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[摘 要]文章介绍了本单位125 t铸造起重机主起升机构的调压调速改造技术方案。通过调压调速系统在本单位125 t铸造起重机主起升机构的应用，阐述了数字式（可控硅换向）调压调速装置及系统在铸造起重机上应用的技术架构及技术特点及优势，为铸造起重机调压调速的改造提供借鉴。
[关键词]铸造起重机;调压调速;变频调速;行星减速器;主起升控制系统
[中图分类号]TH215 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–03
The Reformation Plan of the Main Hoisting Mechanism of 125 t Cast Crane
Huang Hua
[Abstract]This article introduces the technical plan for the reformation of the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit. Through the application of the pressure and speed control system in the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit， the technical architecture， technical characteristics and advantages of the digital （SCR commutation） pressure and speed control device and the system applied to the casting crane are explained. ， To provide a reference for the transformation of the pressure and speed regulation of the casting crane.
[Keywords]casting crane; pressure and speed regulation; frequency conversion and speed regulation; planetary reducer; main hoist control system
冶金铸造起重机是冶金企业中非常重要的核心搬运设备，使用环境温度高、粉尘大、环境恶劣，铸造起重机质量的好坏对该行业以及企业的发展有很大的影响。因此，对有关企业应加大对铸造机在电气控制等方面的内容，进而能够从根本上提高整体的穩定性、承载力以及安全性，推动此行业的发展。
文中主要讲述了本单位所使用的125t铸造起重机，该种类型起重机产于20世纪，目前该电控系统在使用过程中存在一定的问题，早已不能适应当前社会发展的趋势。要想能够从根本上提高125t铸造起重机的稳定性以及使用率，减少发生故障的次数，则必须要根据目前所存在的问题制定完善的解决方案，满足社会在发展过程中的需要。
1 目前我国企业在使用125 t铸造起重机存在的问题
（1）起升机构采用两档反接控制时，控制系统由于只是通过转子串接不同阻值电阻进行档位切换，因此在起升机构中电机在低档位时不会有稳定的低速，会因载荷不同而速度不同。所以在进行慢速对位时，对操作人员的要求非常苛刻;
（2）当使用时间继电器来完成转子电阻切换时，电机切换电流数值则会超出规定数值，因此会导致电动机无法正常运行;
（3）因为此种类型的正常运行要求与其他不同，并且两个挡位的操作系统不容易产生稳定的运行系统，在进行操作时会出现点动操作的现象，一些司机为了可以在最短时间内实现停车，通常会在大反档的作用下重复操作，这便加大了电动机出现故障的几率，除此之外，长期以往还会产生过量的电流，加速了主回路电路发生老化的问题;
（4）当技术人员反复接触定转子时，会有带电流分段的现象出现，再加上接触器拉弧出现损坏，接触器发生故障以及损坏的概率也随之增加。
（5）125 t铸造起重机需要用到定子回路电压值为380 VAC来完成控制，倘若将其直接调整为无压状态则会导致电流过大而对电动机的正常运行造成影响，而制动器需要在电动机正常运行时才能够完成报闸工作，当制动器损坏严重时则会导致减速机轴断裂，并且齿滚键也会因此发生损坏。
2 调压调速改造的主要策略
2.1 对起重机进行调速的主要方案
