定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理及應(yīng)用

1、定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理及應(yīng)用1.1 工作原理定子調(diào)壓調(diào)速控制器是把兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式有機(jī)地結(jié)合起來用于控制三相交流繞線電機(jī)：13檔時(shí)通過控制定子回路晶閘管導(dǎo)通角來改變電動(dòng)機(jī)定子電壓；4檔時(shí)通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻，改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。兩種調(diào)速方式的結(jié)合產(chǎn)生了非常好的控制效果，兩種方式的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的發(fā)揮。1.1.1 控制原理定子調(diào)壓調(diào)速控制器閉環(huán)控制的原理見圖1-1,圖中Ag為主令給定，F(xiàn)/V的導(dǎo)通角，達(dá)到控制電機(jī)定子電壓，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，也即實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制?？刂破鞯木чl管單元有五組反并聯(lián)的晶閘管模塊U、V、W、A、BoU、V、W導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)輸出正向轉(zhuǎn)矩；A、B、W導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)輸

2、出反向轉(zhuǎn)矩。司機(jī)通過主令控制器給定電機(jī)轉(zhuǎn)速，由速度反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。不同系列的控制器運(yùn)行方式基本相同，只是在細(xì)節(jié)上有所不同。因此下面就介紹其運(yùn)行方式。1.1.2 上升運(yùn)行重載主令置上升某檔速度時(shí)，上升接觸器先接通，電機(jī)得電建立力矩，隨后制動(dòng)器打開，電機(jī)啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)。此后只要主令置于上升調(diào)速檔，通過主令的速度給定和速度反饋，系統(tǒng)都能很快使電機(jī)達(dá)到設(shè)定的速度。主令置全速檔時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入開環(huán)狀態(tài)，晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)平穩(wěn)加速，當(dāng)速度大于50%和75%時(shí)，分別切除兩級(jí)轉(zhuǎn)子電阻，使速度到達(dá)全速。當(dāng)主令回到調(diào)速檔時(shí)，兩級(jí)轉(zhuǎn)子電阻同時(shí)接入，系統(tǒng)重新進(jìn)入閉環(huán)控制。由于負(fù)載本身很重，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)

3、載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)迅速減至設(shè)定速度，并穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)主令回到零位時(shí)，無論電機(jī)處于何種速度，制動(dòng)器都立即制動(dòng)。制動(dòng)器從開始動(dòng)作到真正閉合需要一定的時(shí)間（液壓抱閘一般在500ms左右），因此控制器延時(shí)一段時(shí)間再令電機(jī)斷電。輕載由于負(fù)載輕，因此減速和制動(dòng)的運(yùn)行狀況和重載不同。當(dāng)主令從全速檔回到調(diào)速檔時(shí)，由于負(fù)載本身很輕（尤其是空鉤時(shí)），電機(jī)轉(zhuǎn)矩只是略小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此減速時(shí)間很長，減到調(diào)速檔一般需要數(shù)秒時(shí)間。當(dāng)主令回到零位時(shí)，和重載一樣，制動(dòng)器立即閉合。1.1.3 下降運(yùn)行重載當(dāng)主令置下降調(diào)速檔時(shí)，也是上升接觸器先接通。此時(shí)電機(jī)輸出的是反向轉(zhuǎn)矩，小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此電機(jī)處于倒拉反轉(zhuǎn)狀態(tài)。和上升相同，系統(tǒng)也是處

4、于閉環(huán)控制狀態(tài)，只要主令置于下降調(diào)速檔，通過主令的速度給定和速度反饋，系統(tǒng)都能很快使電機(jī)達(dá)到設(shè)定的速度。當(dāng)主令置全速檔時(shí)，上升接觸器斷開，下降接觸器接通，系統(tǒng)進(jìn)入開環(huán)狀態(tài)，電機(jī)迅速加速，當(dāng)速度大于50%和75%時(shí)，分別切除兩級(jí)轉(zhuǎn)子電阻。電機(jī)的最終速度將略大于同步速度，處于再生發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)主令回到調(diào)速檔時(shí)，兩級(jí)轉(zhuǎn)子電阻同時(shí)接入，下降接觸器斷開，上升接觸器接通，系統(tǒng)重新進(jìn)入閉環(huán)控制。當(dāng)主令回到零位時(shí)，和回到調(diào)速檔一樣，電機(jī)以反向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)電機(jī)速度接近零時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)，待制動(dòng)器完全閉合后，電機(jī)才斷電。反向轉(zhuǎn)矩制動(dòng)減少了對制動(dòng)器的磨損。輕載由于負(fù)載輕，因此加速的運(yùn)行狀況和重載不同。當(dāng)主令置下降調(diào)

