CN2539350Y - 交流调压调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种采用测速发电机作速度反馈的交流调压调速装置，向电机定子提供一种电压可变的电源和测速电机构成闭环，进行电动机的调速控制。由10个晶闸管组成正反转供电电源功率模块。控制回路分成四块电子线路插板组成。还设有防溜钩控制，当指令信号发出时，必须有电机的电流信号，才能开放抱闸，有效地防止了溜钩危险。本装置还具有多种功能设置，可保证电机实现平滑加减速、平稳切换，对机械冲击小，运行安全可靠。本装置很适用于起重机的卷扬走行装置驱动电机的调速控制。

Description

交流调压调速装置

技术领域

本实用新型涉及用于起重机等的载荷吊挂元件或装置，是一种采用测速发动机作速度反馈的交流调压调速装置。

背景技术

交流调压调速装置广泛应用于三相绕线式异步电动机的调速，主要应用于起重机电动机的调速控制。其控制方式主要采取两种方式：第一种方式是采用转子电压反馈的闭环控制，其缺点是系统响应速度较慢。特别是在正反向切换时，有1-1.5秒的运行方向判别过程。第二种方式是采用测速发电电机作速度反馈的闭环控制，具有调速范围宽、静差小等优点。同时本装置具有安装容易、接线简单。可以省掉繁锁的继电器控制柜，又方便、安全在起重机系统中被广泛的应用。如有些企业使用德国ABB公司的调压调速装置作为起重机的调速控制装置，但该装置设计不合理，给维修造成很大不便，且其给定信号和抱闸无联锁信号，当给出方向信号时抱闸立刻打开，如果此时发出给定信号突然丢失，可造成溜钩事故。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用测速发电机作速度反馈的交流调压调速装置。

本实用新型采用的技术方案是采用测速发电机作速度反馈。本装置的主回路和控制回路集中在一个控制箱中，主回路采用晶闸管反并联组成正反转供电电源的功率模块；控制回路分为几块电子线路插板组成。本装置向异步电动机的定子提供一种电压可变的电源和测速发电机构成闭环，进行电动机的调速控制。本装置采用交流380V三相电源输入，晶闸管由触发脉冲控制，通过电子线路组成的触发器去触发各个晶闸管，改变晶闸管的触发相位角，使输出电压从0V到额定电压连续可调。本装置的电流调节器控制触发脉冲的相位，限制电动机的最大起动电流，电流给定值大小由速度调节器输出给定，通过调整速度调节器的限幅值，来整定最大电流限幅值。抱闸开放增加了电流控制回路，当指令信号发出时，必须有电动机的电流信号，才能开放抱闸。

速度给定值可连续变化或分级给定，为了防止在快速拉动操纵杆时速成度变化太大对机械冲力较大，本装置配有斜坡发生器，使速度能平滑化，为了使下降方向的转子损耗降到最小，当重物负载全速下降时，控制回路可使电动机工作在超同步状态下，电动机工作在发电制动状态所产生能量反送到电网中。本装置还设有堵转保护，当发生堵转时，系统可自动停止工作。并设有内部电源保护装置，当内部电源故障时，系统自动停止工作。

本装置的有益效果部分请容在后阐述。

附图说明

图1为本装置工作原理图。

图2为本装置的主回路简图。

图3为本装置的斜坡发生器电路图。

图4为本装置的速度给定装置电原理图。

图5为本装置的速度调节器工作原理图。

图6为本装置的电流调节器工作原理图。

图7为本装置的逻辑切换电路工作原理图。

图8为本装置的超同步速度控制电路图。

图9为本装置的力短故障保护回路原理图。

图10为本装置的脉冲触发回路原理图。

图11为本装置的防溜钩控制电路原理图。

图12为本装置的控制箱的正视图。

图13为本装置的控制箱的顶视图。

具体实施方式

本实用新型设计人推荐如下实施例。本实施例是按本实用新型中示出的工作原理框图进行实施的，请参见图1，图中A为控制装置，B为给定指令，C为电动机，D为抱闸，E为测速发电机，F为转子电阻，G为转子接触器，H为限位装置。

电流互感器1连接电流反馈器2，电流反馈2连接至电流调节器3，电流调节器3分别又与速度调节器4、触发脉冲装置5连接，速度调节器4与给定积分器7相连，触发脉冲装置5与晶闸管6相连，晶闸管6输出一定电压至电动机C，给定积分器7顺序与指令给定装置12、11、10相连，给定指令B分别连至指令给定装置10和逻辑单元8。逻辑单元8还分别连接设定单元9，指令给定装置12、给定积分器7、速度调节器4和电流调节器3、抱闸接触器13、转子切电阻接触器14及限位装置H，同步信号15连接在电源与触发脉冲装置5之间，由电源16供给电源。抱闸接触器13输出至抱闸D，二个转子切电阻接触器14分别各自输出讯号至转子接触器G，转子接触器G连至转子电阻F，转子电阻F是与电动机C的转子相连。

