YZ-35牙輪鉆機回轉(zhuǎn)電動機改型及電路改造

劉文甡

吉林省白山市首鋼通鋼集團(tuán)板石礦業(yè)公司，吉林白山 134304

YZ-35牙輪鉆機是上世紀(jì)80年代生產(chǎn)出品的一種高效率的穿孔設(shè)備。因其具有穿孔速度快，成孔質(zhì)量高的特點，至今仍被冶金露天采礦行業(yè)所使用。由于其所配備的回轉(zhuǎn)電動機采用內(nèi)通風(fēng)方式散熱，其風(fēng)扇葉輪常因變形應(yīng)力作用，致使風(fēng)扇葉輪碎裂而破壞電動機轉(zhuǎn)子及定子繞組，影響鉆機的正常運行，造成不必要的經(jīng)濟損失。若采用無風(fēng)扇葉輪自然散熱形式的直流電動機替換原來的回轉(zhuǎn)直流電動機，便可有効地解決這一問題。下文將從鉆機調(diào)速系統(tǒng)簡要原理及主要電氣技術(shù)參數(shù)入手，介紹電機改型及相關(guān)的電路改造問題。

1 鉆機調(diào)速系統(tǒng)簡要原理及主要電氣技術(shù)參數(shù)

鉆機調(diào)速系統(tǒng)主電路為三相全控橋式整流電路，將50Hz、380V三相交流電壓，經(jīng)主電路整流為直流電壓，供給直流電動機電樞回路。同步信號加到磁放大器工作繞組上，產(chǎn)生的移向脈沖通過整形放大后去觸發(fā)可控硅，通過脈沖移向，改變電動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電動機的無極調(diào)速，在電路中還有電壓負(fù)反饋和電流限制環(huán)節(jié)，以保證機械特性硬度和“挖土特性”。電動機的正反轉(zhuǎn)是通過改變電動機自身他激磁場的方向來實現(xiàn)。主要電氣技術(shù)參數(shù)為：

1）輸入電壓：三相交流50Hz、380V，允許波動范圍85%～105%；

2）額輸出直流電壓：直流450V；

3）直流輸電壓調(diào)節(jié)范圍：0V～500V；

4）最大直流輸出電流：400A；

5）額定輸出功率：50kW～60kW；

6）負(fù)荷等級：100連續(xù)；

7）起動特性：在任何給定轉(zhuǎn)速下均能滿載起動，最大堵轉(zhuǎn)電流400A。

2 電動機的選型

原設(shè)備配備的回轉(zhuǎn)直流電動機為ZYZ-50/15型，現(xiàn)有ZDY29.4/23L3型直流電動機屬于無風(fēng)扇葉輪自然散熱式電動機。幾何安裝尺寸能滿足鉆機的安裝要求，且電氣技術(shù)參數(shù)與ZYZ-50/l5型電動機相近，可以作為原電機的改型產(chǎn)品。現(xiàn)將二種電機數(shù)據(jù)比較如下:

2.1 原ZYZ-50/15型直流電動機數(shù)據(jù)

P=50kW U=400V In=145A

n=1500r/min 他激磁場U勵=190V

I勵=2.05安

2.2 DY29.4,/23L3型直流電動機數(shù)據(jù)

P=50 kW U=475V In=115A

n=1245r/min 他激磁場U勵=72V I勵=13.1A

由此二種電動機技術(shù)數(shù)據(jù)及上述調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)可以看出采用ZDY29.4/23L3型電動機，只是電動機的勵磁參數(shù)不符合要求,其他參數(shù)均能滿足要求，若對鉆機原勵磁系統(tǒng)進(jìn)行改造，便可達(dá)到改型的目的。

3 改造電路介紹

本文中介紹的改造電路是鉆機的直流操作控制電路和電動機勵磁電路，其電路圖如下：

圖1

直流操作控制電路和電動機勵磁電路共用一個電源。由變壓器B12二次側(cè)相電壓1OOV經(jīng)整流后供給。交流側(cè)接有壓敏電阻YRl0、YRl1、YR12，起過電壓保護(hù)作用。直流側(cè)采用電阻R13和電容C7組成的阻容過電壓吸收回路，作為操作過電壓保護(hù)。直流接觸器HZC控制電動機電樞回路的通斷，電動機正向磁場接觸器ZZC和反向磁場接觸器FZC是控制電動機的磁場方向。也就是控制電動機旋轉(zhuǎn)方向的。時間繼電器SJ的作用是保證先接通電動機磁場，而后接通電摳電路。以防上電動機因零勵磁而造成“飛車”和過電流，為了同樣一個目的，并且在電動機勵磁繞組電路里串接一個零勵磁保護(hù)繼電器LLJ，換向繼電器HXJ接在電機電樞的兩端，它是限制磁場切換時電樞端電壓，以確保電機的磁場只有在電摳端電壓很低時，才能進(jìn)行換向，以避免發(fā)生“飛車”和大的電流沖擊，主令開關(guān)HLHK是控制上述接觸器、繼電器接通或斷開的操作開關(guān)。

