1600T以下液压机床主轴电机的电气控制改造.docx

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1600T以下液压机床主轴电机的电气控制改造

1600T以下液压机床主轴电机的电气控制改造

　　摘要:

文章主要阐述了液压机床主轴电机的电器控制改造。

　　关键词:

液压机床主轴电机电气控制改造

　　中图分类号:

TG5文献标识码:

A文章编号:

1672-3791（2011）07（c）-0134-02

　　1立项说明

　　目前,用于拖动各类起重机、塔吊、矿山提升机等设备的绕线电动机,经常需频繁改变运行状态（频繁启动制式反向控制）。

调查表明,绕绕线式电动机大多利用交流接触器或凸轮控制器逐级切除金属电阻的启动方式,采用交流接触器主接点的通断来切换转子金属电阻,存在很多问题。

随着生产任务的加重,起重设备的操作非常频繁,接触器每小时动作次数可能多达90～120次,一天动作次数有可能达到上千次,转子电流大,切换时弧光闪烁,再加上环境灰尘大,因此在工作时经常会发生交流接触器主接点接触不良,转子电阻不平衡,电动机发热,贴铁芯接合面脏污,接合面未对好,交流铁芯吸合时噪声过大,接触器铁芯滞磁,断开动作迟缓,接点黏,接烧损,接触器线圈烧损等多种故障,因而给设备的检修和日常的维护工作带来非常大的困难,备品、备件消耗量大,另外多级切换金属电阻启动时机械冲击力也很大,严重影响配套机械设备的使用寿命。

　　1.1简要分析绕线式电机的性能

　　众所周知绕线式电动机有它的优点是鼠笼式电机不可比拟的。

（1）它启动力矩大。

（2）它启动电流小。

特别适合于重载启动的场合（比如压扎设备）但是这种绕线式电机采用的转子回路中串接附加电阻Rr的调速从机构上是很简单,但存在以下几个缺点。

（1）调速是有级的,不平滑（主要问题是采用接触器或凸轮机构逐级切除电阻的方法可靠性太差,故障率很高）。

（2）串入较大附加电阻后,电机的机械特性很软。

低速运行时负载稍有变化,转速波动很大（往往出现低速时的抖动或是低速不理想即不能达到要求的低速）。

　　（3）电机在低速运行时,效率甚低,电能损耗很大。

（异步电动机经常经气隙传送到转子的电磁功率P2,一部分成为机械输出功率Pw,另一部分则成为转差功率Ps,而转差功率Ps转化为转子回路中的铜耗,以发热的形式消耗掉。

他们之间有以下关系:

P2=Pw+Ps;P2=M×ω1;Pm=（1-S）P2;Ps=S×P=3I222（R2+Rr）式中Rr是转子每相串入的附加电阻,当异步电动机拖动恒转矩负载时,电磁功率P2为常值。

以电机串入Rr后在1/2同步速运转为例,此时S=0.5,电磁功率P2的一半变为转子铜耗主要是Rr消耗掉,在考虑定子中的损耗,则总效率低于50%转速越低,效率越差。

因此不论是从可靠性还是节能的角度来评价这种调速方法,其性能是很低劣的,对于大中容量的绕线式异步电机,是不宜采用这种低效率的能耗调速方法的。

　　1.2简要分析直流电动机的性能

（1）在这里我们只说明一下直流他励电动机的一些机械特性,对于补偿好的电机,电枢反应很小,当他励电流不变时,转矩与电枢电流成正比。

控制电枢电流就等于控制转矩,所以良好的动态特性是比较容易实现的。

（2）采用转速、电流双闭环系统能获得四象限的恒加碱速特性。

　　（3）采用全状态反馈,和电枢电流的预控制器以及励磁回路的EMF-反电势调节等方法就能得到一个动、静态特性都很有优秀的系统。

　　1.3设备现状说明

（1）1600T设备主驱动为两台88kw绕线式电机,低速已经不能使用,现只一台88kw电机在运行,故障率极高,工人师傅利用高速停机的下滑惯性来等效低速进行找准,可靠性只能在工人师傅的经验上。

