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摘 要 本文介绍了铸造起重机的电控制系统现状，通过对铸造起重机调速方案的选择，阐述了THYROMAT BCCH定子调压系统的技术特点及改造后的系统优势。
关键词 定子调压调速；绕线式异步电动机；反馈控制；铸造起重机
中图分类号：TH213 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0111-02
冶金铸造起重机是冶金企业中非常重要的核心搬运设备，其运行是否稳定直接影响到企业的生产效益。这样就要求铸造起重机电气控制系统具有高可靠性、高安全性和强大的过载
能力。
目前国内较早的大吨位铸造起重机的电气控制系统主要以传统的切电阻工作方式为主，此种控制方式自身存在很多问题，其故障率较高，已经不能满足生产效率，对提高产量造成阻碍。为了提高起重机的可靠性，降低故障率，满足生产需要，就需要采用更加先进的控制方案进行控制。
1 铸造起重机的电控系统现状
1.1 铸造起重机传统电气控制系统简介
起升机构采用两档反接电气控制系统简介：
在起升机构上升运行时，电机定子通过正向相序电源，电机转子串三相平衡对称转子电阻启动，电机可在不同控制档位，通过切除不同的转子电阻而上升运行，全速运行时依赖时间继电器逐级切除电阻达到全速上升。
在起升机构下降运行时，下降1、2档电动机通过正向相序电源，但电机转子串入一定值的转子电阻，使电机在负荷的拉动下向下运行，电机处于反接制动状态。下降全速时，电机定子通过反向相序电源，转子电阻通过时间继电器逐级切除，最后让电动机处于发电制动状态下全速下降。
1.2 采用两档反接控制方式的铸造起重机的优缺点分析
冶金起重机均使用在恶劣环境下，操作频率高而且工作周期短，根据作者对现场的了解现对其作以下分析。
1）由于铸造起重机的工艺性要求，两档反接控制系统没有一个稳定运行的低速，因此在实际操作使用时，司机为了能够准确定位起重机，经常需要进行点动操作，这样很容易造成电动机的损坏。对长期频繁操作的起重机来说，反复的大电流冲击也加速了主回路电缆线的老化。
2）控制系统由于利用时间继电器进行转子电阻切换，会造成切换时转子电流超过电机允许值，电动机极易损坏。
3）由于定转子接触器动作频繁而且带电流分断，接触器拉弧非常严重，接触器损坏率高，造成接触器故障率也特别高。
4）此种控制方式电机定子回路380 V交流电直接接入，起动电流大，对电动机和减速机的机械冲击大，由于制动器是在电动机高速状态下进行抱闸，制动器损坏频繁。
5）相对来讲，传统的切电阻控制方式的线路简单，维护方便，是目前冶金企业应用较多的控制方式。
但是由于传统切电阻控制的铸造起重机故障率高，调速精度差，已经严重影响了生产，因此必须对它进行电气改造。
2 改造后的系统要求
1）控制系统采用全数字闭环控制，使机构无论在任一负载下速度均可稳定在预设值。
2）调速比至少达到1：10，满足低速运行的要求。
3）设计旁路控制方案，使系统在核心调速装置故障状态可不间断运行。
4）核心调速产品应具有液晶显示，对机构的运行状态可进行实时监控。当机构运行出现故障时，将故障代码显示出来，为维护人员提供参考。
5）系统具有短路、过载、缺相、超速等保护功能，能提供起重机运行的安全性和稳定性。
6）降低电气控制系统的故障率和故障时间。
3 调速方案的选择
改造方案的正确选择关系到能否从根本上解决铸造起重机的问题现状。要想从根本上解决问题，首先要从以下几方面入手：①增加调速功能，避免频繁点动；②避免电动机过流，减少电动机损坏；③采取措施延长主要接触器寿命，降低接触器故障率。
目前，近代交流调速的方案主要有变频和调压两种主要调速方法。
变频调速是通过改变电动机定子频率进行调速的方法，它调速性能优异，控制性好。
但是，变频调速控制时，需要增设测速用脉冲编码器，编码器的安装要求较高，使用过程中的故障率也较高。变频器对现场环境的要求较高，变频调速低速启动力矩较低，要求维护能力较高。
调压调速是通过改变电动机定子电压进行调速的方法，它的调速性能优良，控制性能较好。
调压调速控制性能虽然没有变频调速优异，但调压装置的调速性能及控制性能足够满足铸造起重机的运行要求，更重要的是采用调压调速无需更换电动机，而且不会降低电动机的过载能力，无需考虑低速启动能力问题，并能满足铸造起重机单机工作的工艺要求，因此调压调速方案经济性大大优于变频
