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核心提示： 船电技术年第期串级调速系统在船厂安装型门座起重机上的应用顾毅黎明森周顺新武汉交通科技大学葛洲坝天顺断扶术研究助针对船厂安装型门座起重机电气传动控制系统，提出采用高效节能的可控硅申级调速方案，以改善
船电技术年第期串级调速系统在船厂安装型门座起重机上的应用顾毅黎明森周顺新武汉交通科技大学葛洲坝天顺断扶术研究助针对船厂安装型门座起重机电气传动控制系统，提出采用高效节能的可控硅申级调速方案，以改善整机的性能，特别是能较好地解决其它常规传动方案低速时调速性能差，能耗大，效率低等问题。
能够满足此类门座茸重机精确定位及硬特性宽调速的要求，且具有明显的节能效果。
关键词串级调速高效节能门座起重机引言近几年来，随着我国造船事业的发展，许多船厂需要较大吨位的门座起重机进行安装作业。
这种门座起重机要求作业时平稳可靠，有良好的低速就位性能，调速精度要求比较高。
以往这类安装型门座起重机的电气传动控制多以采用常规的转子串电阻调速，辅之以涡流制动器等调速控制。
从调速的技术性能和经济性能来看，这种方法有较多的不足之处调速有级调速比小冲击载荷大稳态精度低，且属于低效率的调速方法，调速越深，效率越低，所以必须寻求一种效率较高性能较好的绕线式异步电动机调速方案，以满足这类门座起重机频繁低速运行的工况。
交流可控硅串级调速系统就是这样一种性价比优，高效节能的交流调速系统。
虽然其调速性能比不上变频调速，但初投资较低，低速运行时节电率高，更符合我国的国情。
我校在为葛洲坝船厂以门座起重机进行技术设计时，我们对该机电气控制采用了交流可控硅串级调速方案，以改善整机的性能，可控硅串级调速装置选用宜昌市葛洲坝天顺新技术研究所研制开发的产品。
系统基本原理异步电机运行时其转子相电动势为一式中犷异步电机的转差率岛转子开路电动势式一表明，绕线式异步电动机工作时，其转子电动势几的值与转差率成正比。
此外，转子频率岛也与成正比，为定子电源频率。
在转子短路情况下，转子相电流工的表达式为厂一材式中凡一转子绕组每相电阻一在时转子绕组每相漏抗。
日期一船电技术年第期在绕线式异步电动机的转子回路中申入附加电阻，即增大凡可以实现电动机的调速，其原理是依靠附加电阻减少转子回路的电流也减少转矩引起电动机转速降低，然后再达到新的平衡。
按照同样的设想，在电机的转子回路中引入一个与转子电动势同频率的反向电动势如图所示，此时转子回路的电流表达式为转子电流也逐渐恢复增大，直到时转子电流又恢复到负载的原值，电磁转矩与负载转矩相等，电动机便稳定的运行于一个较低的新的转速上。
此时，式一2）与式一3）的平衡关系为凡E加一以，一了十了一止兰兰匕一立竺竺一万一创招了矛一一一一气升一。
图转子附加电势原理图由于转子电流与负载大小有直接关系，所以当电气传动系统带有恒定负载转矩时，可近似地认为不论转速高低转子电流也为恒定值，因此式卜2）与式等。
假定在未串入附加电动势前，电机原在的转差率下稳定运行。
当加入反相的附加电动势后，为取得式一与式一3）的相等，在电机转子绕组阻抗不变的情况下，电机的转差率必须增大，即转速必须降低。
其过程可描述为在引入反相附加电动势的瞬间，由于抵销一部分的转子电势几，转子回路的总电动势减少了，因而转子电流工随之减少，使加入民之后的电机电磁转矩因减少而相应降低，由于负载转矩未变，根据电气传动动力学，电动机便因电磁转矩的下降而减速，在减速过程中，随着电动机转速的降低，转子电势几二s逐渐增高，因而由此可见，我们只要改变这个附加的同电动机转子电压同频率的反向电势就可以对交流绕线式异步电动机进行平滑的调速，越大，电动机转速越低，理论上说，几乓时，电动机便停转。
这就是串级调速系统的基本原理。
应用可控硅有源逆变技术，可以产生与上述绕线式异步电动机转子电压同频同相的附加电势通过电子线路控制可控硅的导通角，便能方便地改变从而达到改变电动机转速的目的。
在调速的同时还可将转子的转差功率通过可控硅有源逆变器反送回电网或送到电机，从而在调速的同时达到节能的目的，且节能效果十分显著。
系统组成以门座起重机起升变幅旋转行走机构均采用由宜昌市葛洲坝天顺新技术研究所近年来推出的可控硅串级调速装置。
