窑尾小车电气传动不稳定的问题分析及改造措施

莱钢集团矿山建设有限公司60万吨球团厂的窑尾小车电气传动系统采用电磁抱闸进行机械制动，摩擦片磨损快，停车时，窑尾小车时常出现振动和打滑等不稳定问题。
【窑尾小车电气传动不稳定的问题分析及改造措施】文章分析了窑尾小车电气传动系统不稳定的原因，采用变频调速的直流制动功能新方法，选用施耐德电气公司的ATV71系列变频器，构建了新的电气传动系统，有效地克服了摩擦片磨损和电磁抱闸制动延时问题。实际应用表明，该系统运行可靠稳定、稳定，解决了窑尾小车振动和打滑问题。

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回转窑尾部漏料提升机（窑尾小车）是链箅机-回转窑法生产球团不可缺少的设备，承担将铲料板下漏的未经焙烧的球团提升到回转窑内进行焙烧的任务。莱钢集团矿山建设有限公司60万吨球团厂窑尾小车的拖动电机采用的是带电磁抱闸制动的电动机，由摩擦片来进行强制制动，摩擦片磨损快且故障率高。
在高速状态下停机时，窑尾小车时常出现振动和打滑现象，定位不准，甚至飞车，严重影响设备和人身安全，不得不停机进行检修和维护。采用变频调速传动系统后，改造后运行稳定，定位准，故障率低，大大降低了运行维护费用。
不稳定性分析
窑尾小车电磁抱闸制动器主要由制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。制动电磁铁由铁心、衔铁、线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。电磁抱闸制动电路图如图1所示。

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图1 电磁抱闸制动电路图
电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈L(L是一个大电感)也得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机带动窑尾小车正常运转。当电源电压为正半周时，电源通过二极管VD1向线圈L提供电流，当电源电压为负半周时，电源不再提供电流，而是由线圈的自感电动势使电流通过续流二极管VD2继续流动。
电动机断电停车时，交流接触器KM1失电，绕组L的自感电动势通过续流二极管VD2进行放电，通过短暂的续流后L完全失电，电磁抱闸制动由于弹簧力的作用，闸瓦抱紧闸轮，电机停机，窑尾小车停在指定位置。压敏电阻RP1，是防止在续流二极管电路一旦发生接触不良等故障时，进行线圈保护。
由于通过续流二极管VD2进行续流，具有短暂的续流时间，线圈L失电与电动机断电停车有一短暂延时时间，同时弹簧也有一定的延时，导致电磁抱闸制动延时，窑尾小车很难精准停车。通过闸瓦的摩擦片制动闸轮进行强制机械制动，摩擦片磨损快且严重，快速制动时会产生振动，检修频繁，维护费用高，一定程度上影响到生产稳定和产能提升。
改进型变频调速传动系统分析
采用变频调速传动系统对原窑尾小车电气传动系统进行改造，可以利用变频调速的直流制动功能，使电磁抱闸制动器的得电松开和失电抱紧的过程都在直流制动状态下进行。
电磁抱闸制动器在闸瓦抱紧闸轮过程中，电动机已停止转动，不存在闸轮摩擦片的磨损，可以大大降低故障率和维护费用。改进型变频调速传动系统电气控制电路如图2所示。原电磁抱闸制动器和电动机共电源的联接线须改动，通过加装接触器KM2与电源相接。

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图2 电气控制电路
变频器的输入、输出端子的功能预置如下：X1端子为正转；X2端子为反转。变频器的正、反转运行端子X1（KF）、X2（KR）要和电磁抱闸制动器的接触器KM2相配合，故正、反转控制由继电器KF和KR来执行。输出端子Y1预置为频率检测水平。
变频器控制参数确定及系统运行分析
改进的窑尾小车电气传动系统选用施耐德公司ATV71系列变频器，功率为11Kw，该变频器具有多种可扩展接口供选择，与DCS接口易实现，通过主控室组态进行实时监视，可在线编程，参数设置方便，参考变频器编程手册设置运行参数，如图3所示。

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图3 变频器运行设定参数
正转启动时， KF闭合，KM2也闭合，电磁抱闸制动器闸瓦开始松开。变频器获得启动指令后，首先执行启动前的直流制动。闸瓦松开时间一般在0.6s以内，可将启动前直流制动的时间预置为1s 。如此，闸瓦松开过程是在电动机未转动的过程中进行的，不存在闸瓦磨擦片的磨损问题。频率检测水平预置为5Hz，当变频器的输出频率上升到5Hz以上时，继电器KA得电，触点KA闭合使线圈L保持得电。
停车时， KF断开，变频器的输出频率按预置的减速时间下降，当下降到直流制动的起始频率16 Hz时，开始进入直流制动过程，变频器的输出频率降为0Hz，KA断开，线圈L失电，电磁抱闸制动器闸瓦开始抱紧。由于电动机已提前开始直流制动，闸瓦在抱紧过程中，电动机已停止运转，所以不存在闸瓦磨擦片的磨损。电动机反转运行和停车原理与上述分析一致，不再赘述。
结语
应用变频调速技术对窑尾小车电磁抱闸制动系统进行处理后，闸瓦摩擦片基本没有磨损，制动迅速，制动延时问题得到了解决。经过1年的运行结果表明，窑尾小车运行稳定，不会产生振动和打滑，定位准确，没有出现故障，大大降低了检修频率和维护费用，达到了改造预期效果。

编自《电气技术》，原文标题为“窑尾小车电气传动不稳定性分析及其改造”，作者为邓树良。