调速。（表1）
4 调压调速系统的选择
调压调速系统是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）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。
1）调压调速系统必须是速度闭环系统，方能满足调速的要求。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。速度反馈可以是编码器、测速发电机反馈，也可是转子频率反馈，考虑到安装制作、稳定运行及维护成本等因素，频率反馈是最佳选择。
2）调压调速既可以用可控硅当作换向元件，也可以用接触器换向，两者各有优缺点。在电机功率不大于200 kW的情况下，使用接触器换向比较方便，处理故障比较简单。
3）参数设置不宜过多过繁，一般控制在20多个参数即可，既要能稳定平滑运行，又简单易记。 4）装置必须有状态显示面板，既能显示故障代码，又能时时查询机构各种运行数据。
最终，太钢炼钢二厂选择了THYROMAT数字定子调压系统作为铸造起重机起升机构改造的核心元件。
5 THYROMAT数字定子调压系统的优点
5.1 THYROMAT BCCH装置容量大
THYROMAT BCCH装置容量为20 A-2500 A，满足了大多数铸造吊的电机容量，在双电机拖动中，可以由一个装置驱动两台电机。
5.2 THYROMAT BCCH装置可以实现旁路运行
THYROMAT BCCH装置由于设置正反向接触器，即使在可控硅损坏的情况下，也会可靠报警停车，不会造成更大故障。另一方面，利用接触器换相，绝对不会产生环流，无需恼人的快速熔断器进行保护。
当可控硅损坏时，由于正反向接触器的使用，我们可以短接掉可控硅，利用正反向接触器继续驱动电机运行，完成工作循环。
5.3 THYROMAT BCCH装置采用转子频率反馈控制
使用频率反馈作为速度反馈，无需对电机轴进行机械改动，无需增设编码器或测速发电机，线路简单、维护容易，适合在各种恶劣冶金环境下使用。
5.4 THYROMAT BCCH装置简单易用
THYROMAT BCCH装置操作面板为四行液晶显示和8个按键组成。操作界面可设为中文，极大的方便了初学者和英语水平低的维护者使用。电机速度、电流、触发角等重要信息实时监控，另有故障记录可方便查询。参数只有18个，一般情况只需几个参数即可正常运行，非常方便易用。
5.5 THYROMAT BCCH装置性能稳定，故障率低
THYROMAT BCCH装置的控制板都装在封闭的控制盒内，而且每块电路板的表面都涂有保护材料，既增强了元件的稳定性，又可防潮防静电。可控硅与散热器为一体化封装，良好的绝缘和散热性能又大大增强了功率单元在恶劣的粉尘和高温环境的防护能力。
5.6 THYROMAT BCCH装置具备通讯能力
THYROMAT BCCH装置内置通讯智能芯片，支持PROFIBUS现场通讯总线协议，D型9针口，可与任何支持此协议的PLC和上位机通讯，方便用户采集装置运行数据或做时时记录。
6 运用THYROMAT装置改造起升机构后的系统优势
1）起升机构起、制动平稳，当机构以正常速度的1/10起动或制动时，被吊物体平稳运行，对起吊钢水包的铸造起重机特别有利。
2）可有效减少制动器磨擦片的磨损。
3）减少对金属结构（桥架或小车架）和传动系统的冲击，延长使用寿命。
4）减少起制动对电网的冲击。
5）接触器零电流切换，大大减少接触器触头的拉弧烧损，减少了维护量。
6）加到电动机上的电压是斜波直线，避免对电动机和减速箱的机械冲击。
7）THYROMAT数字定子调压系统避免了接触器调速系统所存在的故障率高、不能平滑调速、维护量大等弊病，使电气控制性能上了一个新平台。
7 结束语
总之，THYROMAT BCCH定子调压系统在太钢铸造起重机起升机构的应用，满足了太钢铸造工艺和生产要求，降低了故障率，提高了运行的安全性及可靠性，维护方便，故障处理简单。该系统非常适用于铸造起重机的控制，达到了升级改造的预期目的。
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.
[2]裘维章，吴锡忠.实用起重机电气技术手册[M].北京：机械工业出版社.
[3]美恒公司.数字化交流可控硅调速控制装置用户手册[M].
