直流调速技术在塔式起重机上的应用探讨

李水林

（葛洲坝集团股份有限公司设备中心，湖北宜昌443002）

SCM900 t.m塔式起重机起升机构，采用的是直流传动控制系统，以直流电动机为动力，通过西门子6RA7085直流调速器整流，使直流电动机的电枢电流和励磁电流能够做到精确控制，从而使其具有良好的调速性能，可在很宽的范围平滑调速。所以，其在启动性能及力矩调节要求苛刻的场合，使用得非常广泛。

西门子6RA7085直流调速器，是一种较先进的直流调速装置，其体积小，效率高，具有输入输出电压范围宽、调压简便、故障报警自诊断、过电压和过电流保护等功能和优点，实际使用过程中，更换备用设备简单方便快捷。但由于电网电压波动、环境温度较高、负荷波动或外接元件匹配不当等，也会造成西门子6RA7085直流调速器出现各类故障，从而影响生产。由于西门子6RA7085直流调速器本身技术含量高又价格高昂，返厂修理存在较多的困难且花费昂贵；另一方面又给装置生产带来影响。因而分析并排除调速器出现的故障，可以最大限度地节约生产运行成本，为装置正常生产提供保障。所以，多次对西门子6RA7085直流调速器本体的故障进行排除，取得了很好的效果，并积累了一定的修理经验。

1 调速原理

SCM900 t.m塔式起重机起升机构直流电动机的调速是将50 Hz、380 V交流电通过西门子直流调速器内部桥式整流电路（电枢是四象限工作整流器通过两个三相全控桥无环流反并联连接电路供电，励磁是通过单相半控桥电路供电）进行整流，将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机电枢（转子），一路输入给直流电机砺磁（定子），直流调速器通过控制电枢直流电压，来调节直流电动机转速，同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速（如图1）。

图1 直流调速原理

2 故障易发部位分析

2.1 双向晶闸管（TRIAC）易造成短路

3 组可控硅是负载的主要功率部件，由于发热严重、电机的电缆发生短路、电机内部短路或者负载侧过电压，都会造成可控硅的损坏。不同的故障，有不同的表现形式。可控硅的某一只断路，会造成输出电压与设定输出点不符，输出会偏低；可控硅短路，会造成相间短路而烧毁西门子直流调速器外部的熔断器（如图2）。

图2 三相全控桥式整流电路

西门子6RA7085直流调速器里的电源板，是为整个调速器供电，某组电源有时会出现较大的电流，再加上环境影响，如灰尘、潮湿或是元器件本身有缺陷，在使用一段时期后，就会出现故障。

然而西门子6RA7085直流调速器在塔式起重机上应用时，晶闸管短路即相间短路最主要的原因，是直流调速器负载侧过电压，产生过电压的实质，是由于某种原因使电动机处于再生发电状态，负载传动系统中所存储的机械能，经电动机转换成电能，电路中积聚的电磁能量消散不掉。

2.2 过电压的情况及原因

直流调速器工作电压与斜坡函数的关系：

(1)斜坡上升时间：斜坡函数发生器，其输入量阶跃变化从0到100%或从0到-100%并在0附近有初始圆弧和最终圆弧，达到100%输出值所需的时间。在较小的阶跃信号时，输出量与输入量有相同的斜率。

(2)斜坡下降时间：斜坡函数发生器，其输入量阶跃变化从100%到0或从-100%到0并在0附近有初始圆弧和最终圆弧，达到0输出值所需的时间。在较小的阶跃信号时，输出量与输入量有相同的斜率。

HLZ...斜坡上升时间（P303，P307，P311），RLZ...斜坡下降时间（P304，P308，P312）；

AR 初始圆弧 （P305，P309，P313），ER 最终圆弧（P306，P310，P314）；

2.2.1 直流调速器工作电压特性及斜坡函数

（1）从斜坡下降斜率转换为上升斜率的过渡；

（2）在最大的下降斜率之前，实现初始圆弧转换到最终圆弧；

（3）由于输入阶跃信号仅执行最终圆弧的最后部分。

2.2.2 过电压原因

（1）当直流调速器拖动大惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，负载惯性比较大，靠本身的阻力减速比较慢，负载拖动电动机的转速过快，电动机处于发电状态，直流调速器没有电能处理单元或其作用有限，从而使直流回路电压升高，超出保护值；

图3 斜坡函数发生器运行原理

（2）工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定参数也不能减缓这一故障，系统也没有采取处理多余能量的措施；

（3）当电动机所传动的负载下放时，负载势能瞬间下降过快，电动机将处于再生发电状态，从负载侧向直流回路回馈电能，超出其保护值，短时间集中回馈过多的能量，超过直流回路及其能量处理单元承受能力。

3 故障维修事例及策略

SCM900 t.m塔式起重机起升机构直流调速器主回路双向晶闸管在重载超速下降时，一旦遇到电网瞬间掉电，容易造成三相全桥某一桥上的一组晶闸管同时短路。

3.1 更换同型号新直流调速器步骤及优化方法

（1）输入电机参数和编码器参数。电机参数为：

根据电网电压——p078.01=370 V，p 078.02=370 V；P80=1，p81=1，p82=2，p83=2；

根据电机铭牌——p100=370（电枢电流），p101=355（电枢额定电压），p102=9.9（励磁额定电流），p108=1000（电机转速）；

编码器参数——p140=1，p141=512，p142=1，p143=1500（转速，根据电机铭牌），p661=K1，p771=250，p772=106，p91.02=1.5（断电后保持弱磁1.5 s）。

（2）优化直流调速器（按照优化参数分3步进行）。P051=21（恢复出厂设置）；

带载运行——p 051=25（电枢和励磁）的优化，p 051=26（速度的优化运行）；

空载运行——p051=27（励磁减弱的优化运行）；p051=40（授权参数修改）。

（3）优化后输入给定（部分）主要参数。

3.2 更换新双向晶闸管步骤及检测运行方法

图4 整流器连接图

断开直流调速器外部连接线路，运用专用工具将直流调速器解体后，断开主回路晶闸管连接线路，用欧姆表逐只检测晶闸管阻值，更换阻值变化较大的一组晶闸管，恢复直流调速器及外部连接线路，通电运行参数P830=0，晶闸管诊断如果没有检测到故障，则直流调速器恢复正常。

4 减少故障和延长使用寿命的措施

（1）经常仔细检查直流调速器内部风机转动状况。通电时，用手感觉直流调速下部风机是否有风吹出；断电后，用手转动风叶，观察轴承有无卡死或转动不灵活现象，必要时更换处理。

（2）定期对直流调速器进行维护。由于直流调速器下进风口，上出风口常会因为施工现场条件恶劣造成积尘过多，其本身散热量高，要求通风量大，故运行一定时间后，其电路板上（因静电作用）有积尘，须清洁和检查；

（3）对所有接线端进行检查，紧固，防止松动；

（4）经常检查电源电压波动程度，改善直流调速器的使用环境和负载波动大的现象，避免大电流对直流调速器冲击的影响。

5 结束语

SCM900 t.m塔式起重机，在水利水电工程混凝土浇筑及部分金属结构安装中，应用越来越广泛，然而对塔机直流调速器的应用中，只有满足其设计工作要求和正常使用的各项条件，才能使其长期、安全、稳定地运行；如果在恶劣的工作环境下使用，就要加倍重视直流调速器的日常维护和检修工作，改善直流调速器的环境和负载波动大的现象，才能保证直流调速器可靠、平稳、安全地发挥其各项性能。

[1]邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

[2]张燕宾.变频器应用教程[M].北京：机械工业出版社，2007.