桥式起重机定子调速调压装置的实际应用

摘要：桥式起重机多数使用绕组式电机实现档位切换，调压调速装置的应用给起重机的档位调速提供了恒定调速的控制条件，使操作变得顺畅，但是实际中调压调速装置的实际应用技术含量较高应用不够广泛，不熟练技术工人无法对其调校，本文对调速调压装置的关键参数设置及参数设定进行分析。

关键词：调速;转子串电阻;定子调压调速;恒速

引言

我厂属于冶炼行业，冶金吊是非常重要的设备，设备的稳定性直接关系到安全生产，一旦发生事故，后果不堪设想。所以必须保证冶金吊的正常运行。我厂的冶金吊为50/20T的桥式起重机，主钩采用的是定子调压调速装置。定子调速调压装置近年来越来越成熟，广泛运用在大型的冶金吊上，主要原因为期稳定性好，安全性高，故障率低，冲击电流小，调速平稳，速度波动小等特点。在保证正常的安全生产，减少故障和故障处理时间上起到了显著的作用。下面就我公司使用的BDC系列的调压调速装置的控制原理，参数设定及故障排除等进行介绍。

1 控制原理

调压调速装置是通过控制单元改变绕线式电機每相背对背并联的一组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（T∝U²）。电机的速度是通过转子频率的反馈来测定的。电机的方向转换时通过外接的两个换向接触器，在控制单元的控制下，并且在零电流下切换方向，不会产生相间的环流。因为系统控制采用的沿斜坡连续加速和减速，所以对电机和机械减速箱等机械环节冲击减到最小。

当系统工作时，首先由速度给定器送出给定信号，其大小和极性决定了电机的转速和转向。给定信号与测速发电机反馈信号相减，其差值送至调节器，调节器的输出送至触发器，使之输出一定相移的脉冲，可控硅调压装置则输出一定的电压，使电动机的转速与给定值相匹配。

如果系统的实际转速由于某种原因低于要求的数值时，测速发电机的输出信号低于目标值，调节器的输入和输出增大，迫使可控硅调压器输出电压上升，转子转速升高，并稳定在一定的数值上，这时定子电压也就维持现有状态保持不变。反之，如果电动机的转速由于某种原因高于所要求的数值时，调节器的输出减小，迫使可控硅调压器装置的输出电压下降，电动机的转速下降。这样，只要速度给定器的给定值保持不变，电动机的转速也就基本上保持不变。人为地改变速度给定器的给定值，即可改变电动机的稳定运行速度，达到调速的目的。

2 关键参数设定

定子调压调速装置的基本参数如电流变比、电机满载工作电流、过载保护等级、档位速度等这些设置根据设备及工作要求对应设置即可。但要满足行车的稳定运行，对关键参数的设置和计算就非常重要，直接影响到行车运行的平稳性和故障率。

2.1 起升回零制动

起升档位回零制动的快慢与钩头上的载荷大小有关，比较轻的载荷可能需要比较长的减速时间以达到所需速度。如果本参数设置投入使用，则装置会发出较强的制动力矩帮助设备尽快减速。如果设置没有投入使用，则通过装置降低电压，靠机械阻力和重力作用来减速，所以本参数对轻载发挥作用。如果设为投入使用，则制动力矩的上限值由“起升制动电压”、“下降制动电压”设置。

此参数投用后需要合理的设置二级限位开关，因为在空钩时触碰开关后，需要更长的时间和距离才能停止。如果起升机构转动惯量较大，则可以设置较大的制动电压，从高速挡回低速挡或零位时如果实际速度与设置要求的速度产生差别，会产生制动电压，用于产生制动力矩。在实际使用中，多数情况时在轻载时该制动才起作用，而重载时因为重力和机械的减速已经达到制动效果，则装置就不产生电压进行电制动。

下降过程中制动力矩是根据速度的PID调节进行的，如果速度未达到装置内的目标速度，装置就根据PID调整产生力矩已达到制动的速度。在设置时，如果设置参数过大，则在制动时会产生较大的电流，应该根据载荷和供电电压的情况进行恰当的参数设置，已达到较好的制动效果。

