导读
阐述了动力制动工作过程中制动电流不稳定的故障现象，对动力制动相关电路进行了诊断，并对提升机电控系统的干扰进行了分步检查。通过对故障的分析，找出了故障原因，使动力制动机正常工作，为处理类似故障提供了经验。
某矿副斜井提升机型号为JK2.52-20，其电气控制系统为交流系统。它主要采用逐步切断绕线式电机转子外电阻的方法来控制电机的转速和转矩。在运送人员和下放物料时，提升机往往需要以2.0 m/s左右的速度运行，提升机司机主要利用制动器来控制提升速度。长期运行后，制动间隙超标，制动盘挠度超标，存在安全隐患。制动块的频繁更换限制了提升机的正常运行。因此，有必要对动力制动电路进行改进。
主电源制动装置采用由两个晶闸管、两个二极管、同步变压器、调节控制板和触发脉冲板组成的可控桥式整流电路。在使用中，由于工作环境和电磁干扰的影响，电路板的工作性能不稳定，导致制动电流的随动性差，动力制动开闭环控制时控制困难，维护工作量大。因此，提升机司机在运送人员和下放物料时，很少再使用这种动力制动。
为了充分利用动力制动，保证提升机的正常运行，对动力制动电路进行了改进。改进后的动力制动采用SZMK智能数字整流模块代替原有的晶闸管整流装置，由三菱FX2N系列PLC控制动力制动的开环和闭环，从而为交流电机的定子绕组提供DC功率，从而进行动力制动。改进后的动态制动电路如图1所示，其工作原理为：交流380 V电源接入SZMK智能数字整流模块的交流端，当PLC向模块提供0 ~ 10 V电压控制信号时，模块的DC端输出0 ~ DC 380 V可调DC电压，通过动态制动接触器KM1进入电机定子绕组产生制动电流。
图1改进的动态制动电路
异步电动机实现动力制动的原理是：电动机的定子绕组从三相交流电网断开后，按照一定的连接方式接入DC电源。流过定子绕组的DC电流产生一个在空间上具有正弦基波分布的静态磁场。转子导体切割磁力线产生感应电势和电流，转子电流与磁场相互作用产生制动力矩，使异步电机在制动状态下运行。
开环控制主要用于提升司机使用动力制动运送人员和下放重物时。电力制动机投入使用后，通过两种方式来控制提升机的速度：一种是通过控制踩自整角机的角度来控制制动电流；第二，保持踏板自整角机角度不变，即制动电流(足够大)必须恒定，操作主命令手柄，切断转子外部阻力。由于斜井长度在900 m左右，仅通过改变自整角机的踏角来控制提升机的速度，因此提升机司机劳动强度大，提升速度的控制达不到理想状态。作者根据现场实际情况，采用第二种运行方式，即在一定情况下保持制动电流(足够大)，用主命令手柄手动切断转子外电阻，实现提升机速度的步进控制。这样，司机可以方便地操作，并根据工况随时控制提升速度。
笔者在调试中发现，动力制动投入后，切断第一级转子外电阻时，制动电流非常稳定，即使改变踏板角度，制动电流也很快达到稳定状态。但在制动电流(足够大)保持不变的情况下，电机转子外电阻切除到第2级或第3级(最多切除到第4级)后，制动电流会瞬间增大或减小，导致提升机下降时运行速度不稳定，影响提升机人员和物资的正常运输。起初认为是提升机司机没有踩稳踏板，导致制动电流减小，提升速度增加。然后，他深踩踏板，提升速度下降，导致提升速度不稳定。经过反复测试，已经证明只有当第二级或第三级转子的外部电阻被移除，同时保持踏板在某个角度时，制动电流才会瞬时波动。
制动电流不稳定导致提升速度不稳定。为了找出制动电流不稳定的原因，对电源、主电路接线、电源制动接触器KM1、SZMK智能整流模块逐一检查，以便找出原因。
用数字万用表测量整流模块进线A、C相电源。动力制动未投入时，测得进线电压为AC 396V当动力制动投入运行，制动电流为20 A左右时，测得进线电压为AC 396 V，根据测得的电压值可以看出，进线交流电源稳定，可以消除进线电压不稳定对制动电流的影响。
(1)接触器线圈电路的检查。操作几次电源制动接触器KM1的合闸按钮，观察接触器的合闸情况和动作声音是否异常。
(2)检查接触器的主触点。接触器闭合时，用万用表测量主触头的导通情况；接触器释放后，检查其主触点的接触面是否错位、氧化或烧痕。
