125?t铸造起重机主起升机构调压调速改造方案

黄骅

[摘    要]介绍了125 t铸造起重机主起升机构的调压调速改造技术方案。通过调压调速系统在125 t铸造起重机主起升机构的应用，阐述了数字式（可控硅换向）调压调速装置及系统在铸造起重机上应用的技术架构及技术特点及优势，为铸造起重机调压调速的改造提供借鉴。

[关键词]铸造起重机;调压调速;变频调速;行星减速器;主起升控制系统

[中图分类号]TG231.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]This article introduces the technical plan for the reformation of the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit. Through the application of the pressure and speed control system in the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit， the technical architecture， technical characteristics and advantages of the digital （SCR commutation） pressure and speed control device and the system applied to the casting crane are explained. ， To provide a reference for the transformation of the pressure and speed regulation of the casting crane.

[Keywords]casting crane; pressure and speed regulation; frequency conversion and speed regulation; planetary reducer; main hoist control system

冶金铸造起重机是冶金企业中非常重要的核心搬运设备，使用环境温度高、粉尘大、环境恶劣，铸造起重机的运行是否稳定直接影响到企业的生产效益。这样铸造起重机电气控制方面就要求高可靠性、高安全性和强大的过载能力，对铸造起重机的电气控制的要求特别高。

本单位的125 t铸造起重机是20世纪投入的铸造起重机，其主起升电气控制系统采用传统的切电阻控制系统，此种电气控制方式自身存在很多固有的问题，已经不能满足生产效率。为了提高起重机的可靠性，降低故障率，满足生产需要，就需要采用更加先进的控制方案进行控制，满足生产需要。

1 125 t铸造起重机的电控系统现状

冶金起重机均使用在恶劣环境下，并且操作频率高，工作周期长。目前125 t铸造起重机的电控系统存在以下问题。

（1）起升机构采用两挡反接控制时，控制系统由于只是通过转子串接不同阻值电阻进行挡位切换，因此在起升机构中电机在低挡位时不会有稳定的低速，会因载荷不同而速度不同。所以在进行慢速对位时，对操作人员的要求非常苛刻。

（2）由于利用时间继电器进行转子电阻切换，会造成电机切换电流超过电机允许过电流，这样电动机经常容易损坏。

（3）由于铸造起重机的工艺性要求，两挡反接控制系统没有一个稳定运行低速，因此在实际操作使用时，会经常性地进行点动操作，有时司机为了能够准确定位起重机经常需要大反挡停车，这样很容易造成电动机的损坏。长期频繁操作的行车来说反复的大电流冲击也加速了主回路电缆线的老化。

（4）由于定轉子接触器动作频繁，而且带电流分断，因而接触器拉弧严重，接触器损坏率高，造成接触器故障率也特别高。

（5）此种控制方式定子回路电压380 VAC直接接入无调压过程，起动电流大对电动机和齿轮箱的机械冲击大，由于制动器是在电动机高速状态下进行报闸，制动器损坏严重，另外经常出现减速机轴断崩齿滚键。

2 调压调速改造的技术方案

2.1 调速方案的选择与分析

改造方案的正确选择关系到能否从根本上解决铸造起重机现状的关键。

要想从根本上解决问题，首先要从以下几方面入手：①增加调速功能，避免频繁点动;②避免电动机过流导致电动机损坏;③采取措施延长接触器寿命，降低接触器故障率。目前，近代交流调速的方案主要有变频和调压两种调速方法，对这两种调速方式的比较见表1。

（1）变频调速是通过改变电动机定子频率进行调速的调速方法，其调速性能优异，控制性好。但需要更换具有测速用脉冲编码器的变频专用电动机，会提高项目投资。同时变频器对现场环境的要求较高，变频调速低速启动力矩较低，要求维护能力较高。采用带制动电阻的变频控制系统，主起升机构发电制动下降时的电能会被制动电阻消耗，节能指标较低。使用共直流母线变频器可节能，但经济性差。

（2）调压调速是通过改变电动机定子电压进行调速的调速方法，它的调速性能优良，控制性能较好。调压调速控制性能虽然没有变频调速好，但调压调速的调速性能及控制性能足够满足铸造起重机的运行要求，更重要的是采用调压调速，无需在电动机增设脉冲编码器。更主要的是，采用调压调速不会损失电动机的过载能力，无须考虑低速启动能力问题，而且可以满足铸造起重机单机工作的工艺要求。调压调速虽然需要采用转子接触器控制，但由于采用无电流切换技术，大幅延长接触器的寿命。而且调压调速方案经济性大幅优于变频调速。

最终，综合考虑，选择了调压调速方案。

2.2 125 t铸造起重机主起升控制系统设计原则

根据行星齿轮减速器布置方式的特点，起升机构控制系统针对两台电动机可以设计成以下方案：

（1）完全独立的两套闭环控制系统，由一个主令控制器控制。由于行星减速器的特点，只要保证两套系统传动比相等，两台电机的力矩就相等，不会造成偏载，机构运行速度为两套系统运行速度之和。

