定子调压调速系统的选型及应用

张 强（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司银山型钢宽厚板事业部）

定子调压调速系统的选型及应用

张 强
（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司银山型钢宽厚板事业部）

摘 要：本文主要介绍定子调压调速系统应用于天车的起升机构时，需要采取的容量选型等措施，该措施降低天车起升机构在档位变化及起动、制动时的冲击。

关键词：天车；调压；转子电阻

0　引言

国内厂矿企业早期安装的天车等起重设备，其原有的起升电气控制系统绝大部分采用绕线式三相异步电动机转子串电阻调速的方式实现起升机构的起动、调速，即在绕线式三相异步电动机转子回路串入多段外接电阻进行起动，实现减小起动电流并增加起动转矩的作用，采用凸轮控制器、时间继电器、接触器等元器件组成主控制回路。转子外接的电阻在起动时全部串入电路，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将起动电阻从转子电路中全部切除，只留软化电阻。

1　现状分析

绕线式三相异步电动机转子串电阻调速的方式，其优点在于控制简单，维护水平低，对维修人员的技术要求不高。但缺点在于：

1）电阻的分段切除，属于有级调速，在机构的起动、制动过程，由接触器实现的换向、调速过程对起重机的机械结构和电控设备冲击大；

2）元器件频繁损坏，维护成本高，无缓冲的逻辑控制及换相频繁等因素，经常造成接触器主触头烧毁或粘连、制动闸皮磨损过快、档位回零后抱闸不闭合等故障；

3）档位间较大的速度差值，在档位切换时带来车体明显的晃动，吊钩等部位容易出现大幅度的摆动，严重影响到天车作业的安全性；

4）转子串电阻系统实现了调速功能，但由于是开环系统，使得传动系统的机械特性很软，调速范围小、精度差。

为了解决绕线式三相异步电动机转子回路串电阻调速带来的如上诸多问题，提高天车作业的安全性，减少元器件损坏频繁，维护工作量大，维护成本高等问题。需要对天车起升机构的调速系统进行改造。

2　改进措施

目前适用于天车起重电气传动系统的调速系统包括变频调速与定子调压调速两种，变频调速在调速精度、响应能力等方面更优于定子调压调速，考虑到定子调压调速也能够满足机构平缓地起动、制动、加减速动作的调速要求，其降低了绕线式电动机串电阻起动调速对天车机械结构和电气设备的冲击。从改造成本方面考虑，在定子调压调速系统改造中，调压调速以转子频率反馈为速度反馈，虽然精度较低，但是简单可靠，工作环境要求低，能够更多地利用电动机等原有设备，也不需要增加抑制谐波的电抗器等装置，降低改造费用。因此，定子调压调速较变频器更适合于天车起升机构的调速控制。

2.1 调速控制器选型

天车起升机构驱动电机为YZR系列的冶金起重用绕线式三相异步电动机，其功率为75kW，工作制为S3−40%，额定电流为169A，在控制器的选型中，以控制器标称电流I≥1.3Ie=219.7A为计算标准，选取相近规格的260A调压控制器。

2.2 转子电阻参数的计算及选择

天车的起重量100t，机械效率为0.90，起升速度≤6（m/min），起升机构所需的实际功率PM为

PM=100×9.81×6×1.1/（0.9×60）=119.9kW

起升电机的额定功率PN、实际功率PM和转子额定电流I2N=154A，计算转子实际电流I2M为

I2M=PMI2N/PN=119.9154/75=246.2A

根据转子开路电压E2=325V和转子实际电流I2M计算转子电阻Re为

Re=E2/1.732I2M=325/1.732×246.2=0.76Ω

起升电机功率裕度较小时，依据绕线式电动机转子串接的三段电阻值的选取，计算分别得三段电阻值为

R1=0.09Re=0.09×0.76=0.0684Ω

R2=0.11Re=0.11×0.76=0.0836Ω

R3=0.16Re=0.16×0.76=0.1216Ω

2.3 外围元器件的选型

选择转子加速接触器前，先确定加速接触器的接线方式。对加速接触器常用的三种接线方式进行对比后，选择通过接触器电流较小的三角形接法，并通过计算及裕量值将接触器的容量定为150A。

