調(diào)壓調(diào)速改造的技術(shù)方案

2.1 調(diào)速方案的選擇與分析

改造方案的正確選擇關(guān)系到能否從根本上解決鑄造起重機(jī)現(xiàn)狀的關(guān)鍵。

要想從根本上解決問(wèn)題，首先要從以下幾方面入手：①增加調(diào)速功能，避免頻繁點(diǎn)動(dòng);②避免電動(dòng)機(jī)過(guò)流導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞;③采取措施延長(zhǎng)接觸器壽命，降低接觸器故障率。目前，近代交流調(diào)速的方案主要有變頻和調(diào)壓兩種調(diào)速方法，對(duì)這兩種調(diào)速方式的比較見表1。

（1）變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子頻率進(jìn)行調(diào)速的調(diào)速方法，其調(diào)速性能優(yōu)異，控制性好。但需要更換具有測(cè)速用脈沖編碼器的變頻專用電動(dòng)機(jī)，會(huì)提高項(xiàng)目投資。同時(shí)變頻器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求較高，變頻調(diào)速低速啟動(dòng)力矩較低，要求維護(hù)能力較高。采用帶制動(dòng)電阻的變頻控制系統(tǒng)，主起升機(jī)構(gòu)發(fā)電制動(dòng)下降時(shí)的電能會(huì)被制動(dòng)電阻消耗，節(jié)能指標(biāo)較低。使用共直流母線變頻器可節(jié)能，但經(jīng)濟(jì)性差。

（2）調(diào)壓調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電壓進(jìn)行調(diào)速的調(diào)速方法，它的調(diào)速性能優(yōu)良，控制性能較好。調(diào)壓調(diào)速控制性能雖然沒(méi)有變頻調(diào)速好，但調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速性能及控制性能足夠滿足鑄造起重機(jī)的運(yùn)行要求，更重要的是采用調(diào)壓調(diào)速，無(wú)需在電動(dòng)機(jī)增設(shè)脈沖編碼器。更主要的是，采用調(diào)壓調(diào)速不會(huì)損失電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，無(wú)須考慮低速啟動(dòng)能力問(wèn)題，而且可以滿足鑄造起重機(jī)單機(jī)工作的工藝要求。調(diào)壓調(diào)速雖然需要采用轉(zhuǎn)子接觸器控制，但由于采用無(wú)電流切換技術(shù)，大幅延長(zhǎng)接觸器的壽命。而且調(diào)壓調(diào)速方案經(jīng)濟(jì)性大幅優(yōu)于變頻調(diào)速。

最終，綜合考慮，選擇了調(diào)壓調(diào)速方案。

2.2 125 t鑄造起重機(jī)主起升控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)行星齒輪減速器布置方式的特點(diǎn)，起升機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)針對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成以下方案：

（1）完全獨(dú)立的兩套閉環(huán)控制系統(tǒng)，由一個(gè)主令控制器控制。由于行星減速器的特點(diǎn)，只要保證兩套系統(tǒng)傳動(dòng)比相等，兩臺(tái)電機(jī)的力矩就相等，不會(huì)造成偏載，機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度為兩套系統(tǒng)運(yùn)行速度之和。

（2）當(dāng)一套出現(xiàn)機(jī)械或電氣故障時(shí)，可以由另一套單獨(dú)控制，可長(zhǎng)期工作。電氣元件選擇時(shí)無(wú)需增容，電氣元件在使用時(shí)也不會(huì)承受過(guò)載。

（3）在大容量電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，利用行星減速器的互相獨(dú)立性，電氣控制可以利用分別起動(dòng)和制動(dòng)兩套系統(tǒng)，減少電源電流沖擊，降低對(duì)供電電源的要求。

（4）起升機(jī)構(gòu)除了在高速軸上安裝有工作制動(dòng)器外，還有一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到2個(gè)卷筒轉(zhuǎn)速不一致、電機(jī)超速、高低速軸之間的速比發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)立即指示安全制動(dòng)器制動(dòng)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，在主起升系統(tǒng)的架構(gòu)中，還采用了備用裝置，當(dāng)任何一臺(tái)裝置故障時(shí)，備用裝置可隨時(shí)投入，提高系統(tǒng)的可靠性。按照設(shè)計(jì)原則，由兩臺(tái)調(diào)壓調(diào)速裝置分別各去控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，組成兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，各自分別驅(qū)動(dòng)各自的電動(dòng)機(jī)，兩套調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)備用一臺(tái)裝置。

2.3 調(diào)壓調(diào)速裝置的選擇

調(diào)壓調(diào)速裝置選擇主要考慮如下幾點(diǎn)：

（1）適用環(huán)境能力。在60 ℃環(huán)境溫度下，可以無(wú)需采取特殊的風(fēng)冷措施依然可靠工作。在灰塵大、污染嚴(yán)重的環(huán)境下使用，可靠性不會(huì)受到影響。