起升机构采用一台Yz电动机驱动变幅机构采用一台一扫电动机驱动旋转机构采用两台犯咫一电动机驱动行走机构采用四币电动机驱动。
下面主要以起升机构为例来介绍串级调速系统的组成。
图为城径门座起重机起升机构的主回路电路图，为起升机构电动机，为起升制动器，起升电动机其转子电势经三相不可控整流装置整流，输出直流整流电压工作在船电技术年第期逆变状态的三相可控整流装置工S除提供调速所需的附加电势外，还可将经流后输出的异步电动机转差功率逆变成交流，并回馈到交流电网或运行电动机上为平波电抗器拟为的给定触发装置，采用了能严格控制角范围能力的特殊触发器，实现电流和转速双闭环控制，其转速环速度信号采用无测速发电机的速度反馈电路，从电动机转子端取值。
调速给定信号直接由操纵台的主令控制器内置电位器给定，能实现平滑的无级调速。
由和组成的电路提供直流电源用于重载下降时通入起升电机定子绕组产生制动力矩。
系统设有短路欠压过载超速超负荷等保护。
尸一匡门丈…本牡口J飞一图门座起重机起升机构申级调速主回路图系统工作原理及特点起升机构控制分上升轻降重降满速四种工况。
上升时操作主令控制器，主令控制器内置电位器直接控制犯触发装置，来改变CR所产生的附加反相电动的大小，上升速度正比例于操作手柄的转角。
此时，其转差功率经回馈给起升电机。
需要运行于满速工况时，可控制得电，断开串级调速装置。
轻载下降时，其运行工况同上升工况，只是起升电机反转。
重载下降时，断开电动机定子三相电源，通入直流电，产生制动力矩。
同时，Rc将重载负荷的位能在电机转子上所产生的再生能量回馈到电网。
该系统起动平衡无冲击，串级调速装置不用附加电阻等设备可使电机从零速起动，省去了电动机转子侧的大功率电阻加速接触器等元件。
无级调速性能好，采用电流和转速双闭环控制系统，具有较好的机械特性，速度稳定性好，调速比可达1乙30以上。
节能效果好，主回路采用三相无零线式线路，除重载下降工况外，电机转差能量不回送电网，而是通过系统内部回馈给电机，避免了转差功率经较长线路送回电网，减少了线路压降损失，提高了节船电技术年第期电效果，同时在一定程度上减少了对电网的干扰。
起重机械应用的调速装置，通常要求满足下述特殊要求调速范围大，机械特性硬能满足位能负载的稳定调速，低速性能好可靠性要求高能耗低，效率高。
在起重机上应用交流调速装置最关键的问题是能否对具有位能负载特性的起升机构进行稳定调速，实现四象限运行，这也是电力拖动中比较特殊的问题。
如起重机在空钩或轻载下降时处于电动状态电动机工作在第三象限而重载下降时电动机必须加上制动力矩才能得到稳定的下降速度，此时电机工作在第四象限。
而我们所应用的这种位能型串级调速装置在设计时根据这一特殊要求作了一些相应的处理，当起升机构进行重载下降时，位能型串级调速装置使电机处于发电机状态，应用可控的制动力矩进行调速，实现稳速下降。
与此同时，有源逆变器将重载下降的大部分位能转变为电能送回电网，实现了能源再生。
在调速性能方面，为了满足起重机起升机构的机械特性及调速范围要求，位能型串级调速装置采用了多种自动控制技术，实现电流和转速双闭环控制，有效地控制及稳定转速，在提高调速范围的同时，使系统具有类似于直流他励电动机调压调速的硬特性。
在节能方面，串级调速属转差功率回馈型调速系统，转速越低，回收的功率越多，对于经常工作于中低转速下的安装型起重机十分适宜。
结论从以上的分析介绍中可得出结论，在造船用门座起重机设计研制中，采用上述的串级调速控制方案具有以下优点串级调速装置是一种定子恒压恒频供电状态下的转子交一直一交变频装置，具有较好的调速特性，同扔下变频装置相比，初投资低，节电率略高。
2）该装置可靠性高，应用多裕度技术，控制和反馈回路均采用低阻抗回路，抗干扰性能较好，对电源波动适应性强。
3）该装置价格虽比交流绕线式异步电动机转子申电阻调速装置高些，但该装置比转子串电阻调速在同工况下可节电既一既，且转速调得越低，转差功率回馈越多，节电越多，可从节能效益中收回投资。
申级调速有着可以在重载下降时将重物下降位能发电反馈的特点，而且在串级调速柜之外无需配备另外的制动电阻等部件，重载下降调速时变频是耗电，串级调速是发电节能。
综上所述，本文所介绍的串级锡速装置是一种高性价比，高节电性能和高可靠性的交流调速系统，具有广泛的适应性，比较符合我国的国情，是起重机电气控制系统实现无级调速，降低能耗较为理想的选择方案。
