定子調(diào)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(qū)配套有5 部320/80 t 的天車系統(tǒng)，進行煉鋼生產(chǎn)的液態(tài)金屬進行調(diào)運轉(zhuǎn)儲，滿足煉鋼生產(chǎn)需求。其中2部天車安裝在加料跨上，主要是為2 座轉(zhuǎn)爐兌鐵、加廢鋼、配合爐前檢修作業(yè)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(yè)等。由于傳統(tǒng)的接觸器電氣控制系統(tǒng)通過串電阻開環(huán)方式控制轉(zhuǎn)速，其控制精度差；由于速度突變，對行車的機械系統(tǒng)及其電氣系統(tǒng)造成很大沖擊，故障率高。150 t 爐區(qū)的5 部320 t 天車全部采用了定子調(diào)壓裝置進行調(diào)速控制。該控制方式采用PLC 集中控制，垂直方向采用定子調(diào)壓裝置[1]和轉(zhuǎn)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(wěn)定性和平滑性好，天車控制平穩(wěn)。

1 實施方案

1.1 運行環(huán)境和天車選型

宣鋼150 t 爐區(qū)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(zhuǎn)爐之間運轉(zhuǎn)，鋼水天車實現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄和熱修間之見運轉(zhuǎn)。天車所在跨參數(shù)如下表1 所示。

1.2 主要結(jié)構(gòu)和運動形式

天車系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其運動形式主要有實現(xiàn)重物在垂直、橫向、縱向三個方向的運動。垂直方向主要實現(xiàn)使用鋼絲繩控制系統(tǒng)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(qū)動作垂直上下運動；橫向主要實現(xiàn)天車小車在橫向方向的移動，小車及提升機構(gòu)由小車電動機驅(qū)動沿橋架上的軌道作橫向左右運動；縱向主要實現(xiàn)天車大車在沿著跨方向的移動，起重機由大車電動機驅(qū)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(jié)構(gòu)

1.3 工作條件和特點

起重機定子調(diào)壓調(diào)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(nèi)進行轉(zhuǎn)速的有級或無級調(diào)速。控制裝置與主令控制器、轉(zhuǎn)子接觸器、轉(zhuǎn)子電阻、測速發(fā)電機等組成完整的控制系統(tǒng)，用于控制和保護起重機起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、平移機構(gòu)三相繞線異步電動機的起動、調(diào)速、換向和制動。無級調(diào)速范圍0～100%，定子換相由閘晶管完成，死區(qū)時間小、換向快速、保護環(huán)節(jié)完善、使用安全可靠。特別適宜大型專業(yè)起重機，如冶金、安裝、港口及電站用門座起重機等要求高調(diào)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(diào)速性能指標，調(diào)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(zhuǎn)矩的沖擊；具有完整的保護監(jiān)測系統(tǒng)。包括主回路相序、電壓監(jiān)測、過載、限位、預限位、緊急停車、正反向電氣聯(lián)鎖、超速保護、故障自診斷等；轉(zhuǎn)矩故障保護環(huán)節(jié)來監(jiān)測整個系統(tǒng)。包括對速度給定系統(tǒng)和速度反饋系統(tǒng)進行監(jiān)控，也能對內(nèi)部電源故障進行監(jiān)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(diào)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(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2∶1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)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(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100 kW 以下的生產(chǎn)機械。恒轉(zhuǎn)矩特性的負載，電動機只能在機械特性的直線區(qū)域穩(wěn)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(nèi)都能穩(wěn)定運行，因此定子調(diào)壓調(diào)速比較適合于風機泵類特性的負載，可以獲得較寬的調(diào)速范圍。但也存在著低速下功率因數(shù)低、電流大、效率低等問題。

1.5 工作過程

定子調(diào)壓裝置將一次調(diào)電壓和二次切電阻兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式相結(jié)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(lián)的可控硅導通，實現(xiàn)電動機定子電壓調(diào)節(jié)，在調(diào)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(gòu)平穩(wěn)加速。在減速過程中實現(xiàn)快速制動效果。它的優(yōu)點為無觸點控制、降壓啟動保電機、實時監(jiān)測電流故障相應快。

通過改變轉(zhuǎn)子電阻實現(xiàn)調(diào)速，電動機特性曲線隨著轉(zhuǎn)子電阻的改變而改變，但是臨界轉(zhuǎn)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(diào)壓裝置擁有速度和電流雙閉環(huán)，在速度啟動時先升電壓，待速度平穩(wěn)達值才切斷電阻信號，在實現(xiàn)平滑調(diào)速的同時，避免沖擊電流。

1.6 常見故障分析

1）轉(zhuǎn)子反饋丟失故障[2]。轉(zhuǎn)子反饋是電機速度閉環(huán)的速度反饋，主要來自電機三相轉(zhuǎn)子的任意兩項。轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成反比，與電機滑差成正比。根據(jù)實際使用情況，該故障的主要原因有正反接觸器故障、轉(zhuǎn)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(diào)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(jù)使用經(jīng)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(gòu)不能正?？刂?，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(shù)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(huán)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(fā)生。根據(jù)實際使用情況，大多數(shù)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(guān)和繼電器可排除改故障。

3 結(jié)語

宣鋼150 t 爐區(qū)320 t 天車使用定子調(diào)壓裝置以來，運行效果良好。該定子調(diào)壓裝置是150 t 爐區(qū)天車設備的靈魂，提供了一種從零轉(zhuǎn)速開始且與負載無關(guān)的速度控制、同時轉(zhuǎn)矩響應迅速平滑減速、制動系統(tǒng)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(zhuǎn)運，提高生產(chǎn)效率均發(fā)揮了極其重要的作用。