下面对各主要部件分别作进一步说明。

主回路的组成，请参见图2，本装置的主回路由10只带散热器的单向晶闸管采用反并联形式组成的可逆的三相调压电路，组成正反转供电电源的功率模块。功率模块被置于控制箱后底板的上部。

斜坡发生器为电动机提供匀加速或匀减速，以减少机械的冲击，减小起动电流，使电机能平稳的加速或减速，本装置中是按0-10秒设计的，其电路图参见图3。

速度给定装置，请参见图4，速度给定共分三个端输入，X_1∶2端为线性输入，X_1∶1端输入为带有死区非线性输入，X_1∶3端为阶跃给定输入。一般情况要求起动速度平稳冲击小，采用X_1∶2和X_1∶1端输入，当要求快速起动时，可采用X_1∶3的阶跃信号输入。图4中K₁至K₅为电子开关，其K₁闭合时为10％的速度，K₁、K₃闭合时为25％的速度，K₁、K₃、K₄闭合时为50％的速度，K₁、K₂、K₃、K₄闭合时为100％的速度。当需要快速起动时以X1∶3端加0-10Y的阶跃给定，当速度大于25％时K₅闭合，放大倍数为1。图4中A1、A3、A5放大器为电压跟随器，以提高输入阻抗和降低输出阻抗。

速度调节器，请见附图5，采用比例积分形式，并在反馈输入端设有微分反馈，以提高系统的稳定性和减小超调量。由图5中电位器W₁、W₂、二极管D₁、D₂、电阻R₁、R₂、R₃、R₄组成正反向限幅电路，W₁为正向限幅调整，W₂为负向限幅调整。由R₀、C₂、W₃组成的微分反馈电路可以提高系统的稳定性，减小其超调量。

参见图6，电流调节器是用来限制电动机的起动电流，并保证电动机在起动、加减速过程中为恒加速或恒减速，保证电动机起动或减速时速度平稳，冲击小。电流调节器采用积分调节器，输入采用绝对值放大器恒负输入，输出电压为+10V--10V，其对应触发角为0-180°，电流输出器输出+10V时为封锁状态。电流调节器的限幅采用二个10V的稳压管来实现，由于交流电动机在低电压低速行动时稳定性不太好，采用电阻、电容和二极管组成的自适应调节单元，当电动机处于低速时，积分时间常数为15MS，动态响应快；当电动机处于速度较高时，二极管导通，积分时间常数为30MS，动态响应变慢，保证系统运行稳定。

逻辑切换电路根据速度调节器输出，控制绝对值发生器使其输出恒负，即保证电流调节器的输入恒负，同时选择正组和反组可控硅工作，当正组工作时电动机正转，反组工作时电动机反转，并控制速度调节器和电流调节器的封锁与开放。请参见图7，逻辑切换电路由极性转换单元和延时环节组成，极性转单元具有回环特性和正反馈环节，可以提高抗干扰能力，防止误动作的产生。延时环节可以防止可控硅在切换过程中，由于电感元件的滞后使其输出电流不能瞬时为零，而造成的换流失败而引起的短路事故。延时环节由图7中的D₁、R₆、C₁组成，当A₂放大器输出从0-1时，经延时送至A₃放大器输入端；当A₂输出从1-0时不经延时送到A₃的输入端。本例中延时时间为8.2MS。当电动机正转时，速度调节器的输出UST为负，经A₁、A₂放大器使X_23∶8端延时输出高电平，X_23∶9端输出低电平电机正转。当电机反转时UST为正，X_23∶8端瞬时变为低电平而正组关断，X_23∶9端8.2 MS延时输出高电平，使反组开放。

对于起升机构在高速下降时为了减小损耗，通过超同步速度使卷扬电动机工作在超同步状态，卷扬电动机处于发电制动状态，电动机可在110-120％的额定速度上运行。请参见图8，它是超同步速度控制电路图。在行车卷扬处于提升方向时，速度给定ng为正值，A₃放大器输出为正值，电子开关K₁、K₂打开，超同步控制不起作用。当卷扬处于下降方向时，速度给定ng为负值，当速度给定值大于超同步速度设定值时，A₃放大器为低电平。其中W₁电位为超同步速度设定值可以为80-120％的额定速度连续可调。当实际速度ng达到超同步速度时，放大器A₂输出低电平，电子开关K₁、K₂动作，-15V电压通过R₅加到速度调节器，使其饱和，同时K₁闭合将积分电容短接，此时速度调节器为一比例环节，电流调节器输出最大，可控硅导通，输出电压最大，电机进入超同步运行。

