定子调压原理

西门子定子调压调速装置在宝钢 起重机控制中的应用 易先淳 胡 萍 （西门子制造工程中心有限公司 !"#$""） 摘 要 介绍了在宝钢新项目中大量使用的西门子公司起重机专用定子调压调速装置 %&’() *+,%的基本原理、设计思路以及模拟式和数字式装置的比较。 关键词 相角控制 速度调节器 制动控制 ! 前言 起重机在宝钢的生产过程中起着十分重要的作 用。宝钢从建厂开始，使用过多种起重机的控制系 统，从传统的转子切换电阻调速到最新的变频调 速，在宝钢各分厂都有应用。三期及最近的改造项 目中，大量使用了西门子公司的定子调压调速装置 %&’(*+,%，#--"冷轧及 !"."冷轧新增酸洗项目分 别使用了模拟式定子调压调速装置和数字式定子调 压调速装置，下面就起重机采用定子调压调速控制 系统作一较为详细的阐述。 " 基本原理 %&’(*+,%定子调压调速装置是紧凑型三相晶 闸管相角控制器，可在闭环和开环的状态下控制单 个或多个滑环式电动机。%&’(*+,%通过两组附加 的晶闸管产生反力矩，由触发板控制晶闸管的通 断，使电动机可在四象限运行，在定子相角控制的 作用下改变电动机的定子电压可达到调速的目的， 但电动机的频率仍然保持额定频率 -"/0。 "#! 定子相角控制 定子相角控制是通过改变线电压的基波振幅来 实现的。给定电压按一定的斜率从零连续增加到最 大，相角及控制时间也连续地增加，使得电动机的 定子电压也连续地增加，从而速度也增加，电动机 的力矩按定子电压的平方的比例增加。图 #所示为 定子相角控制的异步电动机的速度 1转矩特性曲线。 "#" 转子切换电阻控制 通过切换转子电阻来改变电动机的力矩。对于 固定的负载，改变电阻就会得到不同的固定速度 图 # 定子相角控制的异步电动机的 速度 1转矩特性曲线 !"—同步转速 !2—正常工作点速度 ",—无定子相角控制的起动转矩 "’—电动机转矩 ",!—带定子相角控制的起动转矩 "!—电动机瞬时特性 "3!—加速力矩 !!、!.、!4，同样，负载改变，速度也改变。速度 较低时，转子输出功率大部分转化为热量消耗在转 子外部电阻上，避免电动机在低速时过热。图 !所 示为转子电阻不同时电动机的速度)转矩特性曲线。 图 ! 转子电阻不同时电动机的速度 1转矩特性曲线 #—电动机转子特性 !—电动机转子串电阻特性 万方数据 !"# 电子反向制动方式 假定系统拖动恒定负载以正速度加速并稳定运 行在 !点，电动机处于电动状态。如果此时有减 速或反向的指令，"#$%&’!"将封锁正向晶闸管组 同时触发反向晶闸管组，改变输出电压的相序， 切换到反力矩运行方式，运行于(点。电动机处 于发电制动状态，开始减速。此时，电动机的滑差 值 ) * +，并且 "#$%&’!"输出全电压。电动机的电 流大于起动电流，因此，"#$%&’!"马上自动降低 输出电压，从而限制了最大电流。图 ,所示为电子 反向制动时的速度 -力矩特性曲线。 图 , 电子反向制动时的速 度 -力矩特性曲线 # 实际应用 在实际设计的过程中，采取了定子相角控制及 电动机转子切换电阻控制相结合的方案。在 - ./0 1 2 ./0的额定速度范围内实现与负载无关的连续 速度控制，此范围以外通过切换转子电阻加速。从 静止到全速运行的加速过程中，首先是闭环控制过 程。当实际速度上升到开环控制过程的设定点时， "#$%&’!"装置开始发出切换第一级转子电阻的指 令，随着实际速度的不断增加，逐步切换第二、第 三、第四级转子电阻。在切换转子电阻时，预先设 定的电流限幅值使得电流峰值衰减，从而降低了力 矩的瞬时强度，确保电动机不会受到大的冲击。 （3）速度给定 通过控制板的模拟输入端子实 现模拟电位器的无级给定，对于数字式装置还可通 过数字输入端子实现各级的给定速度可调整的分级 给定。 （+）速度反馈 采用模拟式测速发电机或数字 式编码器，直接连接到控制板相应的端子。 （,）电动机温度保护 可采用 4&5或 6&7等 多种常用的电动机温度保护元件。 （8）制动器控制 通过装置内部的逻辑控制， 检测实际速度，在电动机基本处于预设的最小速度 时关闭制动器，减少冲击。但在紧急停车时，不检 测速度实际值，立即关闭制动器。 （9）速度调节器 通过调节 6# 调节器的值， 调整速度的响应时间及调节时间。 （.）起动脉冲 对于起升机构，可设定起动脉 冲的大小，在有负载时打开制动器的瞬间使电动机 产生向上的力矩，负载不会往下掉。 （:）转子切换电阻 装置通过内部逻辑控制， 在电动机产生最大可能力矩的速度时切换转子电 阻，以产生最大的加速力矩。 （;）限位保护 输入的限位信号通过装置内部 的逻辑控制使电动机减速或停止。 $ 维护 "#$%&’!"装置基本上可免维护。但是，控制 板及散热片上的灰尘需要用干燥的压缩空气来清 洁，以避免发生短路而损坏装置。