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转子晶闸管脉冲调速在起重机电气系统中的应用

供稿:中国工控网 2016/4/1 9:43:36

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  • 关键词: 晶闸管脉冲调速 起重机
  • 摘要:由于转子晶闸管脉冲调速具有调速范围宽(一般可达10~15:1),速度波动小(一般不大于5%)的优势,在起重机电气系统无论起升机构,平移机构调速应用,已经取得良好使用效果,以下是转子晶闸管脉冲调速在起重机起升和平移机构中的调速应用分析,供起重机电气设计同行参考。

一、调速基本原理

转子晶闸管脉冲调速系统简化后的主电路如图-1所示。在交流绕线转子电动机的转子回路中,串接电阻和两个双向晶闸管。当晶闸管V11V12导通时,电动机运行在转子串电阻的特性上,输出电动力矩。当晶闸管V11V12关断时,电动机转子开路,没有力矩输出。人为的控制晶闸管快速导通和关断,可以使得电动机运行在某一特定的速度区域间。

有主令控制器给出某档速度的指令。

阻性负载(平移、回转运动和起升、变幅的上升运动):当电动机速度小于给定速度时,晶闸管导通,机构在电动力矩作用下加速。待速度超过给定速度很小值时,晶闸管关断,电动机没有力矩输出,机构在负载力矩(阻力矩)作用下减速。待速度低于给定值很小值时,晶闸管又导通,电动机又输出电动力矩使机构加速。如此反复,使晶闸管快速地导通和关断,就能保持机构的运行速度在给定速度的附近变化。采用电子技术,进行速度闭环控制,可以做到频繁快速转换,使机构的速度脉动很小,人眼感觉不到速度的变化。

位能负载(起升、变幅的下降运动):下降时,电动机接通上升电源,电动机运行在倒拉反转特性上。当电动机速度小于给定速度时,晶闸管关断,机构在负载作用下加速。档速度大于给定速度时,晶闸管导通,机构在电动机制动力矩作用下减速。当速度再小于给定速度时,晶闸管又关断,重复上述工作状态,实现下降慢速度运行。

通常采用测速发电机、转子电压等反馈形式作为闭环控制。前者常用于起升机构,后者常用于平移机构。

-1:转子晶闸管脉冲调速系统简化主电路图

二、脉冲调速控制介绍

1、 起升机构转子脉冲调速控制

起升机构转子脉冲调速控制原理框图如图-2所示。

-2:起升机构转子脉冲调速控制原理框图

  起升机构转子脉冲调速控制有电源、给定、积分、速度反馈、速度和给定比较、触发及空钩逻辑判断等环节组成。

  给定环节确定各档的速度,其中R505 R506 R507分别确定上升123档的速度。R501 R502 R503分别确定下降123档的速度。R504确定回零反接制动力矩的大小。

  积分环节对给定信号进行积分处理,使调速换挡时比较平稳。R509R510分别确定增速和减速的积分时间常数。

  速度反馈环节是把来自测速发电机的电压信号、经过整形、变换后送入速度比较环节,其中R515确定速度反馈量的大小。

  在速度和给定比较环节中,经过积分的给定信号与速度反馈信号比较后发出相应的信号去控制触发器。

  触发器产生触发信号去触发双向晶闸管,从而达到控制电动机转速的目的。

  还有一个比较特殊的环节,即空钩逻辑判断环节,在调速下降时,当负载重量不能是电动机加速到规定的转速时,空钩逻辑判断环节将延时动作,使得继电器J9吸和,从而使K11断电,K21吸和。同时发出间断的触发信号使双向晶闸管断续导通,这样就控制电动机在空钩状态下强迫下放。当速度达到规定值时,再重新回到倒拉反接制动调速状态。其中R511R512R513分别调整控购逻辑判断环节的动作值和延时时间。R514确定强迫下放时电动机力矩的大小

2、 平移机构转子脉冲调速控制

平移机构转子脉冲调速控制原理框图如图-3所示。

 

-3:平移机构转子脉冲调速控制原理框图

  平移机构转子脉冲调速控制原理适用于控制平移机构的脉冲调速。有控制1台、2台和4台电动机之分。它们的控制原理基本相同,只是使用的元件数量有所不同。下面以控制2台电动机的控制原理介绍。

