用于起重機的晶閘管定子調壓調速裝置的設計應用

0 引言

電動機的調速經過了長期的演變過程，人們在電動機的調速和轉矩控制上做過了大量的研究，嘗試過使用各種不同形式的調速方法，隨著大功率和高開關頻率的半導體器件的開發研制成功，以及現代數字技術的普及應用，為我們提供了驅動控制電動機的新的方法。

目前起重機電機調速控制應用最多的是三相繞線式電動機轉子串電阻調速，下面就介紹一下用于轉子串電阻調速與晶閘管定子調壓調速的基本工作原理與優缺點。

1 三相異步電動機工作的基本原理

1.1 基本公式

從電網輸入電動機的功率

2 三相異步電動機調速

2.1 轉子串電阻調速

主要介紹用于起重機起升機構用的兩擋反接控制，機械特性如圖1 所示。兩擋反接制動是指起升機構在滿載或75%負載下，可以達到滿速下降的目的。在返回停止工作時可達到準確停車，避免在滿載情況下下滑而造成意外事故。

上升1、2、3 擋人為逐級切除電動機轉子電阻，使電動機由機械特性1、2、3 過渡到機械特性4 上，電動機高速運轉。

滿載慢速下降電動機工作在特性5上，電機轉子串進一定的電阻值，使電動機處于反接制動狀態。

輕載下降電動機工作在特性6 上，此時電動機轉子串進全部電阻，使電動機的機械特性變得更軟。電動機工作在反接制動狀態。

雖然在上面兩種反接制動狀態下能夠得到一定的低速，但是不能長時間運行，否則會造成電機發熱嚴重，此時電機的機械特性都比較軟，負載轉矩瞬間產生的任何波動都會使電機失去控制，將造成嚴重后果。所以在操作控制時不允許長時間運行在特性5、6上，要在短時間內切掉轉子電阻，使電動機工作在再生發電狀態下。

繞線式異步電動機轉子串電阻調速為開環調速，速度波動比較大，輕載時調速范圍比較小，也就是說在載荷較小時起升各擋之間速度變化不明顯。下降控制時比較復雜，需要操作人員密切關注機構的運行方向。另外下降過程中無論負載大小，都得不到穩定的低速運行，所以在對下降控制要求較高的冶金及其它行業就不能滿足調速要求了。

2.2 晶閘管定子調壓調速

2.2.1 調壓調速基本原理

由異步電動機的電磁轉矩表達式

可知，當電動機各參數及電源頻率不變時，且當轉差率s 一定時，電動機輸出轉矩T與電機定子電壓U1成正比。當改變定子電壓時，可以得到一組人為的機械特性曲線，如圖2 所示。

由圖2 可以看出，為了在一定的負載轉矩下，通過降低定子電壓得到低速運轉是可能的。但是在降低定子電壓得到低速時，由于轉差率s 將增大，因此電動機電流隨著s 的增大而增大。這樣轉差功耗就全部消耗在電動機內部，從而致使電動機發熱嚴重。

另外由圖猿可見，帶恒轉矩負載TL 時，普通的籠型異步電動機變電壓時的穩定工作點為A、B、C，轉差率s 的變化范圍不會超過0~sm，調速范圍很小。為了能在恒轉矩負載下擴大變壓調速范圍，須使電機在較低速下穩定運行而又不致過熱，就要求電動機轉子繞組有較高的電阻值。圖3 給出了高轉子電阻電動機變電壓時的機械特性，顯然在恒轉矩負載下的變壓調速范圍增大了，所以異步電動機變電壓調速時，采用普通電機的調速范圍很窄，為了減少電機發熱及擴大調速范圍，須采用高轉子電阻的電機。

晶閘管定子的調壓調速裝置，是通過在定子上串聯反并聯晶閘管并控制其導通角來實現的，可以實現三相繞線轉子異步電動機低速穩定運行。但這種調壓調速是開環系統，其特性硬度不夠，速度波動率大。為了提高其調速性能可采用有雙閉環(速度環和電流環)反饋調壓調速控制系統，閉環調速時電動機的機械特性曲線如圖4 所示。顯而易見閉環系統下的機械特性硬度提高了，速度波動率大大減小。

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