绕线式电动机起动控制 [龙门吊绕线式电动机控制研究]

来源:医药卫生 发布时间:2019-03-12 05:40:10 点击:

  我们所知道的龙门吊是一种露天室外使用的大型起重机,它作为物料搬运系统中一种典型起重设备,在企业生产活动中应用广泛作用十分显著。就目前来说,龙门吊的拖动系统大多是采用绕线式交流异步电机来完成的,即在绕线式异步电动机的转子回路内串入多段外接电阻调速,通过导线、凸轮控制器、继电器、接触器控制等一系列中间环节,来控制龙门吊的大车、小车、主钩、副钩的运行方向及其运行速度。
  绕线式异步电动机的三相转子绕组回路可外接变阻器、频敏变阻器或反电势,龙门吊上的各驱动电机一般都是外接变阻器,变阻器通过接入绕线式电动机的转子绕组电路中。这样,在电机刚刚启动时,由于电机的转子串入电阻,电机的转子中的感应电流很大,电动机起动电流就很小,转子电流与感应电动势的相角也少,电流的有功分量增加,因此在一定范围内能使起动转矩增加。等电动机待转速逐渐增高后,再通过凸轮控制器逐级逐一短接,一直到启动完毕,甩除电阻。也就是说,连接在绕线式电动机的转子上所有的电阻最后完全被短接掉。这样的启动大大降低转子绕组的感应电流,从而降低定子绕组的电流,大大减少绕线式电动机启动电流对电网的冲击。但也例外,有些工作场所的绕线式电动机采用串接电阻的控制方法,其目的为达到一机多速。
  绕线式电动机串电阻运行,在降低电机启动电流的同时,同时增加了电机的起动转矩,并使电机起动比接近1(转子串电阻和反电势时,起动比接近1),它的原理就是改变转子绕组的电阻,以改变异步电动机的转差率,从而改变电动机的转矩的。它的定子直接接在三相交流电源上,而转子绕组一般串联上一定阻值的可变电阻上。当电动机启动时,可变电阻的阻值为最大值,在启动完成后,通过调节该阻值,最终使得该阻值为零。因此,三相绕线式转子交流异步电动机在大容量、启动转矩要求较高和转速控制要求高的场合的机械设备中得到广泛应用。龙门吊、卷扬机等重型设备上。但绕线式异步电动机相比鼠笼异步电动机,也有它的缺点,由于串接电阻,势必有一部分能量消耗在启动电阻上,同时功率因数也较低,此外绕线式电动机相比鼠笼电动机,其结构复杂,维修困难,成本较高。
  绕线式电机是龙门吊主要拖动设备,露天作业的龙门吊日常的维护与维修,最常见的、也令维修人员最头痛的问题是凸轮控制器的触头触点经常损坏,其原因是由于电机的频繁启动造成凸轮控制器动触头连续通断电,从而产生火花损坏凸轮控制器上的触点。龙门吊大车行走、主钩与副钩提升与下降、小车的前后行使等等的控制转换,都是通过凸轮控制器的转向切换电源来换相与切换串联阻值来实现的。以某一例原料场15t的龙门吊作为例子说明一下。这座龙门吊的提升与下降的主钩电机是(JCRM2-250-8)型号的30千瓦的绕线式异步电动机,驾驶室内的主钩凸轮控制器器的触头触点的额定载荷是63安培,当电机起动时,电机定子电流大约值170安培左右,由于龙门吊主钩的提升、下降一个周期运行在20秒以内,控制主钩的绕线式电动机是三级串电阻降压起动,龙门吊主钩每完成一次起动大约需要21秒。这一系列的动作都是通过驾驶室里的凸轮控制器的切换来控制主钩电机的电源换相、转子阻值,从而控制龙门吊的主钩的提升、下降,或者速度来实现的。也就是说电机在完成一次作业是运行在起动过程,凸轮控制器的触头触点动作时的电流高达100多安培,因此凸轮控制器的触头接点在动作时,瞬间会产生一些电火花,时间一久,凸轮控制器的触头触点就会产生麻点或者毛刺。产生的这些麻点或者毛刺更回使凸轮控制的触头触点的接触面减少,从而更容易产生更大的电火花,如此长时间的恶性循环下去,凸轮控制器的触头触点电触头的使用寿命大大缩短,甚至不到一个星期就要更换一次凸轮控制的触头触点。与此同时,由于绕线式异步电机起动频繁,其发热情况也比较严重,从而造成绕线式异步电机里的转子和定子铜线绕组的绝缘老化加快,减少电机使用寿命,电机的返修率特别高。
  因此为改善凸轮控制器的触头触点与绕线式异步电动机的使用寿命,减少维修人员的维修工作量,节约成本,提高龙门吊的运行效率。我们应该从以下几个个方面加以改造:一是将凸轮控制器重新组装,在与控制主钩提升与下降的动触头的相邻位置并一对相同的触头,以增大其通断能力。这项措施的改造实施,会大大增长触头的使用寿命(由原来的一周更换两次延长到二个月更换一次)。二是在绕线式异步电动机的定子绕组前安装一组电抗器,所安装的这一组电抗器选用铁磁式纯电感,使电抗器的起动电流滞后电压接近90度。电动机在起动的一瞬间,这一组电抗器同时会产生自感电动势来阻止电流增大。这样做有两大作用:首先是电动机起动时,凸轮控制器的触头触点接通的瞬间电压较低,相应的起动电流也较小,从而保护了触头触点的烧蚀;其次是可以削弱绕线式电动机起动时的电流的峰值(一般保持在额定电流的2.5倍,从而使电机的起动特性变缓),即使绕线式电动机在起动过程中动作也不至于带很大的电流。采用这项技术改造要解决的核心问题就是如何消除电抗器线圈产生的高次谐波对电动机转矩的不良影响,由此对电抗器的制作要作如下处理:第一,采用厚钢板做铁芯,利用厚钢板产生的短路环流,即涡流来削减回馈电流。第二,电磁线圈采用单根扁电线从头绕到尾叠绕形成单只线圈,再由尾绕到头叠绕,再形成另一只线圈,以此往复,形成由多个单只线圈密排,头尾串联的分电抗器线圈,然后直线式组装在一字形铁芯中,形成聚磁能量大,补偿性能好的特点。这项措施的实施,使龙门吊的主钩电机在起动瞬间的电流由原来的170多安培下降到138安培左右。从而使电触头的使用寿命又延长了近一个月。
  龙门吊的绕线式电动机转子串电阻是传统的调速系统,虽然转子串接电阻实现了调速功能(也是有级的),但因为不能改变同步转速,致使传动系统机械特性很软,从而使速度的稳定性和调速精度很差。随着电子技术的飞快发展,变频调速器开始逐步在龙门吊中使用,变频器的性能、可靠性都有了很大的提高,为龙门吊的传动系统中的应用提供了有利的条件。龙门吊使用变频器能现了无级调速,控制方式更加简单方便,对电机设备的使用寿命延长,控制启动运行平滑,安全可靠,同时变频调速在零速启动时可按照加速时间与加速曲线进行平滑地进行加速,减轻了机械部分的震动,延长了机械部件和电机的寿命。

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