作者简介
张锦瑞（1980-），山西阳泉人，助理工程师，研究方向：电机拖动、电气自动控制，起重机控制。
关键词 定子调压调速；绕线式异步电动机；反馈控制；铸造起重机
中图分类号：TH213 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0111-02
冶金铸造起重机是冶金企业中非常重要的核心搬运设备，其运行是否稳定直接影响到企业的生产效益。这样就要求铸造起重机电气控制系统具有高可靠性、高安全性和强大的过载
能力。
目前国内较早的大吨位铸造起重机的电气控制系统主要以传统的切电阻工作方式为主，此种控制方式自身存在很多问题，其故障率较高，已经不能满足生产效率，对提高产量造成阻碍。为了提高起重机的可靠性，降低故障率，满足生产需要，就需要采用更加先进的控制方案进行控制。
1 铸造起重机的电控系统现状
1.1 铸造起重机传统电气控制系统简介
起升机构采用两档反接电气控制系统简介：
在起升机构上升运行时，电机定子通过正向相序电源，电机转子串三相平衡对称转子电阻启动，电机可在不同控制档位，通过切除不同的转子电阻而上升运行，全速运行时依赖时间继电器逐级切除电阻达到全速上升。
在起升机构下降运行时，下降1、2档电动机通过正向相序电源，但电机转子串入一定值的转子电阻，使电机在负荷的拉动下向下运行，电机处于反接制动状态。下降全速时，电机定子通过反向相序电源，转子电阻通过时间继电器逐级切除，最后让电动机处于发电制动状态下全速下降。
1.2 采用两档反接控制方式的铸造起重机的优缺点分析
冶金起重机均使用在恶劣环境下，操作频率高而且工作周期短，根据作者对现场的了解现对其作以下分析。
1）由于铸造起重机的工艺性要求，两档反接控制系统没有一个稳定运行的低速，因此在实际操作使用时，司机为了能够准确定位起重机，经常需要进行点动操作，这样很容易造成电动机的损坏。对长期频繁操作的起重机来说，反复的大电流冲击也加速了主回路电缆线的老化。
2）控制系统由于利用时间继电器进行转子电阻切换，会造成切换时转子电流超过电机允许值，电动机极易损坏。
3）由于定转子接触器动作频繁而且带电流分断，接触器拉弧非常严重，接触器损坏率高，造成接触器故障率也特别高。
4）此种控制方式电机定子回路380 V交流电直接接入，起动电流大，对电动机和减速机的机械冲击大，由于制动器是在电动机高速状态下进行抱闸，制动器损坏频繁。
5）相对来讲，传统的切电阻控制方式的线路简单，维护方便，是目前冶金企业应用较多的控制方式。
但是由于传统切电阻控制的铸造起重机故障率高，调速精度差，已经严重影响了生产，因此必须对它进行电气改造。
2 改造后的系统要求
1）控制系统采用全数字闭环控制，使机构无论在任一负载下速度均可稳定在预设值。
2）调速比至少达到1：10，满足低速运行的要求。
3）设计旁路控制方案，使系统在核心调速装置故障状态可不间断运行。
4）核心调速产品应具有液晶显示，对机构的运行状态可进行实时监控。当机构运行出现故障时，将故障代码显示出来，为维护人员提供参考。
5）系统具有短路、过载、缺相、超速等保护功能，能提供起重机运行的安全性和稳定性。
6）降低电气控制系统的故障率和故障时间。
3 调速方案的选择
改造方案的正确选择关系到能否从根本上解决铸造起重机的问题现状。要想从根本上解决问题，首先要从以下几方面入手：①增加调速功能，避免频繁点动；②避免电动机过流，减少电动机损坏；③采取措施延长主要接触器寿命，降低接触器故障率。
目前，近代交流调速的方案主要有变频和调压两种主要调速方法。
变频调速是通过改变电动机定子频率进行调速的方法，它调速性能优异，控制性好。
但是，变频调速控制时，需要增设测速用脉冲编码器，编码器的安装要求较高，使用过程中的故障率也较高。变频器对现场环境的要求较高，变频调速低速启动力矩较低，要求维护能力较高。
调压调速是通过改变电动机定子电压进行调速的方法，它的调速性能优良，控制性能较好。
调压调速控制性能虽然没有变频调速优异，但调压装置的调速性能及控制性能足够满足铸造起重机的运行要求，更重要的是采用调压调速无需更换电动机，而且不会降低电动机的过载能力，无需考虑低速启动能力问题，并能满足铸造起重机单机工作的工艺要求，因此调压调速方案经济性大大优于变频
调速。（表1）
4 调压调速系统的选择
