定子調壓裝置在320 t 天車上的應用

李鴻鈞

（河鋼集團宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

河鋼集團宣鋼公司（以下簡稱宣鋼）150 t 爐區配套有5 部320/80 t 的天車系統，進行煉鋼生產的液態金屬進行調運轉儲，滿足煉鋼生產需求。其中2部天車安裝在加料跨上，主要是為2 座轉爐兌鐵、加廢鋼、配合爐前檢修作業等。1 部在出鋼跨上，主要是吊運鋼包進出精煉爐，鋼水罐、鐵水罐修砌吊運以及鋼包車、過跨平車的吊運修理；1 部在鋼水接收跨上，主要工作是給2 臺連鑄機上鋼、退包倒渣、配合地面檢修作業等。由于傳統的接觸器電氣控制系統通過串電阻開環方式控制轉速，其控制精度差；由于速度突變，對行車的機械系統及其電氣系統造成很大沖擊，故障率高。150 t 爐區的5 部320 t 天車全部采用了定子調壓裝置進行調速控制。該控制方式采用PLC 集中控制，垂直方向采用定子調壓裝置[1]和轉子切電阻，水平方向采用變頻器控制,該方式控制精度高、控制穩定性和平滑性好，天車控制平穩。

1 實施方案

1.1 運行環境和天車選型

宣鋼150 t 爐區5 部320 t 天車分布為吊運鐵水2 部、吊運鋼水3 部，其中鐵水車主要路徑為將鐵包在折罐、脫硫、轉爐之間運轉，鋼水天車實現在轉爐、精煉、連鑄和熱修間之見運轉。天車所在跨參數如下表1 所示。

1.2 主要結構和運動形式

天車系統的主要結構如圖1 所示，其運動形式主要有實現重物在垂直、橫向、縱向三個方向的運動。垂直方向主要實現使用鋼絲繩控制系統將鋼包和鐵包從地上或者平車上吊離或者放下，在升降重物時由起重電動機驅動作垂直上下運動；橫向主要實現天車小車在橫向方向的移動，小車及提升機構由小車電動機驅動沿橋架上的軌道作橫向左右運動；縱向主要實現天車大車在沿著跨方向的移動，起重機由大車電動機驅動沿車間兩邊的軌道作縱向前后運動。

表1 天車選型

圖1 主要控制結構

1.3 工作條件和特點

起重機定子調壓調速控制裝置主要用于交流起重機三相繞線異步電動機在四象限內進行轉速的有級或無級調速。控制裝置與主令控制器、轉子接觸器、轉子電阻、測速發電機等組成完整的控制系統，用于控制和保護起重機起升機構、回轉機構、平移機構三相繞線異步電動機的起動、調速、換向和制動。無級調速范圍0～100%，定子換相由閘晶管完成，死區時間小、換向快速、保護環節完善、使用安全可靠。特別適宜大型專業起重機，如冶金、安裝、港口及電站用門座起重機等要求高調速性能的場合應用。

正常工作條件為，進線電壓被波動范圍不超過額定值的±10%，頻率波動不超過±2%。主要特點為，具有較高的調速性能指標，調速范圍D≥30 Hz，速度變化率S＜3%；可控制大容量電動機，最大功率可達2×200 kW；設有最大電流限定值,使設備免受尖峰轉矩的沖擊；具有完整的保護監測系統。包括主回路相序、電壓監測、過載、限位、預限位、緊急停車、正反向電氣聯鎖、超速保護、故障自診斷等；轉矩故障保護環節來監測整個系統。包括對速度給定系統和速度反饋系統進行監控，也能對內部電源故障進行監控；功能單元連接可靠、便于維修；采用風扇和通風窗散熱，保證控制裝置可靠。

1.4 工作原理

起重機定子調壓裝置的工作原理為當改變電動機的定子電壓時可以得到一組不同的機械特性曲線從而獲得不同轉速。由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行范圍，當調速在2∶1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節轉速目的。調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速的特點：調壓調速線路簡單，易實現自動控制；調壓過程中轉差功率以發熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。調壓調速一般適用于100 kW 以下的生產機械。恒轉矩特性的負載，電動機只能在機械特性的直線區域穩定運行，而對于風機泵類負載，電動機則在機械特性的全范圍內都能穩定運行，因此定子調壓調速比較適合于風機泵類特性的負載，可以獲得較寬的調速范圍。但也存在著低速下功率因數低、電流大、效率低等問題。

1.5 工作過程

定子調壓裝置將一次調電壓和二次切電阻兩種傳統的調速方式相結合，取得了良好的效果。

通過改變定子相位角改變定子電壓，通過控制三對反并聯的可控硅導通，實現電動機定子電壓調節，在調壓過程中，定子電壓頻率始終與供電電源電壓一致。通過控制定子相角改變基波的幅值，隨著電動機加壓，機構平穩加速。在減速過程中實現快速制動效果。它的優點為無觸點控制、降壓啟動保電機、實時監測電流故障相應快。

通過改變轉子電阻實現調速，電動機特性曲線隨著轉子電阻的改變而改變，但是臨界轉矩保持不變，可以將特定負載控制在不同的速度下，控制啟動電流小、對電機傷害小。定子調壓裝置擁有速度和電流雙閉環，在速度啟動時先升電壓，待速度平穩達值才切斷電阻信號，在實現平滑調速的同時，避免沖擊電流。

1.6 常見故障分析

1）轉子反饋丟失故障[2]。轉子反饋是電機速度閉環的速度反饋，主要來自電機三相轉子的任意兩項。轉子頻率與轉子轉速成反比，與電機滑差成正比。根據實際使用情況，該故障的主要原因有正反接觸器故障、轉子反饋電纜短路或者斷路。

2）電流不平衡故障。電流不平衡故障可以從調速裝置記錄中得到，一般原因為供電電源相位不平衡、可控硅故障[3]、繞組或者電阻故障，根據使用經驗，電流不平衡故障多為可控硅被擊穿導致。

3）制動超時故障。當主令操作回零，裝置機構不能正常控制，此時進行報閘停機保護。主要的故障原因為超出負荷或者參數設置故障。

4）制動器打不開。制動器主要通過接觸器吸合得電打開。此故障原因多為鋼廠環境惡劣，高溫、粉塵較多導致接觸器機械易犯卡、鐵心易粘合，造成接觸器不能正常打開，可更換接觸器解決該故障。

5）主鉤不起或者不落。垂直方向控制涉及到的設備有主令、上升限位、稱重限制器、繼電器等。其中任何一個設備損壞，都可能導致該故障發生。根據實際使用情況，大多數是由于限位損壞或者不靈敏導致的該故障。一般通過檢查限位開關和繼電器可排除改故障。

3 結語

宣鋼150 t 爐區320 t 天車使用定子調壓裝置以來，運行效果良好。該定子調壓裝置是150 t 爐區天車設備的靈魂，提供了一種從零轉速開始且與負載無關的速度控制、同時轉矩響應迅速平滑減速、制動系統自動響應，減少了機械沖擊及制動器和接觸器的磨損。為煉鋼鐵水和鋼水高效率轉運，提高生產效率均發揮了極其重要的作用。