（1）处理好调速方面的应用状况，防止技术人员多次操作。
（2）加大对电流过量的控制，防止电动机因此受到损坏。
（3）制定完善的管理措施来提高接触器的使用时限，减少接触器发生故障的次数。
当前，主要有2种方案来完成125 t铸造起重机的调速工作，①要想实现变频调速则需要加大对电动机定子频率的改进方案，将其速度控制在相对优异的状态，进而能够提高整体的控制性。要想增强脉冲编码器的质量，换用具有测速功能的专用电动机，除此之外，使用变频器对外界环境还有很高的要求，这主要是因为变频调速低速启动力矩较低，对维护方面的要求也随之增加，采用带制动电阻的变频控制系统，主起升机构发电制动下降时的电能会被制动电阻消耗，节能指标较低。使用共直流母线变频器可节能，但经济性差。②对125 t铸造电动机而言，只有通过调压调速才能够更加准确以及快速的完成电动机定子电压的调试工作，其不仅有良好的调速，还有很好的控制性能，值得推广。尽管通过调压调速的方式所达成的效率要低于变频调速，但此种方法所达成的效果能够满足125 t铸造电动机的正常工作需求，其中最为关键的因素便是使用调压调速的方式，不用再另外设置脉冲编码器。关键是要注意这种方法不能让电动机承载过多的能量，同样也可以不用考虑低速启动能力方面的状况，并且对125 t铸造电动机的正常运行也不会产生影响，一举多得。 调压调速虽然需要采用转子接触器控制，但由于采用无电流切换技术，接触器的寿命大大延长。而且调压调速方案经济性大大优于变频调速（表1）。
2.2 综合评价
（1）调压调速，其经济性能好，性价比好;过载能力强，可实现单电机工作;调速指标可满足起重机使用;对环境温度，污染的适应性强，MH的调压调速装置使用环境温度不高于60 ℃;无需调试，投入使用方便简单;电路板通用性强，需用的备件少，更换方便;维修，维护简便，一般电工即可担当;铸造吊车上使用广泛，使用经验多，成熟产品。
（2）变频调速，其经济性能差，价格较高;频器过载能力弱，是目前在铸造吊车上使用少的直接原因，如想实现单电机工作工况，必须加大电机功率，大幅度提高变频器功率，方可满足，进而提高整机价格;调速指标好，可四象限稳定运行;对环境适应性差，需采取特别措施;变频器使用环境温度不高于40 ℃;需要调试，投入使用要求高;电路板通用性差，需整机备件;维修，维护要求高，需专业技术人员担当。
最终，综合考虑，选择了调压调速方案。
2.3 在对125 t铸造起重机主起升控制系统进行改善时所需遵循的原理
通过对125 t铸造起重机以及行星齿轮减速器主要分布状况的调查可以发现，在对起升机构控制系统进行设计时可以按照以下内容进行，确保使用性能能够准确提升。
（1）该种类型的电动机通常有2套闭环控制系统，其中一个需要由主令控制器进行控制。再加上行星减速器的作用，必须要将2套系统的传动比控制在同一数值才能够保证电机之间的力矩相等，防止出现偏载的现象，而该电机的整体运行速度则是两个系统运行速度相加之后的数值。
（2）倘若其中一个系统出现故障时，则可以由另一个系统开展运行工作，确保电动机能够长时间处于运行状态。另外，在选择电气元件时同样不用进行增容操作，并且在使用时也不会有承受过载的现象发生。
（3）当在对大容量电动机进行调整时，可以借助行星减速器的互相独立性来完成操作，使用电气系统能够在起动和制动2套系统的作用下完成操作，防止受到电源电流的冲击，降低对供电电源的要求。
（4）起升机构中的工作制动器不仅安装在高速轴上，在监测系统中同样有安装。倘若此2个环节中的卷筒转速、电机超速以及高低速轴之间的速度比不出现变动时，控制系统则会在最短时间内气筒安全制动器，将损失降到最低。
为了提高系统的可靠性，在主起升系统的架构中，还采用了备用装置，当任何1台装置故障时，备用装置可随时投入，提高系统的可靠性。
按照设计原则，由2台调压调速装置分别各去控制1台电动机，组成两套独立的控制系统，各自分别驱动各自的电动机，两套调压调速系统备用一台装置。
2.4 调压调速装置的选择
（1）适用环境能力，在60 ℃环境温度下，可以无需采取特殊的风冷措施依然可靠工作;在灰塵大，污染严重的环境下使用，可靠性不会受到影响。
（2）转子频率反馈，采用电机转子频率作为速度闭环的反馈，无需易损的脉冲编码器。
（3）装置维修维护方便，调压调速装置的控制单元与功率单元分别独立，可通过插拔进行连接;控制单元内电路板采用可插拔的电路板形式;装置故障时，只需维修人员更换控制箱内的印刷电路板（为插拔式电路板）或更换控制单元即可排除故障;电路板及控制单元全系列通用。