下面再阐述一下力矩故障保护，力矩故障保护是通过监控速度给定值和速度的反馈值之间的偏差来完成。主要用于电动机堵转和过载保护。参见图9，其偏差值大小通过图9中的调节电位器W₁来实现，当偏差值大于设定差值时，继电器K₁延时动作切断控制器，其延时时间可通过电位器W₂来调整，延时时间为0.15-1.5S连续可调，当系统处于正常工作状态时速度给定值ng和速度反馈值nf基本相等，放大器A₁输出为0V，A₂、A₃输出为0V，力矩保护部分不动作。当电动机过载或堵转时，电动机的速度实际值和给定值就形成了偏差，当其偏差大于设定值时，A₂或A₃放大器输出高电平，通过R₁₀C₁延时动作，驱动K₁继电器动作。如在该延时时间R₁₀C₁之内过载现象消失，转矩保护可以不动作，因为行车的瞬时堵转现象经常发生，此单元是防止转矩保护环节频繁动作，影响正常生产。延时时间设定由W₂电位器来调整。

晶闸管脉冲触发回路采用正弦信号作为比较电压的触发电路，比采用锯齿波触发电路精密度高，相间的触发角误差小。请参见图10，脉冲触发回路由脉冲调制装置和脉冲形成电路组成。脉冲调制装置的作用是通过提高脉冲的频率来减小脉冲变压器的损耗，从而减小脉冲变压器的体积，提高工作效率。通过图10中A₄方波发生器产生一个100KHz的方波通过图10中的A₃功放装置，使其输出脉冲为一个调制频率为100KHz的调制脉冲加到变压器的初级绕组，触发晶闸管。脉冲形成电路主要通过A₁、A₂放大器和D₁C₁组成，通过A3功放并调制后，送往脉冲变压器去触发晶闸管，通过改变输出电压的大小可改变移相角。

本装置还设有防溜钩控制。抱闸开放增加电流控制回路，当指令信号发出时，必须有电动机的电流信号，才能开放抱闸。有效的防止了发生溜钩的危险。请参见图11，由电动机两相电路上互感而得的信号分别经绝对值放大器放大和最大值选择后，经再放大后，经非门形成电流反馈信号送至与门。动作指令信号的发光信号经光耦转为电信号经或门输出后送到与门。与门在收到两路信号后，才通过电子开关使继电器动作开放抱闸，并由指示灯发出状态指示。

本装置的主回路和控制回路都集中在一个正面为470毫米×750毫米，深度为300毫米的长方体控制箱中，控制箱的后底板上部放置主回路晶闸管正反转供电电源W功率模块。控制回路分成四块电子线路板，分别为控制功能电子线路板、调节控制电子线路板、脉冲控制电子线路板和逻辑控制电子线路板，其中脉冲控制电子线路板前置式地置于控制箱后板下部；而其它三块电子线路板置于控制箱的中层底板上。请见图12和图13，控制箱表面具有通风窗，在面板上具有复位按钮及指示灯孔。

最后，再阐明一下本实用新型的有益效果。1、脉冲控制电子线路板安装为前置式，可方便拆卸，有利维修。2、抱闸开放增加电流控制回路，当指令信号发出时，必须有电动机的电流信号，才能开放抱闸，有效地防止了发生溜钩的危险。3、本装置具有有级调速，又增加了无极调速控制，电动机的加减速时间采用斜坡发生器控制，实现平滑加速与减速，对机械冲击小。在电动机制动时，可使电机速度几乎降为零，从而减少机械抱闸的磨损。正反转切换实现无触点控制，切换平稳。4、本装置还具有超速、过载等多种保护功能，可保证电动机的运行可靠和安全。5、本装置很适用于起重机的卷扬、走行装置驱动机的调速控制。

Claims (3)

1、一种采用测速发电机作速度反馈的交流调压调速装置，主回路和控制回路集中在一个控制箱中，其特征在于主回路采用晶闸管反并联组成正反转供电源的功率模块；控制回路分为若干块电子线路插板组成；本装置采用交流380V三相电源输入，晶闸管由触发脉冲控制，通过电子线路组成的触发器去触发各个晶闸管，改变晶闸管的触发相位角，使输出电压从0V至额定电压连续可调；本装置的电流调节器控制触发脉冲的相位，限制电动机的最大起动电流，电流给定值由速成度调节器输出给定，速度调节器的输出限幅由电流外部限幅电位计来调整；抱闸开放设置有电机电流控制回路。

2、如权利要求1所述的交流调压调速装置其特征在于所述的主回路由10只带散热器的单向晶闸管组成正反转供电电源的功率模块。

3、如权利要求所述的交流调压调速装置，其特征在于所述的抱闸开放设置的电机电流控制回路，是由电机两相上互感器而得的信号分别经绝对值放大器放大和最大值选择器后，经再次放大后经非门形成电流反馈信号送至与门；动作指令信号的发光信号经光耦转为电信号后传送经或门后也送到与门；与门在收到两路信号后，才通过电子开关使继电器动作开放抱闸。

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