主回路的大部分原件在超有效期运行,电阻箱已经被拉出原来位置,一旦损坏势必影响生产,而且该设备没有替代机床。

（2）1000T设备主驱动为一台125kw绕线式电机,现场反映高速不够,低速也不够,工艺需要高速7～12/rpm,低速2～3/rpm,而现在根本达不到（车间戴师语）,而且都采用的是老式的接触器和凸轮机构来串入和切除转子回路电阻的调速方式,其弊端前面已经说过,整台设备的控制回路元件也已经在历次的维修过程中更换了60%,遥控操作台上的元件已经大部分脱落和损坏了,一旦有大的故障出现很难及时处理,影响生产任务完成。

　　（3）600T设备主驱动为一台60kw绕线式电机,其现状也同1000T的一样,故障率高,维修困难,而且都存在一个现有元件和原设备配套元件更换困难的问题。

　　（4）400T设备主驱动为一台63kw直流电机,其现状是启动运行调速还是可以。

就是原直流调速系统已经实在不能在继续工作了,故障率高是一个问题,主要是故障以后很难维修,因原系统是板卡级产品,功率器件也是大功率可控硅,板卡没有备件,性能差,可控硅特性差,无法获得四象限优秀的运行,现在车间只能凭经验修补,而且维修能力也不能满足。

普通的过载,过压可以凭经验维修,一旦功率管损坏,很难维修。

　　（5）500T设备分为两种;一种主驱动是直流电机,一种主驱动是绕线式交流异步电机。

共有4台,各是交流62kw两台,直流80kw两台。

其运行也存在和上面分析的一样的问题。

　　2改造方案简要说明

（1）对于绕线式电机我们建议采用串级调速的方法,可以直接取掉庞大的转子电阻,也可以取掉复杂的凸轮调速机构,大大简化原电路,提高调速性能,提高运行的可靠性。

（2）串级调速的优点是,既有绕线式电机的重载启动,和启动电流小的特点又有,A、具有高效率（节能）B、无级平滑调速C、较硬的低速机械特性。

　　（3）串级调速的又源逆变器采用纯进口德国西门子产品,保证大系统安全可靠运行。

　　（4）对于直流电机,我们建议采用全数字直流调速装置,对电枢电流和励磁电流进行调节,以获得好的调节特性。

参数设定是数字式的,维护方便,易懂。

　　（5）系统也建议采用德国西门子纯进口的设备。

安全可靠。

　　（6）主回路短路器,接触器,控制器件也建议采用进口最新产品,至少应采用合资企业的产品。

　　（7）取掉电阻箱和原主回路控制柜,另外配置一套主回路控制柜。

　　3改造中出现问题的一些解决措施的简要说明

（1）转子电路的特殊工作状态,会引起换流重迭现象严重。

（2）理论和实践证明串调系统电动机所能产生的最大力矩为异步电动机在正常接线运行时所能产生的固有最大力矩M的0.826倍,换句话说,采用串级调速后,电动机的过载能力损失了17.4%,对冲击性负载要有必要的措施加以改善。

　　（3）串级调速时应同时采取改善电网功率因数的措施,常用的改善功率因数的方法是在进线电网侧接入电力电容器来补偿,但应注意防止异步电动机与电容器之间产生自激现象和电网波形畸变严重时引起电力电容器发热烧毁。

需采取措施解决。

　　（4）异步电机的空载激磁电流约为电机定子额定电流的25%左右,这就意味着在电机中贮藏有很大的磁场能量。

若在转子回路断开状态时突然将定子电路从电网断开,将可能在转子回路中感应出异常的高压,引起变流装置硅整流元件电压击穿,甚至造成转子绕组绝缘损坏等严重事故。

因此在系统控制中一定要采取转子感应电压保护和停车顺序控制。

　　（5）出现低速电机发热问题,当然引起的原因比较复杂,主要是决绝问题的措施一定要有力。

　　（6）开车条件的满足是至关重要的:

①保护开;②飞轮刹车气压到;③润滑正常;因此连锁和互锁的条件一定要可靠。

建议采用PLC处理。

　　（7）当然还有一些小的问题这里就不一一说明了。

　　4系统组态及监控

　　根据系统的可靠性要求,我们选用了德国西门子公司的系统软件SIMATICWinCC作为操作站的软件开发平台,运行在WindowsNT上,用户界面友好,组态方便,能完成如下功能:

系统组态、数据库组态、图形组态、控制组态、报表组态等;运行在实时多任务、基于优先级调度的抢占式操作系统,完成如下功能:

