一、概述

　　宝钢炼钢厂废钢桥式起重机主要负责废钢起吊以便向转炉供料，该设备24h连续工作，一旦停止运行会直接影响转炉炼钢生产。该桥式起重机电气控制系统是1985年引进日本安川公司生产的调压调速控制产品，经20多年在100%负荷率下运行，见已出现许多问题：

　　(1)主起升机构电机为绕线式电动机，通过可控硅调节电机定子交流电压和改变电机转子电阻相结合的方式进行调速控制，其他系统均采用继电接触器控制，接触器动作频繁(年均百万次)，故障率高，且备件消耗量大；
　　(2)转子用电阻器长期处于发热状态，故障多，电阻器发热消耗大量能源，粗略测算年耗电十几万度；
　　(3)受当时控制水平所限，定子调压系统采用模拟控制方式，技术落后，备件很难采购。同时由于分离元件寿命短、离散性高，影响调节系统的稳定性，因而须经常调整控制系统参数，模拟系统参数调整较麻烦，时间长，常常影响设备正常使用；
　　(4)测速发电机的速度反馈装置故障率高，占整个调速系统故障的80%以上；
　　(5)很多元器件老化，故障率高，滑环、接触器、电阻器等故障频繁；
　　(6)部分元器件厂家己停产，无备件更换；
　　(7)整个控制系统耗能大，不利环保节能。

　　二、主要改造方案

　　(1)将定子调压调速系统改为带电能反馈的节能型变频调速系统；
　　(2)取消转子电阻，取消接触器控制；
　　(3)采用直流母线方式、传动系统整流回馈装置和逆变器进行控制；
　　(4)改造绕线式电机，使之能用于变频控制；
　　(5)桥式起重机变频调速控制系统一直由外商提供技术和产品，考虑现场改造的技术难度和复杂性以及进口设备高昂的价格，本次改造充分结合现场条件，参照目前最先进的AFE变频调速系统，采用关键元器件引进、自主技术集成的改造路线，以降低成本。

　　三、改造方案的技术分析

　　1、电机特性分析

　　(1) 电机工作原理及特性

　　三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机和三相异步变频电机均属于交流异步电机，具有相同的工作原理，即电机通电后，定子形成旋转磁场切割转子绕组形成转子电压和转子电流，定子磁场与转子电流相互作用形成电机电动力矩

　　M=CMφI2cosφ2

　　普通三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机在50Hz工频下直接起动时，由于cosφ2很小，所以M不大。变频器控制电机在设定的频率和电压下起动时能得到较高的cosφ2和I2，起动力矩较大。

　　(2) 变频装置控制普通绕线电机

　　变频装置提供的电压是接近正弦波的方波脉冲，变频电机就是基于方波脉冲设计铁心和绕组的，变频装置控制变频电机能得到较宽的调速范围(1：50)和较少的损耗；而变频装置控制普通绕线电机只能得到较窄的调速范围(1：10)和较多的损耗，但损耗的增加一般不大于2%~5%，对电机发热影响不大，而对于桥式起重机，调速范围1：10足够了。因此在桥式起重机上采用变频器控制普通绕线电机完全可行。

　　(3) 主起升机构电机

　　宝钢炼钢厂25t废钢桥式起重机主起升机构电机为160kW、585r/min、100%ED工作制电机，F级(155℃)绝缘耐热等级，主起升机构运行速度30m/s，起重量25t(含电磁吸盘自重10t)。
　　起升机构静功率
　　P=(Q+W)V/(6.12η)=25×30/(6.12×0.9)=136.2kW

　　可以看出满载时静功率小于电动机额定功率160kW，桥式起重机的动态转矩很小，主起升机构三相异步绕线电机最大转矩是额定转矩的3.39倍。因此采用原160kw二相异步绕线电机作为起升机构的拖动电机无论起动还是运行都没有问题，也通过了发热计算。

　　2、调速特性分析

　　(1) 主起升机构变频调速主传动部分的改造

　　本次改造3号25t桥式起重机主起升机构的焦点之一是成套引进还是自主集成。用户希望改造后能达到西门子最新产品AFE变频调速系统的性能，而西门子公司成套进口的AFE变频调速柜国内应用极少，且AFE变频调速系统的设计、制造、调试全部由德国西门子总部的工程师完成，国内熟知AFE变频调速装置工程师很少，西门子技术支持工程师认为AFE变频调速不可分拆，否则风险太大，国内外没有这样的先例。基于对变频调速技术的广泛应用及对现场工况的了解，在用户的支持与配合下，我们采用自己设计、自主集成、关键元器件选择国外产品的改造路线。