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關鍵詞：
晶閘管脈沖調速
起重機
- 摘要：由于轉子晶閘管脈沖調速具有調速范圍寬（一般可達10~15：1），速度波動小（一般不大于5%）的優(yōu)勢，在起重機電氣系統(tǒng)無論起升機構，平移機構調速應用，已經取得良好使用效果，以下是轉子晶閘管脈沖調速在起重機起升和平移機構中的調速應用分析，供起重機電氣設計同行參考。
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?一、調速基本原理
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轉子晶閘管脈沖調速系統(tǒng)簡化后的主電路如圖-1所示。在交流繞線轉子電動機的轉子回路中，串接電阻和兩個雙向晶閘管。當晶閘管V11和V12導通時，電動機運行在轉子串電阻的特性上，輸出電動力矩。當晶閘管V11和V12關斷時，電動機轉子開路，沒有力矩輸出。人為的控制晶閘管快速導通和關斷，可以使得電動機運行在某一特定的速度區(qū)域間。
有主令控制器給出某檔速度的指令。
阻性負載（平移、回轉運動和起升、變幅的上升運動）：當電動機速度小于給定速度時，晶閘管導通，機構在電動力矩作用下加速。待速度超過給定速度很小值時，晶閘管關斷，電動機沒有力矩輸出，機構在負載力矩（阻力矩）作用下減速。待速度低于給定值很小值時，晶閘管又導通，電動機又輸出電動力矩使機構加速。如此反復，使晶閘管快速地導通和關斷，就能保持機構的運行速度在給定速度的附近變化。采用電子技術，進行速度閉環(huán)控制，可以做到頻繁快速轉換，使機構的速度脈動很小，人眼感覺不到速度的變化。
位能負載（起升、變幅的下降運動）：下降時，電動機接通上升電源，電動機運行在倒拉反轉特性上。當電動機速度小于給定速度時，晶閘管關斷，機構在負載作用下加速。檔速度大于給定速度時，晶閘管導通，機構在電動機制動力矩作用下減速。當速度再小于給定速度時，晶閘管又關斷，重復上述工作狀態(tài)，實現(xiàn)下降慢速度運行。
通常采用測速發(fā)電機、轉子電壓等反饋形式作為閉環(huán)控制。前者常用于起升機構，后者常用于平移機構。
圖-1：轉子晶閘管脈沖調速系統(tǒng)簡化主電路圖
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二、脈沖調速控制介紹
1、 起升機構轉子脈沖調速控制
起升機構轉子脈沖調速控制原理框圖如圖-2所示。
圖-2：起升機構轉子脈沖調速控制原理框圖
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? 起升機構轉子脈沖調速控制有電源、給定、積分、速度反饋、速度和給定比較、觸發(fā)及空鉤邏輯判斷等環(huán)節(jié)組成。
給定環(huán)節(jié)確定各檔的速度，其中R505 R506 R507分別確定上升1、2、3檔的速度。R501 R502 R503分別確定下降1、2、3檔的速度。R504確定回零反接制動力矩的大小。
積分環(huán)節(jié)對給定信號進行積分處理，使調速換擋時比較平穩(wěn)。R509、R510分別確定增速和減速的積分時間常數(shù)。
速度反饋環(huán)節(jié)是把來自測速發(fā)電機的電壓信號、經過整形、變換后送入速度比較環(huán)節(jié)，其中R515確定速度反饋量的大小。
在速度和給定比較環(huán)節(jié)中，經過積分的給定信號與速度反饋信號比較后發(fā)出相應的信號去控制觸發(fā)器。
觸發(fā)器產生觸發(fā)信號去觸發(fā)雙向晶閘管，從而達到控制電動機轉速的目的。
還有一個比較特殊的環(huán)節(jié)，即空鉤邏輯判斷環(huán)節(jié)，在調速下降時，當負載重量不能是電動機加速到規(guī)定的轉速時，空鉤邏輯判斷環(huán)節(jié)將延時動作，使得繼電器J9吸和，從而使K11斷電，K21吸和。同時發(fā)出間斷的觸發(fā)信號使雙向晶閘管斷續(xù)導通，這樣就控制電動機在空鉤狀態(tài)下強迫下放。當速度達到規(guī)定值時，再重新回到倒拉反接制動調速狀態(tài)。其中R511、R512、R513分別調整控購邏輯判斷環(huán)節(jié)的動作值和延時時間。R514確定強迫下放時電動機力矩的大小
2、 平移機構轉子脈沖調速控制
平移機構轉子脈沖調速控制原理框圖如圖-3所示。
圖-3：平移機構轉子脈沖調速控制原理框圖
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? 平移機構轉子脈沖調速控制原理適用于控制平移機構的脈沖調速。有控制1臺、2臺和4臺電動機之分。它們的控制原理基本相同，只是使用的元件數(shù)量有所不同。下面以控制2臺電動機的控制原理介紹。
平移機構轉子脈沖調速控制有電源、給定、積分、速度反饋、速度與給定比較、觸發(fā)以及零速度檢測環(huán)節(jié)組成。
