关于铸造车间起重机的电气改造的探讨

戴 军

铸造车间的起重机由于工作条件的影响，机械元件和电气元件寿命相对较短，故障率较高，所以对起重机的合理维修和改造是一项非常重要的工序。通过电气改造可以降低故障率和提高安全系数，正是基于这个原因，有必要对铸造车间的起重机电气改造的方案加以剖析，以寻求解决铸造车间的起重机稳定运行的方法。由于经常对一些工厂铸造车间的设备进行改造，其中对铸造车间起重机在电气改造方面有一些体会，所以借此文加以探讨。

1 铸造车间起重机调速方法的原理及特点

铸造车间的起重机在电气改造时往往是调速方法的改造，一般考虑三种调速方式：转子串电阻调速、PLC+变频器调速和调压调速。每种方法都有它自身的特点，应用时需要认真考虑，现就它们的原理和特点做简要的说明。

1.1 转子串电阻调速

转子串入电阻器，在转矩一定时，转差率与转子电阻成正比，通过改变电阻器中串入电阻的大小就可以调速。电阻越大转速越低。特点如下：

（1）投资少，控制简单，应用广泛。

（2）开环控制，转速稳定性差，工作不平稳，冲击大，换档时易出现晃动。

（3）速度只能从电机额定转速下调。

（4）接触器拉弧严重，电气元件损坏频繁。

（5）外部设备多，线路复杂。

1.2 定子调压调速

降低定子绕组的端电压改变电机转速的方法，特点如下：

（1）能够适应各种工作环境。

（2）闭环控制，速度平稳，系统采用闭环控制，速度不会因负载而变化。

（3）安全系数高，停车反接力矩制动，系统设有多个安全保护。

（4）外部设备少，线路简单。

（5）成本低，过载能力强。

1.3 变频调速

改变供电频率进行调速的方法，特点如下：

（1）闭环控制，系统稳定性好。

（2）无级调速，可靠性好。

（3）节电，保护电机。

（4）对环境要求较高。

（5）外部设备少，线路简单。

（6）成本高，过载能力弱。

2 铸造车间起重机的现状与改造的方法

目前铸造车间的起重机大多数采用串电阻调速的方式，通过上述分析，由于调速方式的缺陷和铸造车间环境，使得起重机的安全性和稳定性较差，元器件损坏频繁，维护频繁且成本高。铸造车间的起重机在维修上往往采用元器件替换法，在电气改造或大修时优先考虑定子调压调速和变频调速两种方式。

变频调速属于无极调速，对速度的控制较容易且调速对起重机无冲击，是电动机调速的优选方案。但变频调速需要更换起重机原有电机及电气元件，改造成本较高，而且对工作环境要求较高。铸造车间灰尘较大，环境恶劣，定子调压调速对工作环境要求较低，不需要更换电机，改造成本相对较低，是闭环控制，而且能有效地控制速度的不稳定性，对起重机的冲击较小，所以我们经常选用定子调压调速做为铸造车间起重机的电气改造方案。

图1 三相交流电动机调压调速方式

三相交流电动机调压调速有如下三种方式：

定子侧串饱和电抗器调压是控制铁心的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大；定子侧串自耦变压器调压只适用于小容量电机，体积重量大；晶闸管三相交流调压调速用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。故现在多用晶闸管三相交流调压调速器。

晶闸管调压调速器，其控制单元通过改变绕线电机每相反并联的一组（两个）可控硅的触发角度来改变电机的定子电压。电机的力矩与定子电压的平方成正比。电机的速度是通过转子频率的反馈来测定的，通过控制板来计算后输出指令来控制三相可控硅的触发角度，实现闭环调速。下面就铸造车间起重机定子调压调速器元器件的选用做一说明。

3 定子调压调速器元器件的选用

以铸造车间16/3.1T起重机主起升改造为例简要说明定子调压调速控制系统改造过程元器件的选用。16/3.1T起重机主起升驱动电机型号为YZR225M-8，为绕线式三相异步电动机，功率PN=22kW，工作制为S3-40% ，定子额定电流Ie=46.9A，额定转速为n=715rpm，转子额定电流I2N=59.1A，效率η=0.86，功率因子为0.79。

3.1 定子调压调速控制器的选型

调压控制器的标称电流为I≥1.3Ie=60.97A，选取100A调压控制器。

3.2 转子电阻器的计算

3.2.1 实际功率PM的计算

式中，M是起重机的载荷重量（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 转子实际电流I2M的计算

式中，I2M是转子实际电流（A）；PM是实际功率（kW），PM=24.3kW；PN是电机的额定功率（kW），PN=22kW；I2N是转子额定电流（A），I2N=59.1A。

3.2.3 转子电阻Re的计算

式中，Re是转子电阻（Ω）；E2是转子开路电压（V），E2=232V；I2M是转子实际电流（A），I2M=65.3A。

3.2.4 转子电阻器各段电阻值的计算

选用升降电机功率裕度较小，绕线式电动机转子串接的三段电阻值分别为：

表1 转子电阻器各段电阻值百分数

可以根据计算的电阻值订制电阻器。

3.3 其它外围配套主要电气元件的选择原则

3.3.1 主断路器

为了避免起重机定子调压调速控制装置受到大电流的冲击，保护装置中的可控硅，并做为电动机的保护元件，必须对主断路器进行严格选择。

主断路器主要作用是短路保护，必须选择具有电子脱扣装置的断路器，电子脱扣装置不但具有热脱扣和磁脱扣的功能，而且能够检测主电路电流，放大、推动脱扣机构。

主断路器额定电流In大于电动机的额定运行电流，断路器的瞬动电流Im整定值应为电动机额定电流的3倍。

3.3.2 换向接触器

换向接触器要满足起重机的安全性和可靠性的要求，并且当可控硅或系统故障时，可以通过强制断开接触器来消除故障带来的危害。

换向接触器由于在切换时可以做到无电流切换，因此接触器是不会带电分断的。在选择时可以按照接触器约定发热电流进行选择即可。但考虑到起重机的实际使用情况，接触器选择时可以按接触器AC-3工作制下的允许工作电流选择。即接触器AC-3工作制下的允许工作电流约等于电动机运行额定电流即可。

3.3.3 转子接触器

转子接触器额定电流要根据转子接触器的接法而定，不同的接法转子接触器的额定电流不同。

转子接触器选择时还应该考虑转子接触器的耐压。转子接触器耐压要根据转子接触器的接法而定，不同的接法转子接触器的耐压也不同。

4 小结

起重机的电气改造以变频调速和调压调速为主，在铸造车间多灰尘的条件下，我们经常选用调压调速方案，满足了铸造车间起重机的平稳运行、安全性和经济性方面的要求，不失为一种很好的选择。

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