交流調壓調速裝置在行車起吊運行中的應用

摘 要：介紹ABB交流調壓調速裝置的配置、功能及特點，同時進行分析。通過文章介紹，希望對相關工作提供借鑒。

關鍵詞：調壓調速技術；ASTAT；配置；功能；應用

引言

寶鋼集團八鋼公司150噸轉爐生產線由一座150噸轉爐，一座150噸精煉爐和一條10機10流方坯連鑄機組成。在這其中由太原重型機械股份公司制造的三臺290噸行車，擔負著鐵水包及鋼水包的吊運任務，在整個生產過程中起著承上啟下的作用，是銜接生產的關鍵設備。

在這三臺290噸行車的主傳動中均選用ABB公司生產的設備，其中大車、小車、副小車的傳動選用了ABB公司ACS800系列變頻器，主起升、副起升傳動選用了ABB公司ASTAT系列交流調壓調速裝置。

由于變頻器技術的發展較為成熟，變頻器也得到了越來越廣泛的應用，相對而言，定子調壓調速裝置的調速性能指標不算很高，但由于其控制裝置結構相對簡單、起升力矩特性好，適應環境能力強，因此，它被廣泛地應用于中、小功率的重復短時工作制負載中，特別是電梯、行車等拖動系統。

1 ASTAT的配置及功能

ASTAT調壓調速裝置主要應用于繞線式電機，并針對繞線式電機的特性作了相應的設計，極大地提高了繞線式電機的運行性能。它對電機的控制如汽車一樣采用兩種控制變量，一種是定子控制，相當于汽車的油門，通過對定子電壓的控制，增大或減小電機的轉矩；另一種是轉子控制，相當于汽車的變速箱，通過優化轉子電阻進行轉子控制，使電機獲得適當的特性。

ASTAT是一種緊湊式數字、模擬并存的交流調壓調速裝置，其額定電壓220～690V，額定電流18～1000A。如果實際所需的電流比標準的ASTAT單元提供的電流范圍還要大，則可將兩臺ASTAT功率單元并聯使用。

1.1 組件配置

ASTAT以現代電子器件為基礎，采用模塊組合、緊湊布置的結構，由各種標準插件板及模塊組成，各組件易于拆卸，方便維護及檢修，主要分為功率單元、主控制單元、監控單元、調節單元、脈沖控制單元。

1.2 功率單元

ASTAT的功率單元采用了晶閘管帶散熱器的功率模塊，三相交流電壓供電，每相具有兩個反向并聯的晶閘管，工作于四象限控制方式時兩相配有兩套反向并聯的晶閘管，相序可從L1，L2，L3變為L1，L3，L2，用于電機的反向運行。

1.3 主控制單元

圖1

主控制單元主要由速度給定，斜坡發生器，速度調節器，超同步速度控制器，電流調節器，正反邏輯切換器等系統組成。這些元件構成了速度調節系統的主要部分。為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置了兩個調節器，分別調節轉速和電流，兩者實行串級連接，如圖1所示，即將轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出信號控制觸發脈沖的相位，以實現對電壓的調節，進而完成對電動機轉速的調節。雙閉環調速系統在起動和上升過程中，能夠在電流受電動機過載能力約束的條件下，表現出很快的動態跟隨性能，其中速度調節器的作用是對轉速的抗干擾調節并使之在穩態時無靜差。電流調節器的作用是電流跟隨，過流自動保護和及時抑制電壓擾動。邏輯切換單元根據速度調節器的輸出來完成選擇正、反組可控硅工作，并根據操作指令對控制速度調節器和電流調節器的封鎖和開放。

1.4 監控單元

監控單元主要完成力矩故障保護，轉子接觸器切換，機械制動器控制和各種限位保護功能。

力矩故障保護是通過監控速度給定值和速度反饋值之間的偏差來完成。主要用于電動機堵轉和過載保護。同時該功能還承擔著三個補充任務：（1）對超同步再生方式增加允許偏差進行補償。（2）在有級給定方式中，對快速加、減速過程中，作為保護功能失效的后續保護。（3）對比較后的輸出進行延遲，封鎖和復位。

控制器在上升和下降過程的電阻切換是通過邏輯單元控制轉子接觸器吸合來實現的。

在上升過程中為了提高轉速和增加力矩，根據轉差率的變化逐級切除電阻。在下降過程中，為防止反接制動時過大的電流沖擊，串入所有電阻，只有當進入超同步狀態時，才切除部分電阻增加制動電流縮短制動時間。

機械制動器受測速發電機反饋信號的控制，當速度降到設定值時，制動器延時動作以減小機械抱閘的磨損。為了防止行車吊鉤由于速度過快沖過限位，控制器設置了預限位，當吊鉤到預限位時，電機將自動降到10%的額定速度運行，到限位后裝置將自動封鎖同時抱閘動作。

1.5 調節單元

調節單元可進行的調節功能如圖1所示，調節器可調節電流限幅，加減速的斜坡時間，標定電機的額定電流，同時還可根據電動機的轉差率對電動機的超速值和電阻的切換轉差率的進行設定。

電流限制值設置太低，可能引起3個問題：（1）下降過程中將可能產生載荷失速失控的危險。（2）起動轉矩減少1/3。（3）電機有不能提升載荷的風險，甚至使載荷失控失速。

超速值的設定將決定電動機何時進入發電回饋制動狀態；轉子切電阻的轉差率的設定能使電動機在切換過程中求得足夠的轉矩。

1.6 脈沖控制單元

該單元接收電流調節器輸出的信號，并經脈沖變壓器放大后傳至各個晶閘管，通過調節相位角來控制其輸出電壓以實現從0V到額定電壓的全范圍調節。

2 ASTAT的特點

2.1 電壓適用范圍廣

ASTAT在線電壓不低于標準的75%的情況下能保持其全部功能，可通過對轉子電阻的配置，求得足夠的切換轉矩。

2.2 控制方式靈活

ASTAT可進行兩套裝置的主、從控制，在其中一套裝置的主控制單元發生故障時，可用另一套裝置作為主控制，完成全功能控制任務，只許調整功能板之間的插接件即可完成，及大地提高了裝置的冗余性。

2.3 適應環境能力強

ASTAT可在環境溫度-20～+70℃之間可靠運行。對環境溫度超過70℃或者要求完全密閉的場合，可安裝冷卻器。

2.4 全面的故障監測功能

ASTAT感溫元件可對晶閘管的故障過溫進行保護；內置電流互感器限制裝置過電流現象的發生；轉矩故障保護提供了堵轉狀態下對電機保護；相序保護能夠避免接入相序的錯誤；過電壓保護能在主電壓大于標準值的60%時在面板給出故障代碼指示，同時封鎖觸發脈沖；零位保護使得在開始運行時控制器必須處于零位，否則裝置將給予封鎖。

3 ASTAT的應用

由于ASTAT裝置的用戶界面僅為發光二極管顯示代碼，這給調試及日常維護帶來了一定的難度，需要足夠的維護經驗，參數的調校過程中需要前后統調，必須具備一定的自動控制理論基礎，限制了它的廣泛運用。但因其相對同功率變頻器價格低廉、體積小，且保護功能相對完善，調速性能夠較大地滿足行車起升的要求，適應環境的能力較強，具有一定的運用范圍。

參考文獻

[1]Semiconductor controller for slip-ring motors [Z].ABB，1996.

[2]姜泓，趙洪恕.交流調速系統[M].華中理工大學出版社，1989.

作者簡介：薛紅軍，電氣助理工程師，寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司檢修中心行車運行部。