（2）轉(zhuǎn)子頻率反饋。采用電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率作為速度閉環(huán)的反饋，無(wú)需易損的脈沖編碼器。

（3）裝置維修維護(hù)方便。調(diào)壓調(diào)速裝置的控制單元與功率單元分別獨(dú)立，可通過(guò)插拔進(jìn)行連接;控制單元內(nèi)電路板采用可插拔的電路板形式;裝置故障時(shí)，只需維修人員更換控制箱內(nèi)的印刷電路板（為插拔式電路板）或更換控制單元即可排除故障;電路板及控制單元全系列通用。

（4）可靠的系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和報(bào)警。數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速裝置由于為現(xiàn)代數(shù)字控制電路，因而具有強(qiáng)大的系統(tǒng)自診斷功能及可靠的系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)、報(bào)警和記憶。把事故避免在萌芽中，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、更安全。

（5）方便的人機(jī)界面。數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速裝置的顯示面板提供了系統(tǒng)的大量運(yùn)行指標(biāo)，例如：電機(jī)電流、速度、檔位、觸發(fā)電壓等。當(dāng)故障時(shí)顯示故障名稱，還可顯示記憶的故障歷史，方便檢查和維護(hù)。

（6）使用可靠，無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)。具有在國(guó)內(nèi)冶金廠家多臺(tái)冶金吊車上使用的業(yè)績(jī)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)，壽命可達(dá)10 a以上。

（7）制動(dòng)器的冗余控制。制動(dòng)器是鑄造起重機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，在主起升機(jī)構(gòu)停機(jī)及任何故障發(fā)生時(shí)，均需要通過(guò)控制制動(dòng)器閉合制動(dòng)負(fù)荷，避免溜鉤失控，因此應(yīng)選用帶制動(dòng)器冗余控制的調(diào)壓調(diào)速裝置，即裝置具有2個(gè)輸出點(diǎn)控制制動(dòng)器，而在裝置內(nèi)部應(yīng)具有雙芯片分別控制兩個(gè)輸出繼電器，兩個(gè)輸出繼電器分別控制外部的制動(dòng)器接觸器，兩個(gè)制動(dòng)器接觸的主觸點(diǎn)串聯(lián)控制制動(dòng)器，保證制動(dòng)器控制的可靠、安全。在制動(dòng)器接觸器控制電路中，除裝置輸出繼電器控制外，還應(yīng)串聯(lián)主令控制器回零后的延時(shí)控制點(diǎn)，保證在主起升機(jī)構(gòu)主令在零位時(shí)，制動(dòng)器不會(huì)打開。

（8）裝置DC電源指令輸入。采用裝置內(nèi)部提供的DC直流電源作為外部指令輸入的電源，而不采用外部AC220 V電源供電的指令輸入。這樣可以杜絕將外部AC220 V電源干擾引入裝置的可能性，提高裝置工作可靠和安全。

結(jié)論：根據(jù)上述原則，選用THYROMAT 10BCCH 700A 380BPZ數(shù)字式（可控硅換向）調(diào)壓調(diào)速裝置用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

3 定子調(diào)壓系統(tǒng)改造后的效果

（1）機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)平穩(wěn)，當(dāng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)僅以正常速度的1/10微速起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，被吊物體平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)起吊鋼水包的鑄造起重機(jī)特別有利。

（2）可有效減少制動(dòng)器閘塊的磨損。

（3）被吊物體能準(zhǔn)確定位。

（4）減少對(duì)金屬結(jié)構(gòu)（橋架或小車架）和傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)使用壽命。

（5）減少起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（6）零電流轉(zhuǎn)子接觸器切換，大幅減少接觸器觸頭的拉弧燒損，減少了維護(hù)量。

（7）加到電動(dòng)機(jī)上的電壓是斜波直線，避免對(duì)電動(dòng)機(jī)和減速箱的機(jī)械沖擊。

數(shù)字調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)避免了接觸器調(diào)速系統(tǒng)所存在的故障率高、線路復(fù)雜、不能平滑調(diào)速、維護(hù)量大等弊病，同時(shí)設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，無(wú)須專業(yè)人員維護(hù)，維護(hù)工作量少，控制板插槽式的設(shè)計(jì)使更換工作可以快速操作，控制板通用性強(qiáng)，備件數(shù)量少，使電氣控制性能上了一個(gè)新臺(tái)階。

4 結(jié)束語(yǔ)

THYROMAT數(shù)字定子調(diào)壓系統(tǒng)在鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，極大地滿足了本單位鑄造工藝和生產(chǎn)要求，降低了故障率，提高了運(yùn)行的安全性及可靠性，維護(hù)方便，故障處理簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)非常適用于鑄造起重機(jī)的控制，達(dá)到了預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 周元鈞.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.