装置上的风扇设 计寿命是 ,////<，运行一定时间后需更换，以便充 分保护晶闸管。数字式装置控制板的软件版本可以 用计算机进行升级，升级软件可以从西门子的网站 上下载。 % 数字式和模拟式的区别 数字式和模拟式装置的主要区别在于以下三点： （3）调试方式 模拟式装置只在控制板上提供 少量的可调电位器供调试时使用；数字式装置通过 操作面板调节参数，可调参数达上千个，而且可与 计算机连接，通过西门子专用调试软件 "#$%=#"对 参数进行修改，数据存储方便。 （+）故障报警信息 模拟式装置通过发光二极 管显示少量的故障报警信息，数字式装置通过操作 面板可显示二百个左右的报警及故障信息代码，查 阅操作手册可找到相应的报警或故障的可能的原因 及一般的解决方法。 （,）通信 模拟式装置无通信功能。数字式装 置可添加通信板，按 >""协议或 6’%?#(>"协议与 西门子 6@7通信，便于整个系统的协调控制和信 息采集。 （下转第 9;页） 万方数据 是由晶闸管在关断与导通时产生的电压跳变而引起 的。这些突变电压通过线路耦合或空间侵入到晶闸 管控制极上，使晶闸管误导通，遇到这种情况应检 查一下整流触发电路所有元件，查看是否损坏或脱 焊及加强对整流触发稳压电源的滤波。!整流触发 脉冲中有一脉冲宽度处于临界值，查一下补充脉冲 和原脉冲是否有丢失的。 ! 逆变电路的调试 !"# 逆变触发脉冲的测试 主电路不送电，闭合 !"#，控制电路送电，将 逆变触发电路中的他激检测开关置检测触发脉冲位 置上，此时用示波器分别测逆变晶闸管控制极触发 脉冲，波形如图 $所示，幅值应在 %&以上，而且 %只晶闸管控制极触发脉冲波形幅度，宽度近于相 等。&’(、&’#)、&’*、&’+ 这两路脉冲互差 #*),， 即两对角晶闸管为一路脉冲，另一对角晶闸管为一 路脉冲，同时逆变触发功放电流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf -./ 有 0)) 1 %))2.的指示，以上说明逆变触发电路工作正常。 如果发现触发脉冲幅值有的低于正常值很多，则应 图 $ 停电先测一下逆变晶闸管阴极与控制极电阻，如电 阻低于 $"以下，其余管在大于 #)"以上 时，说明晶闸管触发功率过大，导致脉冲负载过 重。有可能触不通该管，故换掉该管。 !"$ 逆变器的起动 闭合 !3#和 !"#主电路和控制电路送电，调节 调功给定电位器 4-# 使直流输出电压为 #)) 1 #$)& 之间某一值不动，按下充电按钮 56# 给电容 !0 充 电，$ 1 #)7后，按下放电按钮 560，电容 !0 对感 应器 " 开始放电。此时装置产生中频嘘叫声，中 频电压表 -&% 有相应指示，频率为 #89:时中频电 压与直流电压之比为 #;/ 1 #;$，则逆变起动成功， 调节调功给定电位器 4-# 使中频电压升到 (*)&然 后调节过压保护整定值电位器 4-$，使过压保护动 作，过压保护指示灯亮，过压保护整定值调节完 毕。如果中频电压表无读数，中频电源无嘘叫声或 声音异常，直流电流表读数很大，则表明起动失 败，其失败的原因可能为：#有一桥臂的晶闸管损 坏直通。!有一桥臂的晶闸管没有被触发。$有一 桥臂的晶闸管反压角太小，使晶闸管无法关断。 % 结束语 通过调试获得正确的整流触发脉冲间隔与移相 范围，使整流输出电压在规定范围内能连续平滑调 节。运用小电流实验将进一步检查脉冲间隔与移相 范围，运用大电流实验主要是调整电流保护整流定 值，检查整流输出电压有无跳动。逆变脉冲 #*),的 间隔能确保逆变晶闸管安全换流。总之调试是保证 晶闸管中频电源可靠运行的重要手段。 收稿日期： !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 0))0 )* #+ （上接第 $0页） & 结束语 5<=>’4.5紧凑型定子调压调速装置可实现对 $*)8?以下的三相滑环式电动机的高性能控制，而 且具有以下优点： （#）对于改造旧的起重机系统是非常有效的传 动解决方案；用于新系统的解决方案时，其性价比 也比较有优势；升级改造十分方便，从而能对现有 系统进行显著改善，改造费用低。 （0）控制功能实现了集成化，对接触器控制和 外部连锁条件 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 低；设计规划和配置作业少。 （/）装置采用直接连接的结构，降低了装配和 调试的时间及次数，从而节约了投资。 （%）运行平滑，有利于降低系统的磨损；通过 采用电气性能优越的滑环式电动机，从而达到很高 的动态控制性能。 通过宝钢冷轧部生产厂的使用情况来看，调试 后的起重机运行稳定、操作方便、电气故障率低、 维护工作量小而且容易，能够适应宝钢紧张的生产 调度。 收稿日期：0))0 )+ 0) 万方数据