5、速檔時(shí)，控制器首先使上升接觸器接通，再根據(jù)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，電機(jī)可很快達(dá)到給定速度。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，電機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速時(shí)間較長，此時(shí)控制器會(huì)使下降接觸器接通，促使電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過給定轉(zhuǎn)速后，控制器再令上升接觸器接通，這就是輕載判別過程。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與機(jī)械傳動(dòng)阻力矩接近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多次判別，這是正?，F(xiàn)象。1.1.4 平移運(yùn)行當(dāng)主令在某一調(diào)速檔時(shí)，控制器在閉環(huán)控制下按該檔速度運(yùn)行，當(dāng)受到某種阻力，如風(fēng)力或橋架傾斜，控制器在閉環(huán)控制下仍然維持該檔速度，若阻力消失，平移機(jī)構(gòu)將被加速，當(dāng)超過給定速度10%時(shí)，控制器使接觸器換向，電機(jī)輸出反向轉(zhuǎn)矩，開始減速。由于此時(shí)反向轉(zhuǎn)矩不超過滿載啟動(dòng)

6、轉(zhuǎn)矩，所以電機(jī)逐漸減速達(dá)到所要求的（略高于）速度，若此時(shí)平移機(jī)構(gòu)受到前推力，則反向轉(zhuǎn)矩用以保持速度，若沒有前推力，控制器再次令接觸器換向，平移機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行。在任何狀態(tài)下，主令回零，控制器先令接觸器換向，電機(jī)輸出反向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行電制動(dòng)，速度接近零時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)?？刂破鬟\(yùn)行在某檔速度，而主令置反方向檔位，控制器先令接觸器換向，電機(jī)以反向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)，速度過零后，再加速至該檔速度。2.1 起重機(jī)交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)比較起重機(jī)交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子用電阻、動(dòng)力制動(dòng)（也稱能耗制動(dòng)）、審級(jí)調(diào)速、轉(zhuǎn)子脈沖調(diào)速、液壓推動(dòng)器調(diào)速、渦流制動(dòng)器調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速等?，F(xiàn)在在起重機(jī)交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用且成熟的

7、主要有三種：轉(zhuǎn)子用電阻、定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速。下面對這三種傳動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)性能做一下比較，具體參見下表。傳動(dòng)類型傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子用電阻系統(tǒng)定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制對象繞線電機(jī)繞線電機(jī)變頻電機(jī)調(diào)速比<1:3數(shù)字1:20模擬1:10一M可達(dá)1:20閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)可更局調(diào)速精度/較局高檔位速度調(diào)整/、可以數(shù)字：可以模擬：不易實(shí)現(xiàn)可以機(jī)械特性軟硬開環(huán)：較硬閉環(huán)：硬調(diào)速能耗大較大能量回饋式：無能量消耗式：小參數(shù)管理與故障顯示無數(shù)字：有模擬：無有通訊接口無數(shù)字：有模擬：無有外部設(shè)備多，線路復(fù)雜少，線路簡單少，線路簡單環(huán)境適應(yīng)性對環(huán)境要求低對環(huán)境要求較低對環(huán)境要求高2.2 轉(zhuǎn)子電阻器的參數(shù)計(jì)算升降機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子電

8、阻器的參數(shù)計(jì)算1 .步驟1根據(jù)起重機(jī)白載荷重量M,效率4,起升速度v（m/min）,計(jì)算機(jī)構(gòu)所需的實(shí)際功率Pm：Pm=M父9.81父父-v602 .步驟2根據(jù)電機(jī)的額定功率Pn、實(shí)際功率Pm、和轉(zhuǎn)子額定電流I2N計(jì)算轉(zhuǎn)子實(shí)際電流I2M：I2M=XI2N3 .步驟3根據(jù)轉(zhuǎn)子開路電壓E2和轉(zhuǎn)子實(shí)際電流12M計(jì)算轉(zhuǎn)子電阻Re：Re =E2.312M4 .步驟4根據(jù)表3-6確定轉(zhuǎn)子電阻器各段電阻值機(jī)構(gòu)類別電機(jī)功率狀況R的百分?jǐn)?shù)（%R1R2R3R4升降電機(jī)功率裕度較大時(shí)91116大電機(jī)及功率裕度較小時(shí)9111629平移30表3-6例：一臺(tái)起重機(jī)載荷重量M=10t（含吊具），起升速度v=5m/min,選電

9、機(jī)為YZR180L-6,機(jī)械效率4=0.9,轉(zhuǎn)子電壓E2=218V,轉(zhuǎn)子電流I2n=46.5A,電機(jī)額定功率Pn=15KW15Pm=10X9.81XX=9.1KWM0.960(O)9.112M=-X46.5=28.2AA15R1218Re=T=4.46QF1r2*'3X28.2R1=0.09Re=0.09X4.46=0.41QR2=0.11Re=0.11X4.46=0.49。圖3-9R3=0.16Re=0.16X4.46=0.71QR1、R2、R3 可按 S3-100%, R4 按本例不設(shè)R4,參照圖3-9。升降機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻器的載流量,S3-70%;R1按1.2I2M,R2、R3按