（2）当一套出现机械或电气故障时，可以由另一套单独控制，可长期工作。电气元件选择时无需增容，电气元件在使用时也不会承受过载。

（3）在大容量电动机驱动中，利用行星减速器的互相独立性，电气控制可以利用分别起动和制动两套系统，减少电源电流冲击，降低对供电电源的要求。

（4）起升机构除了在高速轴上安装有工作制动器外，还有一套监测系统在监控。当检测系统检测到2个卷筒转速不一致、电机超速、高低速轴之间的速比发生变化时，控制系统立即指示安全制动器制动。为了提高系统的可靠性，在主起升系统的架构中，还采用了备用装置，当任何一台装置故障时，备用装置可随时投入，提高系统的可靠性。按照设计原則，由两台调压调速装置分别各去控制一台电动机，组成两套独立的控制系统，各自分别驱动各自的电动机，两套调压调速系统备用一台装置。

2.3 调压调速装置的选择

调压调速装置选择主要考虑如下几点：

（1）适用环境能力。在60 ℃环境温度下，可以无需采取特殊的风冷措施依然可靠工作。在灰尘大、污染严重的环境下使用，可靠性不会受到影响。

（2）转子频率反馈。采用电机转子频率作为速度闭环的反馈，无需易损的脉冲编码器。

（3）装置维修维护方便。调压调速装置的控制单元与功率单元分别独立，可通过插拔进行连接;控制单元内电路板采用可插拔的电路板形式;装置故障时，只需维修人员更换控制箱内的印刷电路板（为插拔式电路板）或更换控制单元即可排除故障;电路板及控制单元全系列通用。

（4）可靠的系统故障监测和报警。数字式调压调速装置由于为现代数字控制电路，因而具有强大的系统自诊断功能及可靠的系统故障监测、报警和记忆。把事故避免在萌芽中，系统运行更可靠、更安全。

（5）方便的人机界面。数字式调压调速装置的显示面板提供了系统的大量运行指标，例如：电机电流、速度、档位、触发电压等。当故障时显示故障名称，还可显示记忆的故障历史，方便检查和维护。

（6）使用可靠，无故障工作时间长。具有在国内冶金厂家多台冶金吊车上使用的业绩，经过实践证明，无故障工作时间长，寿命可达10 a以上。

（7）制动器的冗余控制。制动器是铸造起重机的关键设备，在主起升机构停机及任何故障发生时，均需要通过控制制动器闭合制动负荷，避免溜钩失控，因此应选用带制动器冗余控制的调压调速装置，即装置具有2个输出点控制制动器，而在装置内部应具有双芯片分别控制两个输出继电器，两个输出继电器分别控制外部的制动器接触器，两个制动器接触的主触点串联控制制动器，保证制动器控制的可靠、安全。在制动器接触器控制电路中，除装置输出继电器控制外，还应串联主令控制器回零后的延时控制点，保证在主起升机构主令在零位时，制动器不会打开。

（8）装置DC电源指令输入。采用装置内部提供的DC直流电源作为外部指令输入的电源，而不采用外部AC220 V电源供电的指令输入。这样可以杜绝将外部AC220 V电源干扰引入装置的可能性，提高装置工作可靠和安全。

结论：根据上述原则，选用THYROMAT 10BCCH 700A 380BPZ数字式（可控硅换向）调压调速装置用于驱动电动机。

3 定子调压系统改造后的效果

（1）机构起、制动平稳，当机构起、制动时仅以正常速度的1/10微速起动或制动时，被吊物体平稳运行，对起吊钢水包的铸造起重机特别有利。

（2）可有效减少制动器闸块的磨损。

（3）被吊物体能准确定位。

（4）减少对金属结构（桥架或小车架）和传动系统的冲击，延长使用寿命。

（5）减少起动对电网的冲击。

（6）零电流转子接触器切换，大幅减少接触器触头的拉弧烧损，减少了维护量。

（7）加到电动机上的电压是斜波直线，避免对电动机和减速箱的机械冲击。

数字调压调速系统避免了接触器调速系统所存在的故障率高、线路复杂、不能平滑调速、维护量大等弊病，同时设备安装简单，无须专业人员维护，维护工作量少，控制板插槽式的设计使更换工作可以快速操作，控制板通用性强，备件数量少，使电气控制性能上了一个新台阶。

4 结束语

THYROMAT数字定子调压系统在铸造起重机主起升机构的应用，极大地满足了本单位铸造工艺和生产要求，降低了故障率，提高了运行的安全性及可靠性，维护方便，故障处理简单。该系统非常适用于铸造起重机的控制，达到了预期的目的。

参考文献

[1] 周元钧.交流调速控制系统[M].北京：机械工业出版社，2013.