（4）可靠的系统故障监测和报警，数字式调压调速装置由于为现代数字控制电路，因而具有强大的系统自诊断功能及可靠的系统故障监测，报警和记忆。把事故避免在萌芽中，系统运行更可靠，更安全。
（5）方便的人机界面：数字式调压调速装置的显示面板提供了系统的大量运行指标，例如：电机电流，速度，档位，触发电压等。当故障时显示故障名称，还可显示记忆的故障历史，方便检查和维护。
（6）使用可靠，无故障工作时间长：具有在国内冶金厂家多台冶金吊车上使用的业绩，经过实践证明，无故障工作时间长，寿命可达10年以上。
（7）制动器的冗余控制：制动器是铸造起重机的关键设备，在主起升机构停机及任何故障发生时，均需要通过控制制动器闭合制动负荷，避免溜钩失控，因此应选用带制动器冗余控制的调压调速装置，即装置具有2个输出点控制制动器，而在装置内部应具有双芯片分别控制2个输出继电器，2个输出继电器分别控制外部的制动器接触器，2个制动器接触的主触点串联控制制动器，保证制动器控制的可靠、安全。在制动器接触器控制电路中，除装置输出继电器控制外，还应串联主令控制器回零后的延时控制点，保证在主起升机构主令在零位时，制动器不会打开。
（8）装置DC电源指令输入：采用装置内部提供的DC直流电源作为外部指令输入的电源，而不采用外部AC220 V电源供电的指令输入。这样可以杜绝将外部AC220 V电源干扰引入装置的可能性，提高装置工作可靠和安全。
根据上述原则，选用了THYROMAT 10BCCH 700 A 380BPZ数字式（可控硅换向）调压调速装置用于驱动电动机。
3 定子调压系统改造后的效果
（1）机构起、制动平稳，当机构起、制动时只要达到正常素的的1/10便可以启动，倘若被吊物体能够稳定运行，则对125 t铸造起重机提高使用年限有很大的帮助。
（2）将制动器闸块之间的碰撞率降到最低。
（3）准确掌握被吊物体的位置。
（4）能够有限防止金属物体与传统系统发生冲击，保障整体质量。
（5）有效对起动对电网形成保护。
（6）加大对零电流转子接触器的切换力度，能够防止接触器头上的拉弧出现损坏，起到维护作用。
（7）将斜波直线施压到电动机上，能够防止电动机与减速箱之间出现碰撞。
4 结语
通过上文的论述，THYROMAT数字定子调压系统对提高太钢铸造起重机主起升机构各方面性能有很大的帮助，能够解决本单位在铸造以及生产中的问题，减少发生故障的次数，有利于整体运行安全以及可靠性的提高，并且维护相对简单，值得推广。
参考文献
[1] 李华德，白晶，李志民，等.交流调速控制系统[M].北京：电子工业出版社，2013.
[关键词]铸造起重机;调压调速;变频调速;行星减速器;主起升控制系统
[中图分类号]TH215 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–03
The Reformation Plan of the Main Hoisting Mechanism of 125 t Cast Crane
Huang Hua
[Abstract]This article introduces the technical plan for the reformation of the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit. Through the application of the pressure and speed control system in the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit， the technical architecture， technical characteristics and advantages of the digital （SCR commutation） pressure and speed control device and the system applied to the casting crane are explained. ， To provide a reference for the transformation of the pressure and speed regulation of the casting crane.
[Keywords]casting crane; pressure and speed regulation; frequency conversion and speed regulation; planetary reducer; main hoist control system
