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变频调速在天车上的应用研究

作者：常海吉杜奇超

来源：《沿海企业与科技》2007年第09期

［摘要］文章论述变频调速的原理、变频调速的优点和ABB调压装置的不足，并对变频

调速取代转子串电阻调速的理论依据进行可行性分析。

［关键词］变频调速；变频器；恒转矩；天车

［作者简介］常海吉，安钢第一炼轧厂电气助理工程师，河南安阳，455004；杜奇超，安

钢第一炼轧厂电气工程师，河南安阳，455004

［中图分类号］TH16［文献标识码］A［文章编号］1007-7723（2007）09-0047-0001

目前，天车的调速是通过绕线异步电动机转子串电阻来实现，即不同的转子电阻，理想空

载转速n1（同步转速）不变，电动机的最大转矩也不变，但临界转差率Sm却随着转子电阻的

增大而增大，从而实现调速。这种调速控制简单，容易实现，投资少。但低速时损耗大，不能

平滑调速。变频调速是取代接触器及电阻箱的模块化调速，具有故障自诊断功能，响应速度

快，调速平滑，是一种比较理想的调速方法。

一、变频调速原理

异步电动机的转速n＝60f（1－s）/p

其中：f——电源频率

——S转差率

——P电机极对数

可以看出，改变频率f可以改变转速n。

对异步电动机而言，电动机定子回路的电压平衡方程式为：

Ｕ≈Ｅ＝４.44ｆφｍｋ∝ｆφｍ

1ｗ1ｗ1

其中：Ｕ——定子电压

Ｅ——定子电势

1

ｗ——定子绕组每相串联匝数

1

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φ——气隙主磁通

ｍ

ｋ——定子绕组的绕组系数

ｗ１

变频调速在改变f的同时，要求改变定子电压U，以保持气隙主磁通φｍ不变，从而保持

电动机的过载能力不变；否则，将引起气隙主磁通的变化，当气隙主磁通增加时，会引起电动

机磁路过分饱和，定子电流会急剧增加，影响电动机的负载能力。变频调速的理论依据正是在

保证电动机的过载能力不变情况下，依据不同的负载，对f和U按一定的比例调节。天车中的

负载是恒转矩负载，负载转矩与Ｕ和f的比值成正比关系，当f增加时，Ｕ增加，电磁转矩大

于负载转矩，电动机加速运行；否则，电动机减速运行，当U和f的比值不变时，电磁转矩等

于负载转矩，电动机匀速运行。

二、天车运行分析

以安钢第一炼轧厂200T天车主起升为例，采用ABB定子调压和转子串电阻相结合方式进

行速度调节，电动机启动时低电压全电阻控制，低电压由ABB调压装置提供，启动后由ABB

调压装置和转子切换电阻共同控制电动机速度，属于有级调节；运行中，通过对测速发电机信

号的检测完成对电动机的失速控制。

系统提供对ABB调压装置限流保护的熔断器以及检测主回路缺相或断线的电压监测继电

器。该控制方式的不足：（1）ABB调压装置属于可控硅调压调速，过载能力低，控制有死

区，且不能单独完成调速过程，保护速度响应慢（需要经过测速发电机的反馈）。（2）转子

串电阻回路没有保护与检测，当回路出现短路、断路、接地时，容易损坏电机。电阻切换是有

级切换，速度调节不平滑，电流常发生突变，容易损坏转子滑环、炭刷和电器控制元件。

三、改造方法及优点

采用变频调速恒转矩控制方式，取代ABB调压装置，将转子短接，失速控制可以由转子

上的失速开关直接控制。控制中，只对相关参数进行设置或修改，就能获得需要的速度。采用

变频调速具有以下优点：（1）控制线路简单，调速平滑。（2）有故障自诊断功能，内部设置

有过电压、过电流、短路、接地等保护，保证运行的可靠性。（3）控制元件采用IGBT，过载

能力高、速度响应快。

总之，变频调速是一种先进的控制方式，其采用的IGBT具有通态压降小、断态阻抗大、

开关频率高等优点，使得变频调速在高速传动中具有无可比拟的优势。