給定環(huán)節(jié)確定各檔的速度，其中R501 R502 R503 R504分別確定1、2、3、4檔的速度，R505確定回零制動力矩的大小。
積分環(huán)節(jié)對給定信號進行積分處理，使調速換擋速度比較平穩(wěn)。R506、R507分別確定增速和減速的積分時間常數(shù)。
速度反饋環(huán)節(jié)是把來自電動機轉子的電壓信號，經過變壓器降壓隔離后在經過整形、變換后送入速度比較環(huán)節(jié)。其中R508確定速度反饋量的大小。
在速度比較環(huán)節(jié)中，經過積分的給定信號與速度反饋信號經過比較后發(fā)出相應的信號去控制觸發(fā)器，觸發(fā)器產生觸發(fā)信號去觸發(fā)雙向晶閘管，從而達到控制電動機轉速的目的。
零速檢測環(huán)節(jié)。當主令控制器回零時，如果電動機運行速度大于0.05額定轉速，則繼電器J9吸和，系統(tǒng)開始反接制動。如果電動機運行速度小于0.05額定轉速，則繼電器J9斷電釋放，結束反接制動，主接觸器斷電，制動器抱閘，使機構平穩(wěn)停止。
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?三、起升機構轉子脈沖調速控制原理圖
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起升機構轉子脈沖調速控制原理圖如圖-4、5所示。
電路特點：
1、主令控制器檔位：4-0-4，可逆不對稱電路
2、轉自電阻為4級可切除電阻和1級常串電阻，一共5段電阻。
3、上升和下降的1、2、3檔為調速當，第四檔為高速擋。
4、 K11、K21是電動機定子接觸器，上升時，1、2、3、4檔K11始終吸和，下降時1、2、3檔仍然是K11吸和，只有在下降4檔，K21才吸和。另外下降的1、2、3檔，當控購邏輯判斷環(huán)節(jié)判斷出空鉤不能下降時，K21也間斷吸和。
5、 K44接觸器上升吸和時，短接掉一段轉子外接電阻。K43、K42、K41接觸器在上升第四檔時，按照時間原則逐級短接，在上升3、4檔間有兩條過度特性。下降1、2、3當時轉子串接全部電阻，在下降第四檔時，K44、K43、K42、K41按照時間原則逐級切除，在下降3、4檔間有三條過度特性。
6、K45接觸器在晶閘管電路有故障時，打開開關F32后就可吸和，此時，電路進入有電阻器啟動的不調速運行狀態(tài)。
7、RV1、RV2是壓敏電阻，起著保護雙向晶閘管VT1、VT2的作用。F51是欠壓繼電器，作為主電路的失壓保護。F21、F22是過流繼電器，對電動機進行過流保護，其整定值為電動機定子電流的2.25倍。
8、S91為旋轉式多回路限位開關，第一個觸頭11-12用作上升第二級保護；第二個觸頭21-22用作上升第一級保護；第三個觸頭31-32用作下降限位保護；第四個觸頭41-42用作上升預限位，第五個觸頭51-52用作下降預限位。當負載達到預限位位置時，系統(tǒng)以上升（或下降）第一檔的慢速度繼續(xù)上升（或下降）。
9、 主電路用斷路器做隔離開關，并具有短路保護功能。制動器、調速控制器以及整個控制電路均用斷路器做短路保護。還具有失壓和控制零位連鎖保護。
圖-4：起升機構轉子脈沖調速控制原理圖
圖-5：起升機構轉子脈沖調速控制原理圖
圖-6：起升機構轉子脈沖調速控制PLC原理流程圖
平移機構轉子脈沖調速控制原理圖如圖-7、8所示。
電路特點：
1、 主令控制器的檔位：4-0-4，對稱可逆電路；
2、 轉子電阻為3級可切除電阻和1級常串電阻，共4段電阻；
3、 1、2、3檔為調速檔，第四檔為高速擋；
4、 K11、K21是電動機定子接觸器。正向時，K11吸和，反向時，K21吸和。K71是制動器接觸器；
5、 1檔調速運行時。電動機轉子回路任何接觸器均不吸和。2、3檔調速運行時，只有K431、K432吸和，切除1段電阻。在第4檔高速運行時，首先K421和K422吸和，經過延時后K411和K412吸和，此時，切除串級電阻外均被切除。
6、 當調速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或晶閘管元件損壞時，打開F32，K441、K442就可吸和，雙向晶閘管VT11、VT12、VT21、VT22被短接，此時，電路進入由電阻器啟動的不調速運行狀態(tài)。
圖-7：平移機構轉子脈沖調速控制原理圖
圖-8：平移機構轉子脈沖調速控制PLC原理流程圖
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四、總結
1、 轉子脈沖調速控制調速范圍寬，最高可到15：1；
2、 轉子脈沖調速控制調速速度波動率小，一般小于5%，可以使機構調速平穩(wěn)運行，對機械結構損壞小；
3、 轉子脈沖調速控制調速電路并不復雜，對技術人員維護要求不很高；
4、 缺點是電路存在一些易損件，如晶閘管、過流繼電器、欠壓繼電器，需要定期維護，確保使用性能可靠安全。
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