橋式起重機定子調壓調速裝置常見電氣故障原因分析及改進

湯守林

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

當前，絕大多數工業企業的橋式起重機，起重機的電動機都應用的是開環式控制，這樣使起重機的控制系統輸出量對系統不會造成影響，傳統的起重機以轉子串聯電阻控制速度的方法是電動機轉子串聯不同阻值電阻進行調節速度，以改變轉子電阻的電阻值，以此來達到控制電動機的運行速度的控制，但速度可控范圍比非常有限，在低速運行時機械狀態不穩定，這種調速操作對機械的傷害較大，變相的增加了生產成本，所以隨著經濟水平的發展，這種起重機的控制方式已經不能夠滿足現在的生產需要。隨著科技越來越發達，傳統以電動機轉子串聯電阻來調節速度的方法終將被淘汰，而取而代之的是以定子調壓調速裝置的運用，定子調壓調速裝置的優點在于速度的可控制范圍較大，起重機可能發生故障的情況較少，但是還是存在一些影響起重機正常運行的情況。下面我將對在實際操作中定子調壓調速裝置可能顯現出的情況進行探究，并找到解決辦法，以此保障橋式起重機在工業生產中的使用。

1 工作原理

1.1 轉子串電阻調速原理和缺點

（1） 原理：傳統的起重機起升機構一般應用的是電動機轉子串電阻調速，在使用的時候需要在轉子上串聯電阻，通過改變電阻的阻值進行控制電動機轉子的轉速，同一時間增大起動轉矩以及降低啟動電流。這種調速裝置一般設固定有限的檔位，通過控制不同的檔位來達到預期的速度[1]。

（2） 缺點：這種調速方式存在以下幾方面的問題，起重機在啟動時產生的沖擊力較大會對設備造成損壞，使設備的使用壽命減少，可能發生故障的機率高，不能夠很精確的控制速度，速度的可調范圍太小，對速度的控制跳躍性大，會增加起重機的維修成本[1]。

1.2 定子調壓調速的原理和優點

（1） 原理是以控制電動機的定子電壓使電動機的力矩發生改變，以此來使電動機達到預期的速度，并在這個速度上工作。如果電壓從正常值降到一個較低數值，那么電動機的轉動速度會從一個正常速度下降到另一速度。所以降低電動機的定子電壓，就會使電動機力矩降下來。為了使電動機定子電壓從供電電壓至零，需要進行控制每一相的可控硅觸發角。運用定子調壓設備微處理器來操作觸發信號相位進行操作可控硅的觸發角，操作可控硅的運行情況，以此來控制加在電動機定子上電壓的大小，不需要接觸器去變換方向[2]。見圖1。

圖1 電壓轉矩圖

（2） 優點：由于定子調壓調速對速度的控制穩定性高，所以對機器的損害程度低，使機器出現故障的可能性低，因此可降低維修成本，這種調速方式還有維修簡單方便等優點，因此定子調壓調速方式被更多的應用到了橋式起重機。某鋼廠的所有橋式起重機都應用了ABB 定子調壓調速裝置，從長時間的運行情況來看是穩定可靠的[3]。

2 常見電氣故障及原因分析

（1）編碼器反饋故障，造成編碼器反饋故障的主要原因有兩個方面，一方面，可能是編碼器壞了，而另一方面就是編碼器傳輸信號出現問題。出現編碼器的損壞可能與當初安裝的位置相關，把編碼器直接組裝在電動機的轉子軸上面，而在運行中的電動機產生的振動，使編碼器的內部零件被損壞，反饋系統的穩定性被破壞；而另一個使編碼器傳輸信號出現問題，主要的原因可能是現場的干擾，一般ABB定子調壓調速裝置都被安裝在起重機箱梁里面，所以編碼器反饋信號要從控制上升電動機編碼處通過傳輸電纜送達，傳送線路比較長，雖然傳送電纜采用的是防干擾電纜，但生產車間有很多種類的電磁干擾，尤其是高頻率諧波，ABB定子調壓調速裝置和傳輸信號的線路受到高頻諧波影響，造成了信號無法正常傳送，最終導致電動機速度不能被有效控制[2]。

（2）速度偏差故障，速度偏差故障主要是因為電機在重載的情況下，轉子電阻沒被切除或是沒有被完全切除。繞線式的電動機轉子串聯電阻運行，就是在轉子繞組當中串聯一組或者很多組電阻，幫助電動機運行情況正常，提高了機械性質，改善了運行轉矩。要是在開始運行后電阻沒被切除或是沒有完全切除，那么電動機的轉矩會變低，導致電動機工作速度和ABB定子調壓調速裝置設定速度相比較低，由此導致速度出現誤差。因為有切電電阻本身接觸器問題或是ABB定子調壓調速裝置輸出繼電器的問題造成轉子電阻沒被切除或電阻沒有完全切除[2]。

（3）起升力矩丟失，在進行起升力矩中，要是負載已超出一定的速度向下下降時，控制系統會自動認為起升力矩丟失。造成這種情況的因素可能有起升力矩提升達到了最大限度又或是快達到最大限度的時候主體電壓太低、轉子電阻出現單相或者斷開、觸發裝置壞損造成定子電壓太低、在起升空中作業時可能吊重超過最大限度[3]。