2.2 相角延时关闭时间和相角延时关闭持续时间

相角延时关闭时间和相角延时关闭持续时间，这两个参数分别对应的是接触器打开时间时的。主要用于换向接触器切换时动作的延时。对于大多数行车换向接触器都没有使用带快速线圈的接触器。所以在换向过程中可能因为动作过于迅速导致接触器瞬间短路拉弧，接触器损坏。

接触器切换时，调压调速装置将关闭可控硅单元元件的触发脉冲已达到零电流切换的目的而保护接触器。通常情况下控制回路中应该有中间继电器来拖动接触器，所以在设置时间时应考虑继电器吸合时间，一般情况下继电器的吸合时间为15ms。例如接触器LC1-265接触器的断开时间为150ms，吸合时间为65ms，所以相角延时打开时间应该设置为80ms。

相角延时关闭时间=接触器吸合时间+继电器吸合时间=65ms+15ms=80ms

相角关闭持续时间=接触器断开时间-相角延时关闭时间=150ms-80ms=70ms

3 起升机构动作过程

3.1 提升过程

当选择并给定提升中的任意档位时，调压调速装置控制接触器吸合，电机得电，短时后制动器释放，电机沿着参数给定的模式平稳减速。选择给定的是低速档位，则电机被调速到这个给定的档位速度上，如选择给定的档位是最高速档位，则电机按最高速度运行，平稳的加速到全速。档位接触器在特定速度下切换，以满足电机平稳加速的目的。

当从全速或高速挡降到低速档位时，驱动力矩是在可控硅驱动下逐步减小，直至达到所需要的机构速度，如果是轻载，则当减速斜坡与设定值误差足够大时，电机将会强制电压制动以尽快到达所需要的低速上。当回到零位上时，而当前速度斜坡与预期误差足够大时，如果此时起升电制动为投用，电机将进入电制动以最快速的方式进行减速，直至零速。

3.2 重载下降

给定任意档位下降后，调压调速装置将使起升接触器吸合，电机得电，短时后制动器释放，重载情况下，下降过程中起升接触器一直吸合，电机被加载反向力矩使电机达到所需的速度而反向转动，载荷平稳的下降。

在空载下降的情况下，下降接触器有可能吸合强制机构下降，全速下降时，下降接触器立即吸合，装置输出全电压。

主令从下降全速或高速挡降低档位时，则电机被加载反转力矩，以减速至低速。在主令回零期间，电机被加载了大的反力矩使电机按照设定的模式回到零速，制动器抱闸，短时后电机失电。

3.3 反接制动

和其他下降模式不同，轻载在某档位低速下降时，起升接触器先吸合，短时后制动器释放，如果电机不下降，则调压调速装置将控制下降接触器吸合，强制电机转动下降。

如果由于某些原因，如惯性、卡阻、高度变化等外部原因，载荷又变重且足以倒拉着电机下降，则系统将自动变回反接制动下降模式。此特性是一种安全式操作特性，除全速下降外，其他情况均为起升接触器先吸合，使电机和制动器有效而安全的操作，也使得负荷可以被精确地放置。

4实际使用效果

我厂3台冶金吊的提升装置使用了定子调压调速装置，在过去的十年里，定子调压调速装置的故障次数很少。

定子调压调速装置的稳定性很好。建议使用年限在8年，因为定子调压调速装置的内部电路较为复杂，主板长期工作的容易老化，随着使用年限的增加，故障的产生会随着出现。

5 结论

随着科技的进步，在起重的电力拖动系统中，交流调速已经成为趋势，并在不断的探索新的调速方式。作为交流调速控制中重要的一种方式，定子调压调速闭环系统有控制简单，维修方便，控制性能良好的优点，取得了较好的经济效益。进一步研究定子调压调速闭环控制的原理，对与改进调速性能，促进电力拖动控制系统的发展有着深渊的意义。

参考文献

[1]扬兴瑶，电动机的调速原理与系统.水利电力出版社，1979

[2]邹本太，揚柏森，蔡斌，电力拖动和自动控制.机械工业出版社， 1987

[3]刘竟成，交流调速系统，上海交通大学出版社，1991

[4]黄俊，半导体变流技术，机械工业出版社，1980

作者简介：

吕坚（1988-），男，电子信息工程学士学位，电气工程师，从事电气自动化控制控制10年，具有丰富的现场经验和理论知识，对电力拖动，PLC、DCS编程组态熟悉，熟悉各种电气、仪表的应用。