平移机构转子脉冲调速控制有电源、给定、积分、速度反馈、速度与给定比较、触发以及零速度检测环节组成。

给定环节确定各档的速度,其中R501 R502 R503 R504分别确定1234档的速度,R505确定回零制动力矩的大小。

积分环节对给定信号进行积分处理,使调速换挡速度比较平稳。R506R507分别确定增速和减速的积分时间常数。

速度反馈环节是把来自电动机转子的电压信号,经过变压器降压隔离后在经过整形、变换后送入速度比较环节。其中R508确定速度反馈量的大小。

在速度比较环节中,经过积分的给定信号与速度反馈信号经过比较后发出相应的信号去控制触发器,触发器产生触发信号去触发双向晶闸管,从而达到控制电动机转速的目的。

零速检测环节。当主令控制器回零时,如果电动机运行速度大于0.05额定转速,则继电器J9吸和,系统开始反接制动。如果电动机运行速度小于0.05额定转速,则继电器J9断电释放,结束反接制动,主接触器断电,制动器抱闸,使机构平稳停止。

三、起升机构转子脉冲调速控制原理图

起升机构转子脉冲调速控制原理图如图-45所示。

电路特点:

1、主令控制器档位:4-0-4,可逆不对称电路

2、转自电阻为4级可切除电阻和1级常串电阻,一共5段电阻。

3、上升和下降的123档为调速当,第四档为高速挡。

4、 K11K21是电动机定子接触器,上升时,1234K11始终吸和,下降时123档仍然是K11吸和,只有在下降4档,K21才吸和。另外下降的123档,当控购逻辑判断环节判断出空钩不能下降时,K21也间断吸和。

5、 K44接触器上升吸和时,短接掉一段转子外接电阻。K43K42K41接触器在上升第四档时,按照时间原则逐级短接,在上升34档间有两条过度特性。下降123当时转子串接全部电阻,在下降第四档时,K44K43K42K41按照时间原则逐级切除,在下降34档间有三条过度特性。

6、K45接触器在晶闸管电路有故障时,打开开关F32后就可吸和,此时,电路进入有电阻器启动的不调速运行状态。

7、RV1RV2是压敏电阻,起着保护双向晶闸管VT1VT2的作用。F51是欠压继电器,作为主电路的失压保护。F21F22是过流继电器,对电动机进行过流保护,其整定值为电动机定子电流的2.25倍。

8、S91为旋转式多回路限位开关,第一个触头11-12用作上升第二级保护;第二个触头21-22用作上升第一级保护;第三个触头31-32用作下降限位保护;第四个触头41-42用作上升预限位,第五个触头51-52用作下降预限位。当负载达到预限位位置时,系统以上升(或下降)第一档的慢速度继续上升(或下降)。

9、 主电路用断路器做隔离开关,并具有短路保护功能。制动器、调速控制器以及整个控制电路均用断路器做短路保护。还具有失压和控制零位连锁保护。

 

-4:起升机构转子脉冲调速控制原理图

-5:起升机构转子脉冲调速控制原理图

-6:起升机构转子脉冲调速控制PLC原理流程图

   

平移机构转子脉冲调速控制原理图如图-78所示。

电路特点:

1、 主令控制器的档位:4-0-4,对称可逆电路;

2、 转子电阻为3级可切除电阻和1级常串电阻,共4段电阻;

3、 123档为调速档,第四档为高速挡;

4、 K11K21是电动机定子接触器。正向时,K11吸和,反向时,K21吸和。K71是制动器接触器;

5、 1档调速运行时。电动机转子回路任何接触器均不吸和。23档调速运行时,只有K431K432吸和,切除1段电阻。在第4档高速运行时,首先K421K422吸和,经过延时后K411K412吸和,此时,切除串级电阻外均被切除。

6、 当调速系统出现故障或晶闸管元件损坏时,打开F32K441K442就可吸和,双向晶闸管VT11VT12VT21VT22被短接,此时,电路进入由电阻器启动的不调速运行状态。

-7:平移机构转子脉冲调速控制原理图

   

-8:平移机构转子脉冲调速控制PLC原理流程图

四、总结

1、 转子脉冲调速控制调速范围宽,最高可到151

2、 转子脉冲调速控制调速速度波动率小,一般小于5%,可以使机构调速平稳运行,对机械结构损坏小;

3、 转子脉冲调速控制调速电路并不复杂,对技术人员维护要求不很高;

4、 缺点是电路存在一些易损件,如晶闸管、过流继电器、欠压继电器,需要定期维护,确保使用性能可靠安全。

 

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审核编辑(王静)
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