调压控制器内部输出继电器触点容量为阻性负载2A，而实际选择的接触器的容量为150A，控制器内部输出继电器不能直接控制加速接触器的通断，需要增加中间继电器，以保证系统的可靠运行。

调速控制器具有缺相保护功能，因此，为了降低系统改造成本，取用负荷开关作为主回路电源开关。

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2.4 安装接线

2.4.1 安装要求

安装调压控制器时，确保调压控制器周围有足够的散热空间，并且调压控制器必须垂直安装。

2.4.2 主回路接线

根据控制器上的标识，将主回路电源连到端子U、V、W上，将电机定子端连接到端子U0、V0、W0上。

2.4.3 控制回路接线

图1　调压调速控制器在天车起升控制机构的应用原理图

2.5 调试及注意事项

2.5.1 通电前检查项目

1）检查调压调速控制器外部线路及系统接线，确保调压控制器的内、外部电源及回路均按照要求正确地接线，在控制器安装过程中主回路及控制回路的线路没有断路、短路、接地等异常现象。确认控制器可靠接地。

2）转子电阻器接线一旦错误，将导致档位调速及电机起动转矩出现异常情况，严重时将损坏控制器及外围器件。因此，在送电试车前，一定要确保接线正确。

2.5.2 通电前期检查项目

1）断开电机接线柱与控制器输出的连接，合主电源开关，检查主回路及控制回路有无错相、缺相、欠压、三相不平衡等电源异常情况。

2）操作主令控制器，提供输入信号，检查控制回路的动作控制与内部动作指示灯是否正常。

3）通过控制单元面板，调出用户参数，按照电机参数及其他外围部件的配置，设置加减速、动作时间等参数。

2.5.3 起升机构的轻载试车

1）由操作人员配合，将档位信号置于上升或下降1档，判断起升机构的动作方向是否正确，若机构动作方向与操作方向相反，说明电机转向错误，需要调整电动机接线相序。

2）逐档递增，观察机构上升或下降过程中的速度变化，并检查档位的速度调节情况及高速档时的转子回路切阻情况，观察、测量主回路电机的电流，是否三相电流平衡，以及在机构下降过程中，主令回零后机构的减速及电气、机械制动是否可靠动作。同时，检查上升限位等安全设施的动作状态。

3）主令控制器在1～3调速档时，控制器主要以调压为主，所以测量控制器的输出电压值偏低，当主令控制器在全速档时，控制器的输出电压以工频电压输出。

2.5.4 起升机构带负载试车

通过前几个步骤的通电试车、检查，确保起升机构轻载状态下的动作等正常后，起升机构需要带负载试车。

与操作人员交流，将主令控制器置于上升1档，且逐档递增，观察控制器、电机加、减速过程中的运行情况，尤其是起动和换挡瞬间，电机起动力矩的大小及控制器档位速度的判别及速度的反复调整，可能存在问题，需要密切地关注起升的动作状态，出现起升机构下滑的异常情况，需要操作人员及时采取应急措施，视机构下滑速度及现场情况，选择拍急停切断主回路供电或者及时将控制器置于下降档位，将故障锁定在可控范围之内。

测量电动机的定、转子电流，确保电机的定、转子三相电流平衡。满载试验时，测量起升机构从低速到高速时最大的切换电流，设定过电流保护器的动作值，确保主回路电流＜2.5倍的电机额定电流。

3　效果验证

天车起升调速系统改造为调压调速系统后，在起升机构的起动、制动过程中，对起重机的机械结构和电控设备冲击减小，延长了制动器闸皮的使用寿命，维护工作量大为减少，安全性明显提高。

4　结束语

调压调速系统在天车起升传动机构的应用，不仅消除了天车电机转子回路串电阻调速系统存在的问题。同时，操作面板的参数设置及故障查询等功能，在设备维护管控方面更快捷、精细，不仅降低了天车的故障率及维护成本，提高了天车作业的安全系数。

参考文献

[1] 裘为章. 实用起重机电气技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.

[2] 臧广州. 常用低压供配电设备选型与安装使用技术手册[M]. 长春: 吉林科学技术出版社, 2006.

收稿日期：（2015-04-08）