摘要：本文介紹了數字化調壓調速控制系統在馬來西亞國家鋼鐵行業行車中的應用,著重對數字調壓調速系統、工作原理及系統應用設計作了詳細的說明,并闡述了其實際應用效果。

      關鍵詞：數字化   調壓調速系統   行車

      Abstract: This article describes the speed of the digital voltage control system for driving in Malaysia, the national steel industry in the application, focusing on the digital voltage speed control system, working principle and system application design were described in detail, and describes its practical application.
      Keywords: Digital   Voltage Control System   crane trolley

      一、引言
      經過這近十年的經濟發展，馬來西亞工業也取得了突破性的進展，特別是在石油、鋼鐵、天然氣等能源行業更為顯著，此文所述為該國家鋼鐵行業的行車設備技術改造的其中一個例子。我廠建于1997年，行車一開始采用繞線式異步電動機轉子串接頻敏電阻器進行啟動和調速,該繼電器-接觸器控制方式在實際運行中存在很多問題,主要是頻敏電阻器燒損、斷裂和接地故障時有發生,造成電動機頻繁燒損，繼電器－接觸器控制系統可靠性差,故障率高,維護困難,維護費用高。因此，在很大程度上限制了產能的調高，為了更大的取得產品效益，節約成本，機械設備利舊，決定將目前的4臺行車控制系統進行更換，采用現在流行的數字式調壓調速控制系統。

      二、控制系統介紹
      QTD數字調壓調速系列產品適用于冶金、港機、建筑、化工、石油等行業，特別適用于重級工作制度和處于惡劣環境重起重機的電氣驅動和控制。在原來模擬QTA多年成功應用之后，利用現代數字技術和可控硅技術研制開發出新一代起重機控制器－QTD控制裝置。
      隨著數字電子技術的高速發展，數字可控硅技術的應用也相應發生巨大變化，該系統是利用數字可控硅技術，實現了適合起重機的電氣控制，特別是冶金生產環境下的起重機電氣控制產品。其產品主要有以下特點：
      1) 具有高可靠性，表現在提高了生產率，減少了運行成本，機構緊湊、節省空間，能適應惡劣的生產環境；
      2) 高安全性，表現在開閘先建立電機力矩，下降時，制動和高速檔回低速檔時利用反接力矩防止溜鉤運行過程中反饋線開路，控制器停止工作，電源缺相、錯相、相不平衡及電機過載和欠壓時，控制器處于保護狀態，電機停止工作。
      3) 優越的控制性能，表現在速度控制和載荷無關，平穩的控制技術（整個系統實行閉環控制，實現恒定速度調節，能減少減速箱和電機的沖擊、減少電流峰值，延長電機壽命。并具有安全的制動器控制，制動時，建立力矩后再打開制動器，先電制動，待減速后機械制動，減少對制動器的磨損，電機接近零速或緊急狀態下，制動器才被利用。

      三、工作原理
      QTD控制器的晶閘管串接在電機定子回路，其轉子回路串接適當的電阻器，通過調節三相反并聯晶閘管導通角來改變定子電壓，由異步電動機的電轉矩表達式                   
 

由上式可知，當電動機各參數及電源頻率不變時，且當轉差率S不變時，電動機輸出轉矩T與電動機定子電壓 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。

      因電機的轉矩與定子電壓的平方成比例，從而達到控制電機轉速的目的，電機轉速通過人工操作主令設定速度，速度反饋實現閉環控制，電機的運轉方向通過換向接觸器K1和K2實現，閉環控制如圖所示：

      簡述：△V₀=V_g-V_f  ,當△V₀>0 時，PID的輸出 V0增加，晶閘管導通角增大，電機定子電壓升高，電機加速。當 △V₀<0時，PID的輸出 V₀減小，晶閘管導通角減小，電機定子電壓降低，電機減速。當△V₀=0 時，PID的輸出V₀ 保持不變，晶閘管導通角不變，電機定子電壓不變，電機穩速運行。電機起動時，轉子頻率高，V_f 低，△V₀>0 ，電機在較高的電壓下起動，隨著電機加速，轉子頻率下降，V_f 增加，逐漸接近V_g ，當 △V₀=0時，電機穩速運行，此時電機轉矩和負載轉矩相平衡；如速度給定改變，或負載改變打破了原有平衡，系統將根據上述原理自動趨向新的平衡。