（4）制動器不打開，制動器的打開是依靠ABB定子調壓調速裝置控制著制動器和接觸器的閉合而被打開。打開位置開關被安裝在制動器的打開位置，這個位置開關傳送給ABB定子調壓調速裝置制動器打開狀態的信號。但是因為生產車間環境復雜，空氣中粉塵多，溫度過高，因為這樣的環境下，會造成位置開關堵塞，接觸器的觸頭接觸不好等，導致定子調壓裝置感應不到制動器打開的信號，由于以上原因就導致了制動器不打開的故障[4]。

（5）制動器持續打開，制動器一直保持在打開狀態，因為生產現場環境中空中漂浮灰塵多，溫度過高等，導致制動器接觸器發生堵塞、鐵心變性貼合等問題，以此出現制動器一直都在打開狀態。再有定子調壓調速裝置DTX110ABB板上面的輸出繼電器在特別高頻率的運行狀態下可能出現粘貼情況[5]。

3 發生故障改進措施

（1）編碼器反饋鑒于電動機在工作狀態下給編碼器造成的振動損壞，為了提升編碼器轉動軸和電動機輸出軸的一個同心度，可以定制同心度好的安裝座位，并訂制能固定編碼器的支持架，降低對編碼器的沖擊力造成的問題。另一方面，可以應用移動雙絞屏蔽電纜線，為了更有效避免生產車間的環境對編碼器反饋信號的磁場干擾，這種電纜線有三個特殊特性，一個是當電纜收到電磁干擾時能有效的防護，一個是相互絞使電纜線距離變短，兩條線相對的磁場干擾線的長短基本一樣，相對的屏蔽范圍也差不多相同，能夠有效屏蔽共模干擾；另一個就是電纜線的柔韌性強，可移動雙絞屏蔽電纜的外皮用的是聚氯丁烯硅橡膠，可以很好的保護電纜不受小車對電纜的傷害[6]。

（2）如果出現速度偏差故障，第一步需要查看轉子切除電阻接觸器閉合情況，要是切除電阻接觸器不閉合，則要在ABB定子調壓調速裝置高檔位輸出的時候檢測轉子切除電阻接觸器的線圈電壓，如果測量發現有電壓的情況是因為接觸器發生損壞，如果沒有電壓的話是定子調壓輸出繼電器發生了損壞，只需要更換對應的元器件就可以了[7]。

（3）起升力矩如果發生起升力矩丟失情況時，首要任務是先排除其他外部因素以后，則要進行對對應參數的調整以達到優化起重機性能的目的，通常情況下可以根據優化表1中的參數來控制。通過表1中參數說明可以知道，要選擇適合的加速時間就要通過調整08.02和08.03兩個參數數值來實現。在使用速度調節器的時候，先設定參數09.10對應的數值為0，并應用對應的監測工具，以給定的速度曲線和實際中的速度曲線做對比，依據對比結果調整參數09.02的數值，起升裝置帶超一起下降，并且下降的最終實驗必須達到最大荷載，而參數09.03是給不同速度達到不同的比例增益，參數09.16在通常狀況下應設定在10%到50%之間，在非常狀況下也能設定成負值，比如，速度一下從全速到中速降速過快，那么參數09.19可以設定為負50%。以此經調整09.16到09.19之間的參數可控制不同速度時現實的中的速度曲線。當制動器的制動太慢時，可以增大參數06.01的數值。如果在閉環控制當中編入參數07.20，尤其是在不帶機械負載的傳動系統，在速度反饋監視工具中，濾波時間應該選擇默認值。然后經減小參數10.15的值，來使未收到反饋信號的時間變短，當發生力矩丟失而自動滑落的情況時，會在極短時間里收到反饋問題，會切斷制動器電源使制動器成閉合狀態，及時使懸吊物體停止滑落[8]。

表1 優化起升力矩相關參數

（4）如果發生制動器不打開情況，則可以對比制動器接觸器吸合時候的情形和制動器接觸器實際的情況來找到損壞的具體原因，以此來解決制動器不打開問題。再一個定期的對制動器接觸器拆解清理，或者對制動器接觸器做一定的防護，避免接觸不良或者發生粘貼，造成的制動器一直處制動狀態。若制動器發生一直打開情況的話，則需要切除ABB定子調壓裝置的總電源，若發現制動器接觸器能夠分離則是DATX110板輸出繼電器出現了損壞，只需要把舊DATX110板換掉就可以，出現不分離的情況下，可能是因為制動器接觸器發生了阻塞、粘貼等問題，需要換新的接觸器配件[9]。

4 結語

經過對某鋼廠生產廠房使用的橋式起重機ABB定子調壓調速設備通常發生的故障進行原因分析和改進辦法，很大程度上減少了起重機在日常生產中無法正常運行的機率。用半年時間的使用觀察發現，半年來起重機ABB定子調壓調速裝置的電氣故障比之前半年發生的故障次數明顯減少，并且在起重機發生電氣故障時能及時精確發現故障原因，并及時解決問題，減少了日常起重機的維修成本，同時很大程度提高了橋式起重機的使用效率，為工業生產的生產效率和安全性提供了保障。