调压调速系统是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）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。
1）调压调速系统必须是速度闭环系统，方能满足调速的要求。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。速度反馈可以是编码器、测速发电机反馈，也可是转子频率反馈，考虑到安装制作、稳定运行及维护成本等因素，频率反馈是最佳选择。
2）调压调速既可以用可控硅当作换向元件，也可以用接触器换向，两者各有优缺点。在电机功率不大于200 kW的情况下，使用接触器换向比较方便，处理故障比较简单。
3）参数设置不宜过多过繁，一般控制在20多个参数即可，既要能稳定平滑运行，又简单易记。 4）装置必须有状态显示面板，既能显示故障代码，又能时时查询机构各种运行数据。
最终，太钢炼钢二厂选择了THYROMAT数字定子调压系统作为铸造起重机起升机构改造的核心元件。
5 THYROMAT数字定子调压系统的优点
5.1 THYROMAT BCCH装置容量大
THYROMAT BCCH装置容量为20 A-2500 A，满足了大多数铸造吊的电机容量，在双电机拖动中，可以由一个装置驱动两台电机。
5.2 THYROMAT BCCH装置可以实现旁路运行
THYROMAT BCCH装置由于设置正反向接触器，即使在可控硅损坏的情况下，也会可靠报警停车，不会造成更大故障。另一方面，利用接触器换相，绝对不会产生环流，无需恼人的快速熔断器进行保护。
当可控硅损坏时，由于正反向接触器的使用，我们可以短接掉可控硅，利用正反向接触器继续驱动电机运行，完成工作循环。
5.3 THYROMAT BCCH装置采用转子频率反馈控制
使用频率反馈作为速度反馈，无需对电机轴进行机械改动，无需增设编码器或测速发电机，线路简单、维护容易，适合在各种恶劣冶金环境下使用。
5.4 THYROMAT BCCH装置简单易用
THYROMAT BCCH装置操作面板为四行液晶显示和8个按键组成。操作界面可设为中文，极大的方便了初学者和英语水平低的维护者使用。电机速度、电流、触发角等重要信息实时监控，另有故障记录可方便查询。参数只有18个，一般情况只需几个参数即可正常运行，非常方便易用。
5.5 THYROMAT BCCH装置性能稳定，故障率低
THYROMAT BCCH装置的控制板都装在封闭的控制盒内，而且每块电路板的表面都涂有保护材料，既增强了元件的稳定性，又可防潮防静电。可控硅与散热器为一体化封装，良好的绝缘和散热性能又大大增强了功率单元在恶劣的粉尘和高温环境的防护能力。
5.6 THYROMAT BCCH装置具备通讯能力
THYROMAT BCCH装置内置通讯智能芯片，支持PROFIBUS现场通讯总线协议，D型9针口，可与任何支持此协议的PLC和上位机通讯，方便用户采集装置运行数据或做时时记录。
6 运用THYROMAT装置改造起升机构后的系统优势
1）起升机构起、制动平稳，当机构以正常速度的1/10起动或制动时，被吊物体平稳运行，对起吊钢水包的铸造起重机特别有利。
2）可有效减少制动器磨擦片的磨损。
3）减少对金属结构（桥架或小车架）和传动系统的冲击，延长使用寿命。
4）减少起制动对电网的冲击。
5）接触器零电流切换，大大减少接触器触头的拉弧烧损，减少了维护量。
6）加到电动机上的电压是斜波直线，避免对电动机和减速箱的机械冲击。
7）THYROMAT数字定子调压系统避免了接触器调速系统所存在的故障率高、不能平滑调速、维护量大等弊病，使电气控制性能上了一个新平台。
7 结束语
总之，THYROMAT BCCH定子调压系统在太钢铸造起重机起升机构的应用，满足了太钢铸造工艺和生产要求，降低了故障率，提高了运行的安全性及可靠性，维护方便，故障处理简单。该系统非常适用于铸造起重机的控制，达到了升级改造的预期目的。
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.
[2]裘维章，吴锡忠.实用起重机电气技术手册[M].北京：机械工业出版社.
[3]美恒公司.数字化交流可控硅调速控制装置用户手册[M].
作者简介
张锦瑞（1980-），山西阳泉人，助理工程师，研究方向：电机拖动、电气自动控制，起重机控制。