淺析THYROMAT-BDT調壓調速裝置在原料吊車中的應用

仇禮娟

（四川機電職業技術學院，四川攀枝花 617000）

1 前言

攀鋼釩提釩煉鋼廠原料跨5臺200T吊車承擔著為煉鋼廠1#～3#轉爐兌鐵及倒運半鋼、更換渣罐的任務，是煉鋼工藝流程中不可或缺的重要設備，其中3#～5#200T吊車起升和平移機構全部采用THYROMAT-BDT數字化交流晶閘管調壓調速裝置。該調壓調速裝置利用現代數字技術和可控硅技術而開發推出的新一代起重機控制器，靈活可調的數字化軟件特性能較好地滿足起重機的控制要求，自診斷或自監測功能使得系統更加安全可靠，該裝置特別適用于重級工作制和處于惡劣環境中的起重機的驅動和控制。

2 工作原理及結構組成

2.1 原理簡介

THYROMAT-BDT數字化交流晶閘管調壓調速裝置利用晶閘管的可控性，在三相異步繞線式電動機的每相定子繞組回路上串接了一組（正反向并聯）的晶閘管，通過控制電路輸出的觸發電壓，改變繞線電機每相背對背并聯的一組晶閘管的觸發角，進而由觸發電路觸發晶閘管，改變電動機定子電壓。當電動機定子電壓降低時，電動機的驅動力矩降低，電動機的運行速度也降低，電機的力矩與定子電壓的平方近似成正比。如圖1所示，當電壓由100%下降到80%時，電機的速度從78%同步速下降到63%。因此通過改變定子電壓，可以改變電機的運行速度，從而使電機運行在所期望的速度上。

電機的速度是通過轉子頻率的反饋來測定的；電機的電流是由裝置下方每相上的電流互感器檢測的電流經電流轉換器到控制顯示面板上，以實現對電機電流進行監測；電機的方向轉換是通過在裝置的下端外接了控制電動機正反向相序的接觸器，此接觸器的控制在調壓調速裝置控制單元控制下，在零電流下切換方向，不會產生相間環流，而且當可控硅發生故障時（通常可控硅損壞均為短路），它可以可靠地分斷電機電源，不會產生更大故障，使運行更安全可靠。

圖1 速度與力矩的關系

系統操作運行前，安全監控電流監測電機相位是否錯誤，是否有嚴重不平衡、低電壓等，在確認各項安全條件具備后才進入指令執行，開始控制機構動作，同時具備電氣安全聯鎖，以確保系統啟動時，主令必須在零位才能動作整個系統控制。

系統控制給出三檔獨立的低速，當操作至額定滿速（全速）時，系統沿斜坡平穩加速至該滿速上，兩個加速接觸器分別在50%速度（25Hz）和75%速度（12.5Hz）時動作以保證平穩加速，切換時電流被限制在滿載電流的兩倍左右。由于系統控制是沿斜坡連續加速和減速的，將對電機和機械環節的沖擊減到了最低。系統控制基本框圖如圖2所示。

2.2 結構組成

THYROMAT-BDT數字化調壓調速裝置主要由控制單元和功率單元構成，控制單元接受外部指令和發出相應的動作信號以控制外部方向接觸器及加速接觸器的動作，功率單元為電機提供可調節的三相動力電源。整個部件組成如圖3所示，控制箱內含四塊電路板，外部的顯示面板為該裝置的控制核心；裝置的數字量輸入信號以及輸出信號由母板通過內部繼電器輸出的接口均由母板提供。

圖2 THYROMAT-BDT系統控制框圖

圖3 THYROMAT-BDT數字化調壓調速裝置結構圖

（1）控制箱

控制箱內含有控制電機方向和可控硅觸發電路的印刷電路板，內含的四塊電路板為全系列產品，防護等級IP51，電路板涂有防護層，保證電子元件在惡劣環境下能夠可靠工作，控制箱的設計和制造保證了電路板在緊湊的空間內不會受到機械沖擊。

（2）顯示面板

用于顯示工作狀態及故障、設置參數、時間，還可以查看歷史故障。

（3）阻容吸收板

提供電網浪涌電壓對電子電路造成影響的防護。連同安裝在可控硅上的金屬氧化非線性電阻組塊（MOV's），阻容吸收板提供了一個高等級的保護功能。

（4）相位觸發板

為可控硅的導通提供觸發脈沖并確定觸發脈沖延遲角，同時也包含有相位錯誤，相位失衡和低電壓時進行保護的電路；電路板的控制電源及10V的輸入電源由本板從供電電源轉換而來。