经仔细检查电源制动接触器，未发现异常情况。如前所述，当脚在踩踏板时，只有当第一级转子的外部阻力被移除时，制动电流才能随踩踏板角度稳定地变化。经过一个班次的仔细观察，制动电流可以随着踏板角度的变化而变化，并且非常稳定，从而消除了动力制动接触器对制动电流的影响。
从图1可以看出，DC电源依次经过续流二极管D、限流电阻R1、电压表V、分流器FL和过渡端子，所以要分别仔细检查其接线和自身器件。经检查，未发现异常。根据制动电流不稳定的情况，消除了主回路接线对制动电流的影响。
图2是智能整流器模块的控制电压信号产生的示意图。
智能整流模块的控制电压信号由三菱FX2N-2DA专用功能模块控制。上位机监控三菱FX2N-80MR PLC程序中FX2N-2DA数模(D/A)通道的数字量。当转子外电阻截止到第二极或第三极时，数字量波动，从而影响数模转换后的电压信号波动。因此，PLC中的FX2N-4AD模数(A/D)通道的数字量继续被监控，并出现相同的波动。根据FX2N-2DA模块与FX2N-4AD模块的信号传输关系，控制信号的波动主要是由FX2N-4AD通道外部输入信号的波动引起的。
(1)输入信号的干扰在FX2N-4AD模拟输入信号通道上并联一个0.47F的电容来消除干扰。再次试运行后，制动电流仍然瞬时波动。如果模拟输入信号并联510 k电阻，故障还没有排除，再单独并联电容或电阻，效果变化不大。
(2)提升机的接地系统相互干扰。电控设备和机械设备的外壳重新接地，接地极单独制作。效果是微弱的。
根据以上分析，输入信号的波动是由提升机司机踩踏板不稳和控制信号干扰两种情况引起的。如果电梯司机没踩踏板，输入信号不稳定，有些不符合事实。因为电机制动电流特别稳定，不需要切断2级或3级电阻，只需要踩下踏板，所以可以消除电梯司机人为原因造成的输入信号不稳定。如果是干扰和接地系统问题，干扰和接地已经按要求处理了，应该没有问题。
图2智能整流模块控制电压信号产生示意图
但再次观察制动电流和输入信号时，偶然发现控制台上的交流220 V指示灯只有在投入动力制动时才微微闪烁，其亮度随着制动电流的增大而增大。但电机正常用高压6 kV充电时，指示灯正常。那么，是什么原因导致只有在动力制动投入运行时，指示灯才会微微发光呢？笔者用数字万用表测量指示灯上的电压，微亮时，大约有交流13 V电压。最后用电笔检查指示灯上的电压，发现只有在电力制动投入时才带电，说明变压器中性线带电。
导致变压器中性线带电的原因有两个：一是三相电力变压器连接的负荷不平衡；二、变压器中性点和接地线开路。现场检查表明，电力变压器三相负荷不平衡的情况属实。除了液压泵和润滑泵电机，控制回路中的交流220 V电源也造成了变压器的三相负载不平衡，主要原因是动力制动装置整流模块所需的A、C两相交流380 V电源。经进一步检查，发现电力变压器二次线电压和相电压只有在电力制动机未投入运行时才正常。电力制动机一旦投入运行，变压器辅助边线电压和相电压立即超过正常值。检查电力变压器二次侧中性线和接地线后，发现并未连接。至此，对中性线带电原因的分析和判断得到了证实。
为了消除电力变压器中性线在负载不对称情况下带电的现象，变压器中性线与接地系统之间采用等电位连接。变压器经过处理后，测量变压器在空载、有载、动力制动条件下，各相输出电压均在AC 219 V左右，三相电压基本平衡。
当电机再次进入动态制动测试时，无论转子外部电阻的任何电阻如何，当电机制动电流保持恒定时，制动电流都非常稳定。至此，制动电流的瞬态波动问题得到解决。
交流传动提升机的动力制动，借助PLC，动力制动的开环和闭环控制以开环控制为主。在开环控制模式下，首先保持足够大的制动电流，通过切断转子的外电阻来控制提升机的运行速度。制动电流不稳定在实际使用中时有发生，主要是由于供电变压器中性点没有正确接地，导致负载电压和电流不平衡，导致制动电流不稳定。因此，在日常使用动力制动时，要注意，对于单卷筒单绳缠绕提升机，在下放重物和运送人员时，采用保持足够制动电流和切断转子外电阻的方法，充分利用动力制动的机械特性，便于控制提升机的运行速度，同时对减轻提升机司机的劳动强度和制动块、制动盘的磨损有重要作用。作者对多台单卷筒单绳缠绕式提升机采用了上述动态制动控制方式，取得了良好的效果。
来源：矿机之家
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