4 電路的改造方案論證及方法

4.l 方案論證

由上述ZYZ-50/15和ZDY29.4/23L3型電動機參數(shù)及鉆機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)可知：

1）鉆機調(diào)速系統(tǒng)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍0-500V，能滿足ZDY29.4/23L3型電動機的供電要求;

2）若采用原線路控制改型后的電機則；

（1）變壓器B12不能滿足供電要求。變壓器B12采用SBD-1.5KVA型三相變壓器，其初級電壓為380V，次級相電壓為100V，次級通過三相橋式整流后 ，變成U = 2.34* U 2 = 2.34*100 =234V，此電壓只能供給接觸器線圈用，而不能供給電動機勵磁繞組用，因電動機勵磁組電壓為直流72V。此時，變壓器B12消耗的總功率（忽略控制電路的功率消耗）P=P勵+PR15=U勵*I勵+I勵*（U-U勵）=72*13.1+（234-72）*13.1=3.065KVA,可見變壓器不能滿足供電要求;

（2）直流繼電器LLJ不滿足要求。原直流繼電器采用型號為JL14-11ZQ2.5A、0.3-0.65欠電流繼電器，現(xiàn)通過電流13.1A， 超過其額定值數(shù)倍，故不能使用;

（3）直流接觸器ZZC、FZC不能滿足要求。原直流接觸器ZZC、FZC均采用CZO-40/20型接觸器，其觸頭允許電壓為直流220V、電流為直流2.5A?，F(xiàn)需流過13.1A電流，觸頭不能滿足要求。而滅弧線圈已無法達(dá)到滅弧要求，不能使用;

（4）R15采用二只ZGll-200A、30Ω、200W電阻串聯(lián)使用，其額定值電流為其額定值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 13.1A，故不能使用。

綜上述可見，原調(diào)速系統(tǒng)中給電動機電樞供電的調(diào)速裝置，電路不用改造，只要將輸出電壓的最大值從400V調(diào)到475V即可.而直流控制電路及電動機勵磁電路必須對其進(jìn)行改造，才能滿足要求。

4.2 改造方法

1）更換原電路中的直流繼電器LLJ，直琉接觸器ZZC.FZC，更換電P15等原件；

2）將電路圖從A、B兩點斷開，即將直流控制電路與勵磁電路分開，對控制電路除更換原件外，電路不做任何變動，對給其供電的變壓器B12，考慮到電動機換成ZDY29.4/23L3型后，在特定情況下使用ZYZ-50/15型電動機時更改電路方便，保留原變壓器B12并同時增設(shè)一臺變壓器及一套整流電路，單獨供給電動機勵磁繞組建立磁場。

5 改造后電路的原理、被更換元件的參數(shù)計算及選擇

5.1 電路原理

原理如圖2。

變壓器B12二次電壓經(jīng)Z1一Z6整流后，供給直流控制回路，操作HL、HK，實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)控制。變壓器B13二次電壓經(jīng)整流后.供給電動機勵磁繞組電能。

5.2 元件參數(shù)計算及元件選擇

5.2.1 變壓器的選擇

1）接線方式：變壓器B13“采用△/Y0一11接線方式；

2）變壓器初級電壓的確定：依據(jù)鉆機原380V供電方式，初級電壓采用380V；

3）變壓器次級電壓的確定：考慮到變壓器應(yīng)滿足電動機勵磁電壓72V的要求，同時電阻R15消耗功率要低些，選取相電壓U2為36V，標(biāo)準(zhǔn)電壓的變壓器較合適，若次級電壓選為36V，則三相電壓經(jīng)過整流后的直流電壓為：

U=2.34U2=2.34*36=84.24V

能滿足給電動機勵磁的要求，同時電阻R15消耗的功率：

PR15=(U直-U勵)*I勵=(84.24-72)*13.1=160W消耗功率不大。

4）變壓器容量的確定

三相橋式整流變壓器次級電流與整流電流的關(guān)系為：I=0.816I直，故變壓器次級電流為：I=0.816I直=0.816*13.1=10.69A

變壓器的次級功率：

P2=3U2*I2=36*10.69=1.153KVA

三相橋式整流變壓器初級功率和次級功率相等{損耗忽略不計)，故初級功率：

P1=P2=1.1531KVA， 變 壓 器 平 均 功 率 P=（P1+P2）/2=1.15353KVA

圖2 改造后直流控制和勵磁原理圖

5）變壓器數(shù)據(jù)

