定子调压调速系统原理及应用

1、定子调压调速系统原理及应用1.1工作原理定子调压调速控制器是把两种传统的调速方式有机地结合起来用于控制三相交流绕线电机:1? 3档时通过控制定子回路晶闸管导通角来改变电动机定子电压；4档时通过改变电动机转子电阻，改变电动机的机械特性。两种调速方式的结合产生了非常好的控制效果，两种方式的优点得到了充分的发挥。控制原理定子调压调速控制器闭环控制的原理见图1-1，图中Ag为主令给定，F/V为频率电压变换，N为电流电压变换，MCU为单片机，AT为触发器。I/VF/V*去*去图1-1来自Ag、1/V、F/V的信号经过 MCU处理通过AT形成触发脉冲控制晶闸管的导通角，转速的控制。到达控制电机定子电压，从

2、而控制电机转矩的目的，也即实现对电机控制器的晶闸管单元有五组反并联的晶闸管模块U、V、W、A、B。U、V、 W导通时，电机输出正向转矩； A、B、W导通时，电机输出反向转矩。司机通 过主令控制器给定电机转速， 由速度反应实现闭环控制。式。1.1.2 上升运行重载主令置上升某档速度时， 上升接触器先接通， 电机得电建立力矩， 随后制动 器翻开，电 机启动，系统进入闭环控制状态。 此后只要主令置于上升调速档， 通过主令的速度给定和 速度反应， 系统都能很快使电机到达设定的速度。 主 令置全速档时，系统进入开环状态， 晶闸管全导通，电机平稳加速，当速度 大于 50% 和 75% 时，分别切除两级转子

3、电阻，使 速度到达全速。当主令回到 调速档时， 两级转子电阻同时接入， 系统重新进入闭环控制。 由于负载本身 很重，此时电机转矩小于负载转矩，电机迅速减至设定速度，并稳定运行。 当 主令回到零位时， 无论电机处于何种速度， 制动器都立即制动。 制动器从 开始动作到真 正闭合需要一定的时间液压抱闸一般在 500ms 左右，因此 控制器延时一段时间再令电 机断电。轻载由于负载轻， 因此减速和制动的运行状况和重载不同。 当主令从全速档回到 调速档时，由 于负载本身很轻 尤其是空钩时 ，电机转矩只是略小于负载 转矩，因此减速时间很长， 减 到调速档一般需要数秒时间。 当主令回到零位 时，和重载一样，制

4、动器立即闭合。1.1.3 下降运行重载当主令置下降调速档时， 也是上升接触器先接通。 此时电机输出的是反向转 矩，小于负载 转矩，因此电机处于倒拉反转状态。和上升相同，系统也是处 于闭环控制状态， 只要主令 置于下降调速档， 通过主令的速度给定和速度反 馈，系统都能很快使电机到达设定的速度。 当主令置全速档时， 上升接触器 断开，下降接触器接通，系统进入开环状态，电机迅速加 速，当速度大于 50%和 75% 时，分别切除两级转子电阻。电机的最终速度将略大于同步速 度， 处于再生发电状态。 当主令回到调速档时， 两级转子电阻同时接入， 下降接 触器断 开，上升接触器接通，系统重新进入闭环控制。当

5、主令回到零位时， 和回到调速档一样， 电 机以反向转矩进行制动。 当电机速度接近零时， 制动 器制动，待制动器完全闭合后， 电机才断电。 反向转矩制动减少了对制动器 的磨损轻载由于负载轻， 因此加速的运行状况和重载不同。 当主令置下降调速档时， 控 制器首先使 上升接触器接通， 再根据负载运行状态进行自动调整。 当负载较 重时，电机可很快到达给 定速度。 当负载较轻时， 电机到达给定转速时间较 长，此时控制器会使下降接触器接通， 促使电机加速， 当转速超过给定转速 后，控制器再令上升接触器接通， 这就是轻载判别过 程。 当负载转矩与机械 传动阻力矩接近时，会出现屡次判别，这是正常现象。1.1.

6、4 平移运行当主令在某一调速档时， 控制器在闭环控制下按该档速度运行， 当受到某种 阻力，如风力 或桥架倾斜， 控制器在闭环控制下仍然维持该档速度， 假设阻力消失， 平移机构将被加速，当超 过给定速度 10% 时，控制器使接触器换向，电机输出反 向转矩，开始减速。 由于此时反向转矩 不超过满载启动转矩， 所以电机逐渐减速 到达所要求的略高于速度，假设此时平移机构受到前 推力，那么反向转矩用以保 持速度， 假设没有前推力， 控制器再次令接触器换向， 平移机构正常运行。在任何状态下， 主令回零， 控制器先令接触器换向， 电机输出反向转矩进行 电制动，速 度接近零时，制动器制动。控制器运行在某档速度

7、， 而主令置反方向档位， 控制器先令接触器换向， 电 机以反向转矩进行制动，速度过零后，再加速至该档速度。2.1起重机交流电气传动系统比拟起重机交流电气传动系统有转子串电阻、动力制动也称能耗制动、串级调速、转子脉冲调速、液压推动器调速、涡流制动器调速、定子调压调速、变频调速等。现在在起重机交流电气传动系统中，广泛应用且成熟的主要有三种：转子串电阻、定子调压调速和变频调速。下面对这三种传动系统各项性能做一下比较，具体参见下表传动类型传统转子串电阻系统定子调压调速系统变频调速系统控制对象绕线电机绕线电机变频电机调速比< 1:3数字1:20模拟1:10一般可达1:20闭环系统时可更咼调速精度/