可控硅觸發電路使用相位鎖定環控制電路，對電源波動并不敏感。可控硅觸發模塊擁有一個獨特的動態時間／振幅瞬變削波電路，不使用脈沖變壓器。

（5）繼電控制板

本板包括有5個繼電器，控制外部接觸器的通斷。同時也具有邏輯保護功能，即如果安裝在散熱器上的熱保護開關器件動作時，則本板給出邏輯保護功能。

（6）起升／平移控制板

本板控制著起升和下降運動的電機力矩方向，大部分的聯鎖和控制電路均在此板上；提供電氣聯鎖以保證在出現電源故障和相位故障等故障后，主令在再次啟動前回零位。這等同于一個電子零壓繼電器；有輸入電阻來測量轉子電壓和頻率，并且同時這是出廠的設置，以此來保證正確鎖定轉子電壓值。平移控制板與起升板類似。只是該板實現電機平移的左右移動控制。

（7）數字量輸入

數字量輸入信號端子如圖4所示。

（8）繼電器輸出

數字量輸出接口如圖5所示。

圖4 數字量輸入信號端子圖

圖5 數字量輸出接口圖

3 使用改進

該裝置于原料吊車直流傳動系統改為交流調速系統時投入使用，在使用過程中體現了控制電路簡化、故障率低、操作簡單等優點。

但由于該裝置輸入的方向信號為低電壓信號且通過輸入的3#和4#端子的高低電平組合判斷運行方向（如圖4），在與PLC結合使用時由PLC輸出信號直接引入端子進行控制，同時電機換向采用外部方向接觸器進行換向，電機的速度由電機二次側引出兩根信號線直接輸入至裝置的17#和18#端子，通過電機轉子頻率進行測定，該反饋方式精度檢測而且反饋信號極易受到干擾，當控制信號由高速檔切換到低速檔時，裝置通過反饋信號判斷電機高速減到低速，只靠降低定子電壓無法滿足時，裝置發出指令控制反向接觸器的吸合，以反接制動的方式進行減速。當出現輸入信號受到干擾，裝置發出錯誤指令或減速時方向接觸器卡阻時，電機的運行方向會產生錯誤，或反饋信號受到干擾導致速度檢測誤差較大，使得電機減速時裝置控制反向接觸器吸合時間過長導致電機反向運行的情況發生，在主卷控制中出現此類問題對吊運高溫液體的吊車就會產生極大的安全隱患。

針對以上由于調壓裝置內部導致的問題，除積極聯系廠家反映情況，通過廠家優化裝置內部控制程序，減少此類問題發生的概率，并且還結合現場實際操作情況（司機在主卷掛重罐上升四檔減三檔，再迅速加至四檔，頻繁此種操作時就容易出現控制器在上升檔位時主鉤下降的情況，這也是現場操作人員所反映的“主卷下滑”現象）。因此采取了以下措施。

（1）PLC輸出信號至裝置輸入端子間增設輸入繼電器，實現裝置輸入控制信號與外部指令信號的隔離，減少對外部對裝置輸入信號干擾。

（2）在PLC程序中增加保護程序，杜絕“下滑”現象的發生。

增加方向接觸器出錯保護，具體程序如圖6所示。

在此程序中通過控制器I0.1上升信號與I7.1、I7.3下降方向接觸器反饋信號的比較，在整個上升加檔過程中若裝置受到干擾發出錯誤信號導致下降接觸器吸合，通過M112.0輸出，將零位輸出信號斷開，直接封鎖調壓裝置輸出，達到安全運行的目的。

圖6 具體程序

圖7 保護程序

針對上升過程中加減速檔位切換時，特別是上升三、四檔反復切換過程中，若切換過快過頻易出現當接觸器卡阻或由于速度反饋信號受干擾，速度檢測誤差大時反向接觸器吸合時間過長，導致主卷電機反向運行的情況，增加以下保護程序如圖7所示。

在上述程序中，通過控制器上升信號與下降接觸器反饋信號的比較，在上升過程中頻繁加減檔時，減速時下降接觸器吸合時間超過350ms時，通過M118.0輸出，切斷零位信號輸出，封鎖調壓裝置的輸出，使得主卷機構停機，確保達到安全運行的目的。

4 結束語

THYROMAT-BDT數字化交流可控硅調壓調速裝置取代直流調速系統在原料200T吊車中的運用，較好滿足了現場的操作需求，使吊車操作簡單，通過生產實踐并結合生產現場進行一系列的改進優化，使THYROMAT-BDT數字化交流可控硅調壓調速裝置運行更加安全可靠而高效，降低了吊車運行故障，保證鋼廠物流的暢通；在其他還在使用的直流調速系統就其人機界面操作簡單，對惡劣的環境適應能力強、優越的控制性能、結構簡單輕巧等優點值得借鑒改造，以實現生產的節能高效運行。

［1］THYROMAT-BDT數字化調壓調速裝置使用手冊.美恒電機控制與電氣自動化公司.2008.

［2］數字化交流可控硅調速控制裝置用戶手冊.2008.

［3］裘為章.實用起重機電氣技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［4］唐 介.電機與拖動［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［5］鄭 晟.現代可編程序控制器原理與應用［M］.北京：科學出版社，2003.

［6］STEP 7 V5.4 Help Contents