      四、系統說明
      控制器工作前，安全檢測電路對三相電源進行檢測，如出現錯相、缺相、嚴重相壓不平衡、供電電壓過低或反饋線斷路等，控制器不工作。
控制器具有延時功能，防止操作人員快速點動操作，保證平穩的加速和減速，防止對電機和減速機的沖擊。在兩個運動方向上均設四檔速度，10%、20%、30%，當選擇四檔100%速度時，電機沿斜坡曲線加速到全速。
對起升機構，有兩個加速接觸器，分別在50%速度（25Hz），75%速度（12.5Hz）時接通，以平穩加速到全速，加速過程中切換時的峰值電流限制在滿載電流的兩倍。當電機超載時，加速接觸器立即釋放，防止電機嚴重超載。
      起升機構運行：當主令控制器選擇起升某一擋位時，上升接觸器接通，電機得電，制動器打開，電機起動。通過轉子信號與控制器給定信號綜合，QTD控制器自動進入閉環控制狀態，在給定的速度下運行，主令控制器從任何檔位回零時，制動器先制動，電機斷電，抱閘停車。
      重載下降：當主令控制器選擇下降某一擋位時，首先上升接觸器接通，電機產生上升力矩，制動器打開，電機起動，在重力作用下重物下降，QTD控制器在閉環狀態下以給定的速度穩定運行。主令控制器選擇全速檔位時，下降接觸器接通， 此時電機處于再生發電狀態全速下降，當主令控制器從下降全速檔回到慢速檔時，經100ms延時下降接觸器釋放上升接觸器接通，在反接力矩作用下，電機減速并進入閉環控制狀態。
      無論在任何運行狀態下，一旦主令控制器回到零位，控制器以反接力矩進行制動，電機立即減速，達到靜止狀態后，制動器制動，經0.6s延時電機斷電停止運行，如電制動時間超過1S，不管電機是否達到靜止狀態制動器將進行機械制動。
      輕載下降：輕載下降與重載下降一樣，首先上升接觸器接通，給電機施加一定的反接力矩，如果負載太輕，電機不動或下降速度極慢，系統判斷負載過輕，此時上升接觸器釋放，下降接觸器接通，此時電機將以再生發電狀態下降。當實際速度超過給定速度值時，系統自動進入反接制動狀態，當負載處于臨界狀態時，上升下降接觸器出現多次判斷，然后穩定運行。
平移： 當起重機平移機構運行時，主令控制器給任何檔位，系統將在這一速度上穩定運行；當主令控制器回零位時，反接制動工作，反接制動時間由速度慣性決定。

      五、結束語
      經過半年的持續改造，本公司所有行車都順利改造為數字式調壓調速系統，本系統投入使用后設備運行平穩，消除了舊系統維護量大、操作僵硬、控制精度不高等缺點，維護量大大降低，設備使用率明顯提高，改造后的系統基本不須維護，并且能適應鋼鐵企業的惡劣環境，即使出現設備問題，也有相關的報警指示，并可迅速對相應模塊進行更換，不造成影響時間，同時公司考慮到人員不足及不同國家員工的技能差異，采取了‘合二為一’的管理方式，即行車的操作和維護由同一個人承擔，即誰操作誰維護，只需開始上崗前對員工進行設備和操作方面的培訓，即可勝任這項工作。通過近半年來的使用，深受海外工業人士的歡迎，已接待過2批工程管理人員到現場參觀行車，由于它的易維護性、成本造價低廉、操作靈活，有幾家企業的行車采用此系統，設備正在改造當中。

      作者簡介：
      李德松  男   工學學士  濟南鋼鐵集團駐馬來西亞中板廠，工程師  主要從事軋鋼行業自動化系統和電氣傳動自動化系統的設計和項目管理。

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