画面显示、趋势显示、报警显示和处理、报表管理和打印、事故追忆、控制调节、控制运算、信号转换与处理、通讯管理等。

　　4.1SIMATICWinCC组态软件包

　　组态软件为用户供一个简便、适用、高效的工程平台,可实现用户的各种监控功能和监控策略。

其特点如下。

　　4.1.1实用性

　　组态范围及其广阔,从数据库组态到控制策略组态、从工况图形组态到报表组态,都可方便的实现。

通过组态工作,绝大多数过程控制场合的自控方案及功能需求都可实现。

　　4.1.2高效性

　　采用了国际上先进的组态思想,如在控制策略组态中遵循IEC61131―3国际可编程控制组态语言标准,同时向用户提供功能块图、梯形图及结构化文本语言等多种编辑方式,用户可同时选择这几种以最方便的手段生成自己的控制策略;在工矿图形和报表的生产过程中,采用所见即所得方式,直接描绘出所需的报表及图形组态。

　　4.1.3方便性

　　组态软件为基于WindowsNT界面,用户可利用鼠标,通过菜单操作,对话框的使用、窗口操作、工具箱操作、图符的拾取等标准的Windows操作方式,操作极为方便。

组态软件的界面为全汉字提示。

修改和运行维护都很方便。

　　4.2系统配置组态

　　系统配置组态指定了系统的硬件构成和配置参数,包括以下几点。

（1）确定各现场主控制器的类型、站号,是否冗余等信息。

（2）确定现场I/0模块的类型、站号、信息范围、量程范围、报警上下限等参数。

　　4.3实时数据库的组态

　　用来定义各项数据,在线运行软件中的信号采集与转换、报警、显示等任务依赖这部分数据运行。

即现场测控点与实时数据库中的数据项相对应,建立现场信号与组态软件变量之间的对应关系,有了这种关系,我们就可以不用编程轻松地实现操作站实时数据的采集、动态刷新和动态画面的显示。

　　4.4图形组态

　　图形组态工具软件可方便地绘制出应用系统所需要的各种总貌图、流程图、和工况图。

图形组态软件可灵活地生成多种动态显示方式。

　　4.5控制及算法组态

　　控制及算法组态用以生成系统所有回路连续控制算法、顺序控制算法、特殊处理算法及统计算法。

采用IEC61131―3国际可编程控制组态语言标准,提供了功能块图（FBD）、梯形图（LD）和结构化文本（ST）三中编程语言。

　　4.6历史库组态

　　历史库组态可方便地定义需保留的工位点、中间量点、采样间隔以及保留时间长度等。

　　4.7追忆库组态

　　追忆库组态通过离线的生成系统设置事故点、追忆点以及追忆时间,再由在线运行的追忆库管理任务完成追忆条件的检测和数据的记录。

　　4.8流程图生成

　　组态软件已提供了生成三维立体画面的图形库,可以很方便的绘制工艺流程图、报警画面、趋势图等图形界面。

这些功能是系统自带的,可以很方便的说明运行状态,事故发生位置,等。

　　4.9系统管理功能

　　系统管理主要完成对应用程序的总体结构进行定义,明确系统的配置及所具有的处理能力,生成系统库,完成系统下装功能。

　　4.10ATICWinCC监控软件包

　　监控软件实现在线的操作及监视等功能,运行于管控站或操作站中。

操作员通过专用薄膜键盘及轨迹球（也可采用触摸屏）,完成各种操作。

　　5性能保证、试验及监造

　　6技术服务、人员培训和图纸资料

（1）培训主要包括:

操作人员、技术人员两级培训。

（2）技术人员培训内容:

系统应用,SIMOREGDC―MASTER6RA70系统应用,矢量型变频器系统等。

　　（3）现场培训包括下列内容。

　　系统的基本知识和系统组成;系统的安装、检查、排除故障、在线联调和维修等。

　　（4）系统资料。

　　系统设备清单;系统硬件规格说明书;操作说明书（手册）;系统维护书册;软件说明书（手册）;部件原理图;机柜布置图;设备连接布线图;各种过程I/0端子接线图;应用软件组态内容的硬拷贝;配套设备的样本说明书;系统配电图;系统接地图;系统出厂测试大纲及测试报告。

　　7保证期及系统维护