冶金铸造起重机是冶金企业中非常重要的核心搬运设备，使用环境温度高、粉尘大、环境恶劣，铸造起重机质量的好坏对该行业以及企业的发展有很大的影响。因此，对有关企业应加大对铸造机在电气控制等方面的内容，进而能够从根本上提高整体的穩定性、承载力以及安全性，推动此行业的发展。
文中主要讲述了本单位所使用的125t铸造起重机，该种类型起重机产于20世纪，目前该电控系统在使用过程中存在一定的问题，早已不能适应当前社会发展的趋势。要想能够从根本上提高125t铸造起重机的稳定性以及使用率，减少发生故障的次数，则必须要根据目前所存在的问题制定完善的解决方案，满足社会在发展过程中的需要。
1 目前我国企业在使用125 t铸造起重机存在的问题
（1）起升机构采用两档反接控制时，控制系统由于只是通过转子串接不同阻值电阻进行档位切换，因此在起升机构中电机在低档位时不会有稳定的低速，会因载荷不同而速度不同。所以在进行慢速对位时，对操作人员的要求非常苛刻;
（2）当使用时间继电器来完成转子电阻切换时，电机切换电流数值则会超出规定数值，因此会导致电动机无法正常运行;
（3）因为此种类型的正常运行要求与其他不同，并且两个挡位的操作系统不容易产生稳定的运行系统，在进行操作时会出现点动操作的现象，一些司机为了可以在最短时间内实现停车，通常会在大反档的作用下重复操作，这便加大了电动机出现故障的几率，除此之外，长期以往还会产生过量的电流，加速了主回路电路发生老化的问题;
（4）当技术人员反复接触定转子时，会有带电流分段的现象出现，再加上接触器拉弧出现损坏，接触器发生故障以及损坏的概率也随之增加。
（5）125 t铸造起重机需要用到定子回路电压值为380 VAC来完成控制，倘若将其直接调整为无压状态则会导致电流过大而对电动机的正常运行造成影响，而制动器需要在电动机正常运行时才能够完成报闸工作，当制动器损坏严重时则会导致减速机轴断裂，并且齿滚键也会因此发生损坏。
2 调压调速改造的主要策略
2.1 对起重机进行调速的主要方案
（1）处理好调速方面的应用状况，防止技术人员多次操作。
（2）加大对电流过量的控制，防止电动机因此受到损坏。
（3）制定完善的管理措施来提高接触器的使用时限，减少接触器发生故障的次数。
当前，主要有2种方案来完成125 t铸造起重机的调速工作，①要想实现变频调速则需要加大对电动机定子频率的改进方案，将其速度控制在相对优异的状态，进而能够提高整体的控制性。要想增强脉冲编码器的质量，换用具有测速功能的专用电动机，除此之外，使用变频器对外界环境还有很高的要求，这主要是因为变频调速低速启动力矩较低，对维护方面的要求也随之增加，采用带制动电阻的变频控制系统，主起升机构发电制动下降时的电能会被制动电阻消耗，节能指标较低。使用共直流母线变频器可节能，但经济性差。②对125 t铸造电动机而言，只有通过调压调速才能够更加准确以及快速的完成电动机定子电压的调试工作，其不仅有良好的调速，还有很好的控制性能，值得推广。尽管通过调压调速的方式所达成的效率要低于变频调速，但此种方法所达成的效果能够满足125 t铸造电动机的正常工作需求，其中最为关键的因素便是使用调压调速的方式，不用再另外设置脉冲编码器。关键是要注意这种方法不能让电动机承载过多的能量，同样也可以不用考虑低速启动能力方面的状况，并且对125 t铸造电动机的正常运行也不会产生影响，一举多得。 调压调速虽然需要采用转子接触器控制，但由于采用无电流切换技术，接触器的寿命大大延长。而且调压调速方案经济性大大优于变频调速（表1）。
2.2 综合评价
（1）调压调速，其经济性能好，性价比好;过载能力强，可实现单电机工作;调速指标可满足起重机使用;对环境温度，污染的适应性强，MH的调压调速装置使用环境温度不高于60 ℃;无需调试，投入使用方便简单;电路板通用性强，需用的备件少，更换方便;维修，维护简便，一般电工即可担当;铸造吊车上使用广泛，使用经验多，成熟产品。
（2）变频调速，其经济性能差，价格较高;频器过载能力弱，是目前在铸造吊车上使用少的直接原因，如想实现单电机工作工况，必须加大电机功率，大幅度提高变频器功率，方可满足，进而提高整机价格;调速指标好，可四象限稳定运行;对环境适应性差，需采取特别措施;变频器使用环境温度不高于40 ℃;需要调试，投入使用要求高;电路板通用性差，需整机备件;维修，维护要求高，需专业技术人员担当。
最终，综合考虑，选择了调压调速方案。
2.3 在对125 t铸造起重机主起升控制系统进行改善时所需遵循的原理
