關(guān)于起升機構(gòu)制動距離超長的故障分析

種法友

（武鋼股份設(shè)備維修總廠，武漢 430080）

定子調(diào)壓調(diào)速裝置主要用于三相轉(zhuǎn)子滑環(huán)式感應(yīng)電動機的調(diào)速控制，將定子調(diào)電壓和轉(zhuǎn)子切電阻兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式結(jié)合在一起，有效發(fā)揮每種調(diào)速方式的優(yōu)點，避免各自的缺點。定子調(diào)壓裝置與帶有測速機或編碼器的普通轉(zhuǎn)子滑環(huán)電機構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)，適合所有類型的起重機，完全能夠滿足起重機安全、可靠、高效率運行的要求。

1 故障現(xiàn)象描述

在某廠2#夾鉗吊車的起升機構(gòu)上采用定子調(diào)壓的控制方式，作業(yè)中起升機構(gòu)全速下降時，設(shè)備正常運行，當操作者操作控制手柄拉回零位時，正常情況下，起升機構(gòu)開始電氣制動，向下減速滑行一定的距離，使得速度降低到一個較小的值時，機械抱閘再發(fā)出指令，使得起升機構(gòu)運行停止，然而作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，從全速下降過程中發(fā)出停止指令時，起升機構(gòu)向下滑行的制動距離比正常情況下超出1～2m，而起重機械向下滑行制動距離有著嚴格的規(guī)定，下滑距離超長意味著重大的安全隱患。然而這種故障現(xiàn)象的發(fā)生時有時無，是一種電氣軟故障，而且相關(guān)的電子設(shè)備并沒有任何的報警提示，這就給故障的排除帶來了極大的困難。

2 控制原理

定子調(diào)壓裝置通過控制五對反并聯(lián)可控硅的導(dǎo)通實現(xiàn)電動機定子電壓的調(diào)節(jié)和電機相序的改變，其控制傳動簡圖如下圖1所示，通過控制定子相角改變基波的幅值，因為電的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，所以隨著電動機電壓的增加，機構(gòu)平穩(wěn)的加速。在減速的過程中，利用相角的控制，可以實現(xiàn)反接制動，達到最快速制動的效果，在上述的起升機構(gòu)從全速下降到停止的過程中，就是采用的反接制動的原理。

圖1 可控硅控制傳動簡圖

在異步電動機的轉(zhuǎn)子電路串入電阻可以改變電動機的轉(zhuǎn)矩，電動機的特性曲線隨著轉(zhuǎn)子電阻的改變而改變，但是臨界轉(zhuǎn)矩MK保持不變，在該套系統(tǒng)中，設(shè)計有4段電阻的切除，而這4段電阻的切除指令都是通過定子調(diào)壓裝置自身計算給出，定子調(diào)壓裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，實現(xiàn)不同檔位和運行狀態(tài)下，以最優(yōu)化的運行結(jié)果發(fā)出二次電阻的切除指令。不同轉(zhuǎn)子電阻值下的電機特性曲線如圖2 所示[1]。

圖2 不同電阻值下電機特性曲線

3 故障分析與判斷

該起升機構(gòu)從下降最高檔到拉回零位的時候，制動下滑距離超長，也就是說制動力矩是存在的，但是在故障時出現(xiàn)了力矩不足的情況。

通過對定子調(diào)壓設(shè)備控制原理的研究得出，在全速下降的時候，定子調(diào)壓設(shè)備輸出下降方向全電壓，并且發(fā)出轉(zhuǎn)子電阻全部切除命令，當由下降4檔拉回3檔的時候，定子調(diào)壓裝置輸出反向電壓，使得電機反接制動，并且同時發(fā)出轉(zhuǎn)子電阻接觸器全部斷開命令，使得在反接制動的時候轉(zhuǎn)子回路串入全電阻，一直將速度降低到額定轉(zhuǎn)速的40%時，再通過一次電壓的調(diào)節(jié)實現(xiàn)逐檔的調(diào)速。

在此調(diào)速過程中，反接制動力矩的變化跟兩方面有關(guān)系，一方面是一次電壓的調(diào)節(jié)變化，二是轉(zhuǎn)子電阻的切除狀態(tài)，這兩個方面都會直接影響制動力矩的大小。通過對正常情況下和故障狀態(tài)下輸出電壓的對比發(fā)現(xiàn)，兩種情況下的輸出電壓基本相同，所以首先斷定一次電壓的調(diào)節(jié)變化不是該故障發(fā)生的主要原因。

