桥式起重机定子调压调速装置常见电气故障原因分析及改进

汤守林

（北京首钢股份有限公司，河北 迁安 064404）

当前，绝大多数工业企业的桥式起重机，起重机的电动机都应用的是开环式控制，这样使起重机的控制系统输出量对系统不会造成影响，传统的起重机以转子串联电阻控制速度的方法是电动机转子串联不同阻值电阻进行调节速度，以改变转子电阻的电阻值，以此来达到控制电动机的运行速度的控制，但速度可控范围比非常有限，在低速运行时机械状态不稳定，这种调速操作对机械的伤害较大，变相的增加了生产成本，所以随着经济水平的发展，这种起重机的控制方式已经不能够满足现在的生产需要。随着科技越来越发达，传统以电动机转子串联电阻来调节速度的方法终将被淘汰，而取而代之的是以定子调压调速装置的运用，定子调压调速装置的优点在于速度的可控制范围较大，起重机可能发生故障的情况较少，但是还是存在一些影响起重机正常运行的情况。下面我将对在实际操作中定子调压调速装置可能显现出的情况进行探究，并找到解决办法，以此保障桥式起重机在工业生产中的使用。

1 工作原理

1.1 转子串电阻调速原理和缺点

（1） 原理：传统的起重机起升机构一般应用的是电动机转子串电阻调速，在使用的时候需要在转子上串联电阻，通过改变电阻的阻值进行控制电动机转子的转速，同一时间增大起动转矩以及降低启动电流。这种调速装置一般设固定有限的档位，通过控制不同的档位来达到预期的速度[1]。

（2） 缺点：这种调速方式存在以下几方面的问题，起重机在启动时产生的冲击力较大会对设备造成损坏，使设备的使用寿命减少，可能发生故障的机率高，不能够很精确的控制速度，速度的可调范围太小，对速度的控制跳跃性大，会增加起重机的维修成本[1]。

1.2 定子调压调速的原理和优点

（1） 原理是以控制电动机的定子电压使电动机的力矩发生改变，以此来使电动机达到预期的速度，并在这个速度上工作。如果电压从正常值降到一个较低数值，那么电动机的转动速度会从一个正常速度下降到另一速度。所以降低电动机的定子电压，就会使电动机力矩降下来。为了使电动机定子电压从供电电压至零，需要进行控制每一相的可控硅触发角。运用定子调压设备微处理器来操作触发信号相位进行操作可控硅的触发角，操作可控硅的运行情况，以此来控制加在电动机定子上电压的大小，不需要接触器去变换方向[2]。见图1。

图1 电压转矩图

（2） 优点：由于定子调压调速对速度的控制稳定性高，所以对机器的损害程度低，使机器出现故障的可能性低，因此可降低维修成本，这种调速方式还有维修简单方便等优点，因此定子调压调速方式被更多的应用到了桥式起重机。某钢厂的所有桥式起重机都应用了ABB 定子调压调速装置，从长时间的运行情况来看是稳定可靠的[3]。

2 常见电气故障及原因分析

（1）编码器反馈故障，造成编码器反馈故障的主要原因有两个方面，一方面，可能是编码器坏了，而另一方面就是编码器传输信号出现问题。出现编码器的损坏可能与当初安装的位置相关，把编码器直接组装在电动机的转子轴上面，而在运行中的电动机产生的振动，使编码器的内部零件被损坏，反馈系统的稳定性被破坏；而另一个使编码器传输信号出现问题，主要的原因可能是现场的干扰，一般ABB定子调压调速装置都被安装在起重机箱梁里面，所以编码器反馈信号要从控制上升电动机编码处通过传输电缆送达，传送线路比较长，虽然传送电缆采用的是防干扰电缆，但生产车间有很多种类的电磁干扰，尤其是高频率谐波，ABB定子调压调速装置和传输信号的线路受到高频谐波影响，造成了信号无法正常传送，最终导致电动机速度不能被有效控制[2]。

（2）速度偏差故障，速度偏差故障主要是因为电机在重载的情况下，转子电阻没被切除或是没有被完全切除。绕线式的电动机转子串联电阻运行，就是在转子绕组当中串联一组或者很多组电阻，帮助电动机运行情况正常，提高了机械性质，改善了运行转矩。要是在开始运行后电阻没被切除或是没有完全切除，那么电动机的转矩会变低，导致电动机工作速度和ABB定子调压调速装置设定速度相比较低，由此导致速度出现误差。因为有切电电阻本身接触器问题或是ABB定子调压调速装置输出继电器的问题造成转子电阻没被切除或电阻没有完全切除[2]。

（3）起升力矩丢失，在进行起升力矩中，要是负载已超出一定的速度向下下降时，控制系统会自动认为起升力矩丢失。造成这种情况的因素可能有起升力矩提升达到了最大限度又或是快达到最大限度的时候主体电压太低、转子电阻出现单相或者断开、触发装置坏损造成定子电压太低、在起升空中作业时可能吊重超过最大限度[3]。