10、1.1I2M,R4按1.0小計(jì)算。平移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子電阻器的參數(shù)計(jì)算由于計(jì)算實(shí)際機(jī)械功率下的實(shí)際轉(zhuǎn)子電流往往比較困難，平移機(jī)構(gòu)可根據(jù)額定功率下的額定轉(zhuǎn)子電壓和轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行計(jì)算，平移機(jī)構(gòu)一般無需進(jìn)行電阻切換，如圖3-10所示。R圖 3-10Re=-TE2-,312MR=0.3Re平移機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻器的載流量,可按S3-100%,R的通流量按1.2I2N計(jì)算。3.1 常見故障及處理方法3.1.1 上升失速對于升降機(jī)構(gòu)，主令在上升檔位時(shí)，負(fù)載沒有上升，反而快速下降，控制器將立刻封鎖輸出，上開檔速度低于60%時(shí)可檢測該故障?？赡艿脑蚣芭挪榉椒ǎ弘姍C(jī)力矩突然不足，可能是這段時(shí)間內(nèi)供電電壓太低。轉(zhuǎn)子回路一相

11、或二相開路。定子回路缺相。電機(jī)繞組斷路。3.1.2 下降制動(dòng)超時(shí)對于升降機(jī)構(gòu)，主令從下降檔位回到零檔時(shí)，電機(jī)速度沒有在“制動(dòng)時(shí)間”內(nèi)減至零，控制器將立刻封鎖輸出可能的原因及排查方法：電機(jī)力矩突然不足，可能是這段時(shí)間內(nèi)供電電壓太低。負(fù)載重量大大超過了電機(jī)的額定載荷重量。電機(jī)轉(zhuǎn)子一相或二相開路。制動(dòng)時(shí)間設(shè)置不當(dāng)。3.1.3 下降超速對于升降機(jī)構(gòu)，主令從下降4檔進(jìn)入其他檔位時(shí)，負(fù)載繼續(xù)快速下降，速度超過了同步轉(zhuǎn)速的130%，控制器將立刻封鎖輸出?？赡艿脑蚣芭挪榉椒ǎ弘姍C(jī)力矩突然不足，可能是這段時(shí)間內(nèi)供電電壓太低。負(fù)載重量大大超過了電機(jī)的額定載荷重量。電機(jī)轉(zhuǎn)子一相或二相開路。注：上述故障中只要是與定

12、子電流相關(guān)的故障，均應(yīng)檢查主回路實(shí)際電流，首先排除主回路電纜及電機(jī)原因，另外電流互感器的連接線及電流互感器本身有無問題也應(yīng)仔細(xì)檢查。3.1.4 溜鉤起重行業(yè)中升降機(jī)構(gòu)發(fā)生溜鉤（包括下滑）失控現(xiàn)象是很嚴(yán)重的故障，須在平常工作中做好預(yù)防措施。溜鉤（包括下滑）的現(xiàn)象有幾種情況，其產(chǎn)生的原因有相同之處也有些本質(zhì)的區(qū)別，分別就幾種現(xiàn)象分析其原因及處理方法。在溜鉤（包括下滑）時(shí)，應(yīng)首先判斷主令回零位后能否停住，再具體分析其原因確定排除方法。3.1.5 快熔頻繁熔斷主回路平均電流過大或瞬間電流太大，晶閘管換向裝置設(shè)置的快熔保護(hù)頻繁熔斷。電機(jī)故障：電機(jī)繞組對地或相間間短路。電機(jī)定子電纜故障:電纜線短路。單方向工作時(shí)快熔頻繁熔斷，另一方向則不會(huì)：某只晶閘管已被擊穿，或某觸發(fā)回路故障導(dǎo)致對應(yīng)的晶閘管常導(dǎo)通，以致另一個(gè)方向晶閘管工作時(shí)出現(xiàn)相間短路。3.1.6 調(diào)速檔速度正常，但電機(jī)聲音異常，4檔工作時(shí)正常電機(jī)在調(diào)速檔工作時(shí)，噪音較大，其余都正常，在4檔時(shí)電機(jī)一切正常。某相晶閘管軟擊穿時(shí)，在調(diào)速檔位時(shí)加在電機(jī)定子上的三相電壓不平衡，導(dǎo)致電機(jī)定子三相電流不平衡，使電機(jī)聲音異常，同時(shí)伴有電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象，但電機(jī)速度正常。檢查晶閘管，更換損壞的晶閘管。定子調(diào)壓調(diào)速裝置自身特性引起：定子調(diào)壓調(diào)速裝置在調(diào)速檔位時(shí)，其主回路輸