通過對轉(zhuǎn)子電阻接觸器的監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，在下降4檔到下降3檔轉(zhuǎn)換時，正常情況下應(yīng)該是4個加速接觸器由全部吸合轉(zhuǎn)換為全部斷開，而在發(fā)生故障時發(fā)現(xiàn)，3加速接觸器卻有延時斷開的情況，經(jīng)過進一步的鑒定發(fā)現(xiàn)，3加速接觸器不能及時斷開并非接觸器粘連引起，而是因為PLC有異常輸出，PLC對應(yīng)的3加速輸出點位指示燈已經(jīng)熄滅，但是卻還有電壓輸出，通過對PLC程序監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，PLC對應(yīng)的該點位確實已經(jīng)斷開，從而確認該故障是因為PLC點位異常引起，更換該輸出點后，故障排除[2]。

可編程控制器俗稱PLC，是控制系統(tǒng)的邏輯控制中心，它是以微處理器為基礎(chǔ)的工業(yè)元件，一般來說具有極高的可靠性，但是也難免出現(xiàn)故障，PLC的故障，意味著控制邏輯的紊亂，一般都會帶來不同程度的設(shè)備問題。在實際應(yīng)用中，PLC出現(xiàn)故障的常見原因有溫度、環(huán)境、電磁干擾等，所以在應(yīng)用中，應(yīng)注意以下問題。

1）要求環(huán)境溫度在0～55℃，保持良好的通風(fēng)與散熱。

2）空氣相對濕度小于85%，遠離振動源，遠離粉塵和腐蝕性的環(huán)境。

3）遠離電磁干擾的相關(guān)設(shè)備，不同種類的線路分開敷設(shè)，并且做到屏蔽層接地良好。

利用電機機械特性曲線的方法對該故障進行進一步的研究，電機二次不同阻值對應(yīng)電機的不同特性曲線，現(xiàn)場設(shè)置有4個切電阻接觸器再加上全電阻情況一共有5組不同的電機特性曲線，如下圖3中左圖所示，其中橫坐標對應(yīng)的是電機的轉(zhuǎn)矩，縱坐標對應(yīng)的是電機的轉(zhuǎn)速，Ta表示負載轉(zhuǎn)矩，因為起重過程中重物質(zhì)量不變，所以是恒負載轉(zhuǎn)矩。在起升機構(gòu)全速下降的時候，此時電機作用在第4象限，電機穩(wěn)定運行在反向4a特性曲線和Ta的交點位置，當由下降4檔拉回3檔的時候轉(zhuǎn)換為全電阻式的反接制動，所以在第4象限此時全電阻對應(yīng)的特性曲線和Ta之間橫坐標的差值即為反接制動力矩。

圖3 故障狀態(tài)下電機特性曲線以及第4象限特性曲線局部放大示意圖

由上圖3中右圖及第4象限局部放大圖可得，正常情況下進入全電阻反接制動時其制動力矩為T2，即為全電阻對應(yīng)的特性曲線和下降穩(wěn)定運行點橫坐標之間的差值，當出現(xiàn)故障時3a接觸器并沒斷開的情況下，其狀態(tài)相當于對應(yīng)3a段電阻的反接制動，其制動力矩為T1，即為3a對應(yīng)的特性曲線和下降穩(wěn)定運行點橫坐標之間的差值，由示意圖可以看出，全電阻時的制動力矩T2遠大于3a段電阻時的制動力矩T1，也就是說在故障狀態(tài)時的制動力矩明顯比正常情況下的小，從而更好的解釋故障狀態(tài)下制動距離超長的原因[3]。

4 結(jié)論

通過對某廠定子調(diào)壓裝置控制方式下的起升機構(gòu)電氣制動下滑距離超長故障的深入研究，利用特性曲線的方法分析了轉(zhuǎn)子電阻在反接制動時的作用，從而縮小故障的范圍，查找出了下滑距離超長的原因，解決了下滑距離超長的安全隱患，同時為處理同類型故障積累了經(jīng)驗。

[1]佟純厚.近代交流調(diào)速[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2006:5-19.

[2]許期英.交流調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010:15-30.