通过对125 t铸造起重机以及行星齿轮减速器主要分布状况的调查可以发现，在对起升机构控制系统进行设计时可以按照以下内容进行，确保使用性能能够准确提升。
（1）该种类型的电动机通常有2套闭环控制系统，其中一个需要由主令控制器进行控制。再加上行星减速器的作用，必须要将2套系统的传动比控制在同一数值才能够保证电机之间的力矩相等，防止出现偏载的现象，而该电机的整体运行速度则是两个系统运行速度相加之后的数值。
（2）倘若其中一个系统出现故障时，则可以由另一个系统开展运行工作，确保电动机能够长时间处于运行状态。另外，在选择电气元件时同样不用进行增容操作，并且在使用时也不会有承受过载的现象发生。
（3）当在对大容量电动机进行调整时，可以借助行星减速器的互相独立性来完成操作，使用电气系统能够在起动和制动2套系统的作用下完成操作，防止受到电源电流的冲击，降低对供电电源的要求。
（4）起升机构中的工作制动器不仅安装在高速轴上，在监测系统中同样有安装。倘若此2个环节中的卷筒转速、电机超速以及高低速轴之间的速度比不出现变动时，控制系统则会在最短时间内气筒安全制动器，将损失降到最低。
为了提高系统的可靠性，在主起升系统的架构中，还采用了备用装置，当任何1台装置故障时，备用装置可随时投入，提高系统的可靠性。
按照设计原则，由2台调压调速装置分别各去控制1台电动机，组成两套独立的控制系统，各自分别驱动各自的电动机，两套调压调速系统备用一台装置。
2.4 调压调速装置的选择
（1）适用环境能力，在60 ℃环境温度下，可以无需采取特殊的风冷措施依然可靠工作;在灰塵大，污染严重的环境下使用，可靠性不会受到影响。
（2）转子频率反馈，采用电机转子频率作为速度闭环的反馈，无需易损的脉冲编码器。
（3）装置维修维护方便，调压调速装置的控制单元与功率单元分别独立，可通过插拔进行连接;控制单元内电路板采用可插拔的电路板形式;装置故障时，只需维修人员更换控制箱内的印刷电路板（为插拔式电路板）或更换控制单元即可排除故障;电路板及控制单元全系列通用。
（4）可靠的系统故障监测和报警，数字式调压调速装置由于为现代数字控制电路，因而具有强大的系统自诊断功能及可靠的系统故障监测，报警和记忆。把事故避免在萌芽中，系统运行更可靠，更安全。
（5）方便的人机界面：数字式调压调速装置的显示面板提供了系统的大量运行指标，例如：电机电流，速度，档位，触发电压等。当故障时显示故障名称，还可显示记忆的故障历史，方便检查和维护。
（6）使用可靠，无故障工作时间长：具有在国内冶金厂家多台冶金吊车上使用的业绩，经过实践证明，无故障工作时间长，寿命可达10年以上。
（7）制动器的冗余控制：制动器是铸造起重机的关键设备，在主起升机构停机及任何故障发生时，均需要通过控制制动器闭合制动负荷，避免溜钩失控，因此应选用带制动器冗余控制的调压调速装置，即装置具有2个输出点控制制动器，而在装置内部应具有双芯片分别控制2个输出继电器，2个输出继电器分别控制外部的制动器接触器，2个制动器接触的主触点串联控制制动器，保证制动器控制的可靠、安全。在制动器接触器控制电路中，除装置输出继电器控制外，还应串联主令控制器回零后的延时控制点，保证在主起升机构主令在零位时，制动器不会打开。
（8）装置DC电源指令输入：采用装置内部提供的DC直流电源作为外部指令输入的电源，而不采用外部AC220 V电源供电的指令输入。这样可以杜绝将外部AC220 V电源干扰引入装置的可能性，提高装置工作可靠和安全。
根据上述原则，选用了THYROMAT 10BCCH 700 A 380BPZ数字式（可控硅换向）调压调速装置用于驱动电动机。
3 定子调压系统改造后的效果
（1）机构起、制动平稳，当机构起、制动时只要达到正常素的的1/10便可以启动，倘若被吊物体能够稳定运行，则对125 t铸造起重机提高使用年限有很大的帮助。
（2）将制动器闸块之间的碰撞率降到最低。
（3）准确掌握被吊物体的位置。
（4）能够有限防止金属物体与传统系统发生冲击，保障整体质量。
（5）有效对起动对电网形成保护。
（6）加大对零电流转子接触器的切换力度，能够防止接触器头上的拉弧出现损坏，起到维护作用。
（7）将斜波直线施压到电动机上，能够防止电动机与减速箱之间出现碰撞。
4 结语
通过上文的论述，THYROMAT数字定子调压系统对提高太钢铸造起重机主起升机构各方面性能有很大的帮助，能够解决本单位在铸造以及生产中的问题，减少发生故障的次数，有利于整体运行安全以及可靠性的提高，并且维护相对简单，值得推广。
参考文献
[1] 李华德，白晶，李志民，等.交流调速控制系统[M].北京：电子工业出版社，2013.