相數(shù)：三相 接線：△/Yo-11 容量：1.153KVA

初級電壓：380V(線電壓) 初級電流：1.88A

次級電壓，36V（相電壓) 次極電流：11.424A

根據(jù)以上計算，并考慮變壓器在鉆機上實際安裝位置問題 ，變壓器選為初級電壓380V，次極電壓36V，容量為500VA的BK-500型單相變壓器三臺，接成△/Y0-11三相變壓器使用。

5.2.2 整流二極管Z1-Z6的選擇

三相橋式整流電路中,每個二極管的平均電流為輸出直流電流的1/3,因此:Z1’- Z6’每個二極管的電流：

Ia=1/3*I勵=1/3*13.1=4.37A

每個管于承受的最大反向電壓是變壓器次級線電壓的最大值，因此，每個二極管最大反向電壓：

5.2.3 直流繼電器LLJ的選擇

LLJ選為JL14-11ZQ型、15A、0.3-0.65欠電流直流繼電器，用以滿足13.1A勵磁電流的要求。

5.2.4 直流接觸器ZZC、FZC的選擇

ZZC和FZC選為CZO-40/2型，線圈電壓、直流220V，滅弧電流20A，能夠滿足13.1A勵磁的要求。

5.2.5 電阻器R15

調(diào)節(jié)電阻器R15的阻值，使電動機的勵磁能滿足勵磁電壓72V，勵磁電流13.1A的要求，此時所需電阻為：R=（U-U勵）/I勵=（84.24-72）/13.1=12.24/13.1=0.93Ω，故選取規(guī)格型號為：ZB-1.45Ω、15.4A電阻片，并自制一付滑動觸頭，用以調(diào)節(jié)電阻即可。

6 安裝調(diào)試

1）按照改造后的電路圖，更換電動機及需更換的電氣原件，并可靠地按電路圖接線(電動機線除外).并把R15阻值調(diào)到最大；

2）接通電路電源，操作HLHK主令開關(guān)，其正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)位置應(yīng)同直流接觸器ZZC、FZC的吸含相對應(yīng)，若不符或ZZC、FZC不吸合，應(yīng)查出原因予以排除；

3）將電動機勵磁繞組接入勵磁電路，反復(fù)通斷勵磁電源，調(diào)節(jié)R15阻值，使勵磁繞組滿足勵磁電流14A(電動機冷態(tài)調(diào)整時電流值應(yīng)提高10%)要求，并將直流繼電器LLJ調(diào)在吸合狀態(tài)。

按上述數(shù)據(jù)調(diào)整電動機勵磁電流，鉆機在實際使用過程中，由于ZDY29.4/23L3型直流電動機轉(zhuǎn)速為1245r/min，ZYZ-50/15型直流電動機轉(zhuǎn)速為1500r/min，直流電動機轉(zhuǎn)速降低，鉆機鉆孔效率下降，將直流電動機勵磁電流在冷態(tài)時調(diào)整至弱磁狀態(tài)10A，鉆機則可恢復(fù)原設(shè)計鉆孔效率；

4）將調(diào)速系統(tǒng)的輸出電壓調(diào)整限定在直流475V。斷電后將電動機電樞線接入電路.后通電，操作HLHK主令開關(guān)，緩慢加入給定，使電機起動，檢查轉(zhuǎn)向是否正確，如不符，可調(diào)換勵磁繞組兩條線，使電機轉(zhuǎn)向正常。鉆機便可以投入正常作業(yè)了。

7 結(jié)論

回轉(zhuǎn)電動機換型、電路改造后的鉆機，保證了其高效可靠地經(jīng)濟運行，本改造方法對同類鉆機的改造有一定參考價值。

[1]黃俊.半導(dǎo)體變流技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，1987.

[2]張志軍.模擬電子技術(shù)簡明教程.北京：高等教育出版社，1988.

[3]YZ-35型牙輪鉆機電氣系統(tǒng)維護(hù)使用說明書.中國有色金屬工業(yè)總公司衡陽有色冶金機械總廠.

[4]電動機技術(shù)文件(ZDY-29.4/23L3) 大連電機廠.

[5]電動機技術(shù)文件(ZYZ—50/15) 上海南洋電機廠.