（4）制动器不打开，制动器的打开是依靠ABB定子调压调速装置控制着制动器和接触器的闭合而被打开。打开位置开关被安装在制动器的打开位置，这个位置开关传送给ABB定子调压调速装置制动器打开状态的信号。但是因为生产车间环境复杂，空气中粉尘多，温度过高，因为这样的环境下，会造成位置开关堵塞，接触器的触头接触不好等，导致定子调压装置感应不到制动器打开的信号，由于以上原因就导致了制动器不打开的故障[4]。

（5）制动器持续打开，制动器一直保持在打开状态，因为生产现场环境中空中漂浮灰尘多，温度过高等，导致制动器接触器发生堵塞、铁心变性贴合等问题，以此出现制动器一直都在打开状态。再有定子调压调速装置DTX110ABB板上面的输出继电器在特别高频率的运行状态下可能出现粘贴情况[5]。

3 发生故障改进措施

（1）编码器反馈鉴于电动机在工作状态下给编码器造成的振动损坏，为了提升编码器转动轴和电动机输出轴的一个同心度，可以定制同心度好的安装座位，并订制能固定编码器的支持架，降低对编码器的冲击力造成的问题。另一方面，可以应用移动双绞屏蔽电缆线，为了更有效避免生产车间的环境对编码器反馈信号的磁场干扰，这种电缆线有三个特殊特性，一个是当电缆收到电磁干扰时能有效的防护，一个是相互绞使电缆线距离变短，两条线相对的磁场干扰线的长短基本一样，相对的屏蔽范围也差不多相同，能够有效屏蔽共模干扰；另一个就是电缆线的柔韧性强，可移动双绞屏蔽电缆的外皮用的是聚氯丁烯硅橡胶，可以很好的保护电缆不受小车对电缆的伤害[6]。

（2）如果出现速度偏差故障，第一步需要查看转子切除电阻接触器闭合情况，要是切除电阻接触器不闭合，则要在ABB定子调压调速装置高档位输出的时候检测转子切除电阻接触器的线圈电压，如果测量发现有电压的情况是因为接触器发生损坏，如果没有电压的话是定子调压输出继电器发生了损坏，只需要更换对应的元器件就可以了[7]。

（3）起升力矩如果发生起升力矩丢失情况时，首要任务是先排除其他外部因素以后，则要进行对对应参数的调整以达到优化起重机性能的目的，通常情况下可以根据优化表1中的参数来控制。通过表1中参数说明可以知道，要选择适合的加速时间就要通过调整08.02和08.03两个参数数值来实现。在使用速度调节器的时候，先设定参数09.10对应的数值为0，并应用对应的监测工具，以给定的速度曲线和实际中的速度曲线做对比，依据对比结果调整参数09.02的数值，起升装置带超一起下降，并且下降的最终实验必须达到最大荷载，而参数09.03是给不同速度达到不同的比例增益，参数09.16在通常状况下应设定在10%到50%之间，在非常状况下也能设定成负值，比如，速度一下从全速到中速降速过快，那么参数09.19可以设定为负50%。以此经调整09.16到09.19之间的参数可控制不同速度时现实的中的速度曲线。当制动器的制动太慢时，可以增大参数06.01的数值。如果在闭环控制当中编入参数07.20，尤其是在不带机械负载的传动系统，在速度反馈监视工具中，滤波时间应该选择默认值。然后经减小参数10.15的值，来使未收到反馈信号的时间变短，当发生力矩丢失而自动滑落的情况时，会在极短时间里收到反馈问题，会切断制动器电源使制动器成闭合状态，及时使悬吊物体停止滑落[8]。

表1 优化起升力矩相关参数

（4）如果发生制动器不打开情况，则可以对比制动器接触器吸合时候的情形和制动器接触器实际的情况来找到损坏的具体原因，以此来解决制动器不打开问题。再一个定期的对制动器接触器拆解清理，或者对制动器接触器做一定的防护，避免接触不良或者发生粘贴，造成的制动器一直处制动状态。若制动器发生一直打开情况的话，则需要切除ABB定子调压装置的总电源，若发现制动器接触器能够分离则是DATX110板输出继电器出现了损坏，只需要把旧DATX110板换掉就可以，出现不分离的情况下，可能是因为制动器接触器发生了阻塞、粘贴等问题，需要换新的接触器配件[9]。

4 结语

经过对某钢厂生产厂房使用的桥式起重机ABB定子调压调速设备通常发生的故障进行原因分析和改进办法，很大程度上减少了起重机在日常生产中无法正常运行的机率。用半年时间的使用观察发现，半年来起重机ABB定子调压调速装置的电气故障比之前半年发生的故障次数明显减少，并且在起重机发生电气故障时能及时精确发现故障原因，并及时解决问题，减少了日常起重机的维修成本，同时很大程度提高了桥式起重机的使用效率，为工业生产的生产效率和安全性提供了保障。