码垛电磁铁上的直流调速系统分析

摘 要： 简要介绍直流调速系统在码垛电磁铁上的应用及其四象限运行的原理。

关键词： 直流调速；电磁铁；四象限

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310193－01

1 简介

莱钢型钢厂大H生产线年设计生产能力100万吨，主要生产翼缘最大高度400mm，腹板最大宽度900mm范围内的多个规格的H型钢、及36#-63#所有规格的工字钢。为了将成品码垛成捆，在定尺机之后配置了三台码垛机，其电磁控制系统运行信号来自上位机（西门子PLC）的控制信号。为了与上位机进行有效通讯，传动部分采用的是高精度、高稳定性的西门子全数字直流调速装置6RA70。控制部分采用西门子可编程控制器SIMATIC S7-300。该系统控制方式分为手动和自动模式，在发生通讯故障的情况下，码垛机可以通过手动模式，在现场操作成码垛工作。

2 码垛电磁铁的电控设备

码垛电磁铁的电控设备由整流控制电路、充电电路和蓄电池组三部分组成。

整流控制电路采用的是西门子的6RA70直流调速装置。此装置用于实现四象限运行，一象限：正向励磁；二象限：快速失磁（即有缘逆变）；三象限：反向消磁；四象限：快速失磁（即反向有源逆变）。由S7-300PLC经D/A转换输出不同模拟量信号给6RA70主给定，实现多段励磁电流的控制，可得到多段励磁电流。吸料、放料时为防止将已码好的钢吸起，按照满磁的80%给定，吸起后在行走其间，为防止掉钢，满磁给定。6RA70装置自身配备有PMU简易操作面板，通过授权参数，按控制键可以方便地对系统功能控制、参数调整、数据读取、运行监控等进行操作。同时面板配有RS232通讯接口，可通过RS232数据线与计算机相连，应用西门子Drive monitor软件可快速进行参数设置、优化、修改、监控等操作。

3 系统的四象限运行

此调速装置是四象限运行的，如果把电磁铁看作是直流电动机，即用6RA70装置来控制电动机的正转和反转。可通过分析调速装置对电动机的正反转控制，来说明码垛电磁铁的四象限运行。6RA70装置的功率变换系统由12个晶闸管（6个模块）组成反并联三相全桥整流系统（B6A，B6C），将三相交流电整流成直流电。现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。

3.1 电动机的四象限运行

3.1.1 正组晶闸管装置VF整流

正组晶闸管VF处于整流状态时，αE，n>0，电机从电路输入能量作电动运行。如下图1所示：

3.1.2 反组晶闸管装置VR逆变

当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过正组晶闸管装置VF流通的。这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态。

反组晶闸管装置VR处于状态时，α>90°，E>|Ud0r|，n

3.2 电磁铁的四象限运行

我们在现场用iba Analyzer采集的信号给定和电磁铁励磁电流如下图3所示：

图3 采集信号

由图3可以看出，励磁电流一直跟随给定信号，且电流波形图每个周期都分为四段，分别对应着四个象限。

4 总结

6RA70的负载由电动机换成电磁铁以后，即可以实现电磁铁的四象限运行。通常情况下，6RA70全数字直流传动系统是用来控制直流电机的调速，这是6RA70装置首次用在控制电磁铁系统上，并取得了成功。今后，6RA70装置用来控制直流调速设备值得进一步推广和应用。

参考文献：

[1]整流控制设备使用说明书，岳阳天力电磁设备有限公司，2005.3.