8、较咼高档位速度调整不可以数字：可以模拟：不易实现可以机械特性软硬开环：较硬闭环：硬调速能耗大较大能量回馈式：无能量消耗式：小参数管理与故障显示无数字：有模拟：无有通讯接口无数字：有模拟：无有外部设备多，线路复杂少，线路简单少，线路简单环境适应性对环境要求低对环境要求较低对环境要求高2.2转子电阻器的参数计算升降机构转子电阻器的参数计算1.步骤1根据起重机的载荷重量 M,效率n,起升速度v m/min ,计算机构所需的实际功率Pm :Pm aM 9.81 -602. 步骤2根据电机的额定功率 Pn、实际功率Pm、和转子额定电流I2N计算转子实际电流I2M :I2M = PmX| 2NPn3. 步

9、骤3根据转子开路电压 E2和转子实际电流I2M计算转子电阻 Re:.E2Re= g4. 步骤4根据表3-6确定转子电阻器各段电阻值。机构类别电机功率状况甩的百分数%R1R2R3R4升降电机功率裕度较大时91116大电机及功率裕度较小时9111629平移30表3-6例：一台起重机载荷重量M=10t 含吊具，起升速度 v=5m/min，选电机为YZR180L-6 ,机械效率n =0.9，转子电压E2=218V，转子电流|2n=46.5A，电机R1=0.09R e=0.09dX 4.46=0.41Q =10 X9.81 x 0 9 x60 =9 1kw4.46=0159 Q额定功率Pn=15KW=4

10、.46 Q218Re = 3X图3-9本例不设R4,参照图3-9升降机构电机转子电阻器的载流量，R1、R2、R3可按S3-100%, R4按S3-70%; R1 按 1.212m，R2、R3 按 1.1 力口，R4 按 1.0 切计算。平移机构转子电阻器的参数计算平移机构可根据额由于计算实际机械功率下的实际转子电流往往比拟困难，定功率下的额定转子电压和转子电流进行计算，平移机构一般无需进行电阻切换，如图3-10所示R=0.3Re平移机构电机转子电阻器的载流量，可按S3-100%，图 3-10R的通流量按1.2I2N计算3.1常见故障及处理方法上升失速对于升降机构，主令在上升档位时，负载没有上升

11、，反而快速下降，控制器 将立刻封锁输出， 上升档速度低于 60%时可检测该故障。可能的原因及排查方法：电机力矩突然缺乏，可能是这段时间内供电电压太低。转子回路一相或二相开路。定子回路缺相。电机绕组断路。下降制动超时对于升降机构，主令从下降档位回到零档时，电机速度没有在“制动时间内减至零，控制器将立刻封锁输出 可能的原因及排查方法：电机力矩突然缺乏，可能是这段时间内供电电压太低。负载重量大大超过了电机的额定载荷重量。电机转子一相或二相开路。制动时间设置不当3.1.3 下降超速对于升降机构， 主令从下降 4 档进入其他档位时， 负载继续快速下降， 速度 超过了同步 转速的 130% ，控制器将立刻

12、封锁输出。可能的原因及排查方法： 电机力矩突然缺乏，可能是这段时间内供电电压太低。 负载重量 大大超过了电机的额定载荷重量。 电机转子一相或二相开路。注：上述故障中只要是与定子电流相关的故障，均应检查主回路实际电流， 首先排除主回路 电缆及电机原因， 另外电流互感器的连接线及电流互感器本身有 无问题也应仔细检查。3.1.4 溜钩起重行业中升降机构发生溜钩 包括下滑 失控现象是很严重的故障， 须在 平常工作中 做好预防措施。溜钩包括下滑的现象有几种情况，其产生的原因 有相同之处也有些本质的区 别， 分别就几种现象分析其原因及处理方法。 在溜钩 包括下滑 时，应首先判断主令回零位 后能否停住， 再

13、具体分析其原因确定排 除方法。3.1.5 快熔频繁熔断主回路平均电流过大或瞬间电流太大， 晶闸管换向装置设置的快熔保护频繁 熔断。 电机故障：电机绕组对地或相间间短路。电机定子电缆故障 : 电缆线短路。单方向工作时快熔频繁熔断，另一方向那么不会：某只晶闸管已被击穿， 或某触发回路故 障导致对应的晶闸管常导通， 以致另一个方向晶闸管工 作时出现相间短路。3.1.6 调速档速度正常，但电机声音异常， 4 档工作时正常电机在调速档工作时，噪音较大，其余都正常，在 4 档时电机一切正常。 某相晶闸管软击穿时，在调速档位时加在电机定子上的三相电压不平 衡，导致电机定子 三相电流不平衡，使电机声音异常，同时伴有电机发 热现象，但电机速度正常。 检查晶闸管，更换损坏的晶闸管。定子调压调速装置自身特性引起：定子调压调速装置在调速档位时，其 主回路输出