适应高要求应用的起重机运行控制
1、定子调压调速系统原理
调压调速系统是通过改变三相异步绕线电动机的三相定子电压,进而对电动机进行调速的现代交流电动机调速系统。 利用晶闸管的可控性,在三相异步绕线式电动机的每相定子绕组上串接了一组(正反向并联)的晶闸管,通过控制电路输出的触发电压,决定晶闸管的导通角,进而由触发电路触发晶闸管,改变电动机定子电压。当电动机定子电压降低时,电动机的驱动力矩就降低,电动机的运行速度就降低。因此通过改变定子电压,可以改变电机的运行速度。但调压调速系统必须是速度闭环系统,方能满足调速的要求。因为只有具有速度检测环节,才能实时检测电机运行速度并反馈给控制装置,控制装置按照检测到的速度实时改变晶闸管导通角改变定子电压,来调整负荷波动所产生的速度波动,使电动机始终运行于给定信号所要求的速度值上。闭环的调压调速系统具有调速范围大、速度波动率低等特点。由于定子调压调速系统不会降低三相异步电动机的过载能力,所以被广泛应用于冶金起重机起升机构。
2、ASTAT定子调压装置简介
ASTAT® 是用于工业起重机重型电动机的高度完善的,历经考验的速度控制系统,能适应最恶劣的运行环境。今天,ASTAT 将可靠的,高性能价格比的起重机控制带入了计算机时代。
1.效率更高更可靠。ASTAT10可以在70%额定线电压的情况下可靠运行,适合供电电压不稳定的场合。多年以来,ASTAT一直应用于环境温度高达+70℃的恶劣环境。作为完全数字化的运行控制系统在极端温度的情况下-从北欧的冬天到任何地方,并无设定值上的偏移,这一点在定子调压调速领域是独一无二的。
2.安装高效性。在电气安装方面,ASTAT所占空间少且它比其它控制设备轻。它所需外围设备少,具有象PTC继电器等基本合成功能。对于内部功率损耗,ASTAT的压降为小于0.5%,所需要的空调制冷量少。在多数情况下不需空调。对于电动机,不同的电缆类型及长度均可适应。控制电缆可与动力电缆线一同铺设,而无受干扰的风险。
3.运行更为简便,低成本。ASTAT拥有第一流的转矩响应,而转矩和直接接到电源上的电动机相比并无减少。起重机驾驶员非常容易控制!作为一个闭环速度控制装置,ASTAT提供了一个从零转速开始与负载无关的速度控制,并减少了制动器及接触器的磨损。对于起重及类似应用,下降的能量被回收并反馈至电网。
4.在恶劣环境下的自动化。ASTAT具有光纤通讯功能,用以集成到整体的自动化系统。脉冲编码器及激光发送器之类的传感器可直接连至ASTAT,而不需另外的接口模块。通过这种方式,安装了独立ASTAT 10的起重机可进行完全的自动化控制。
5.采用电子换相,无需加装正反向换相接触器,安全性高。尤其是大功率电动机,采用换相接触器选型比较困难,必须采用专用线圈,来缩小接触器的动作时间。而且大型接触器必须带有机械互锁装置,铸造起重机工作频率高、动作频繁,时常发生卡死现象。
6.易于维护,简化系统能快速并容易掌握。内部的故障诊断简便直接,可以加快紧急故障处理速度。ASTAT 10也可连接至上一级的监控系统,并具有更多扩展功能以使维护的日程化得以实现。先进的诊断技术,所需部件少,耐热性高,插入式组件,运行控制能力提高,起重机结构上的压力减少,这些都使维护工作更加简单,频度减少。所有规格的ASTAT 10都有一个共同的备件清单,减少了用于不同起重机所需的不同备件的数量。在世界上有9000套以上的ASTAT 10在使用,主要应用于起重设备,ABB在此积累了技术支持方面的大量经验。
7.零件更经济。对于整个功率范围,ASTAT 10系统共享共同的部件,因此减少了所需的库存备件种类。插入式连接使更换工作更快、更方便。
8.操作简易。ASTAT提供了综合的信息,显示方式简单。通过起重机状态的LED阵列,迅速提供起重机状态的面板显示,使操作者对关键信息一目了然。主令控制器可以是有级或无级。由用户决定是用速度控制还是转矩控制。所有其他操作均为ASTAT控制系统的内在的组成部分。
ASTAT 10对电机的控制如汽车一样采用两种控制变量:一种是定子控制,对应于汽车的油门;另一种是转子控制,对应于汽车的变速箱。对制动器的控制,就象汽车的刹车,一名好的司机只在发生紧急情况时急刹车,而通常是汽车快停稳时才会用到刹车。本控制系统就象一部新式汽车,其速度调节器相当于后者的巡航控制功能,而转子特性优化功能则相当于自动变速箱。此外,速度调节器的连接可以断开,而司机也能用油门踏板直接控制车速。对电机定子的控制,是对定子电压控制,增大或减小电动机的转矩。通过优化转子电阻进行转子控制,使电动机获得适当的特性,其目标是保持适当的速度。通过控制电动机转矩即可达到这一目标。降低定子电压可使最大转矩减小,其比例接近电压减小值的平方。电压从100%降低到80%,转速将从78%降低到63%。
各相采用一对可控硅,电压可在0至最大线电压范围内平滑调整。微处理器通过调节可控硅触发角,控制可控硅开放状态,从而增大或减小加到电机定子上的电压。无需接触器换向,正向转矩由成可控硅组1、2和3获得,反向转矩由可控硅组1、4和5获得。转矩方向的变换时间小于20ms。通过改变电机外部转子的电阻,可以控制在任意速度下绕线电动机的转矩。仅通过改变电阻,就可获得92%和57%的上升速度及38%的下降速度。这种特性多年以来一直被起重机电动机所采用。