变频技术改造范文

变频技术改造范文（精选12篇）

变频技术改造 第1篇

我公司高温风机配用电动机型号为YRKK500-4-4, 电压10kV, 额定功率710kW, 额定电流50.9A, 额定转速1470 r/min, 功率因数0.80, 其拖动系统采用水电阻启动、液力偶合器调速的方式。液力偶合器调速范围窄且不节能。而且, 高温风机电动机负荷端采用短圆柱滚子调心轴承和滚球轴承, 两个轴承中间加软橡胶隔离垫使两轴承同步, 该部位容易出现故障, 如在2007年3月份该软橡胶隔离垫损坏, 造成电动机负荷端轴承温度突然升高 (>80℃) 发生跳停, 维修后使用效果不太明显。

2 变频改造的可行性

2.1 风机运行参数

在对风机拖动系统进行变频改造前, 首先分析计算了变频后的节电效果, 以确认改造的可行性。母线电压波动范围为9.3～10.7kV, 风机正常运行时技术参数见表1。

2.2 节电率的估算

1) 改造前电动机实际运行功率 (估算)

2) 改造后变频运行输出功率的估算

(1) 液力偶合器的转差损耗及其他损耗

正常生产中风机转速1198r/min, 电动机额定转速1 470r/min, 液力偶合器最大调速比ie为0.97, 转速比i=1 198/1 470=0.815, 其转差损耗率ΔPs为:

液力偶合器的轴承摩擦损失、油路损失、鼓风损失、导管损失等, 此部分的损耗按照电动机输出轴功率的3%计算, 因此液力调速时的损耗为:

(2) 改造为变频运行后的电动机输入功率 (变频器功率因数按0.96计) :

(3) 变频改造后的节电率η:

(4) 改成变频调速后按正常运转率 (年运转率按300d计) 下每年节约电量:

节约电费:646 2000.42=27.14万元

理论估算中, 采用变频器后节电率约为14%, 年节约电能64.6万kWh, 年节约电费27万元左右, 所以单从经济性考虑, 采用变频调速已是十分有利。

3 改造方案

3.1 电气接口

原有电动机启动采用转子串水组柜降压启动, 增加高压变频后需要解除水组柜, 在高压柜二次回路中串接高压变频“允许进线开关合闸”节点, 增加“变频跳闸信号”的无源节点, 在手车的备用辅助节点中找一个常闭点作为“进线开关位置状态”信号, 去掉高压柜到水组柜的“主机合闸”连锁信号。我公司DCS系统是由3个西门子S7 412-1的PLC构成的控制系统, 其中PLC与输入输出模块采用ET200分布式I/O结构, 原来DCS原料部分的输入输出通道已经用完, 高压变频与DCS的备妥、运行、轻故障、重故障、驱动、转速给定、转速反馈及电流反馈接口信号需要扩展原料系统的输入输出系统。扩展柜是进购电器元件和非标柜, 自己组装布线而成。高压变频器的DCS信号按要求接入扩展柜。

3.2 设备接口

液力偶合器拆除后, 电动机需前移直接与风机用柱销联轴器相连, 电动机底座向风机方向前移, 其尾端底脚孔对准前底脚螺栓上, 因偶合器与电动机的基础高差100mm, 所以加工了一个100mm高、850mm长的平台, 并且利用偶合器的底脚螺栓来作为电动机基础前移部分的支撑。

3.3 高压变频室的建设

因为现有电气室空间有限, 所以为高压变频柜专门建设一个45m2左右的电气室, 并且分出一个8m2左右的小间作为原料系统I/O扩展柜用。电气室采用轴流风机进行通风降温。

3.4 设备选型

选择品牌型号为Zinvert-A8H900/10Y的变频器, 其额定输入电压10kV、额定输出电流57A, 该产品采用单元级联多电平方式;输入采用移相变压器型号为ZGHVC-900/10F, 对电网谐波干扰小, 输出采用每相8个功率单元串联技术。

4 运行中出现的问题与改进

4.1 电动机出现振动

12月1日高压变频器安装调试完成后即投入使用。因本次改造是利用年终生产线计划7d大检修时间进行的, 只进行了电动机脱开风机的空载调试, 调试中未出现任何问题。在投入生产后风机在升速到500r/min后电动机出现振动, 且转速越高振动越大, 最大振动速度达到7.9m/s。主要有两方面的原因:一是电动机与风机联轴器的柱销孔同轴度不够;二是电动机新加工的钢平台支点太少刚度不够。

电动机与风机间是柱销联轴器, 检查中发现有3个孔的同轴度有3～5mm的误差, 这样的误差将导致风机与电动机的振动。重新加工联轴器, 并对新加工的钢平台加筋板焊接, 增加其刚度。处理后振动大为减轻, 最大振动速度2.2m/s, 属于高温风机允许范围。

4.2 增加延时跳停功能

工艺控制要求, 窑尾排风机 (尾排) 运转时才启动高温风机, 如果尾排停车, 那么高温风机必须停车。为此, 利用尾排的运行信号使高温风机与尾排之间建立软件连锁关系。在调试的时候没有暴露问题, 但是在正常生产中由于尾排的运行信号有时会出现短暂的跳动 (中断) , 造成软件连锁动作, 使高温风机跳停。最后我们在软件连锁的尾排运行信号中增加3s的断电延时处理, 这样就避开了由于信号跳动所出现的高温风机跳停动作。

4.3 变频器过流保护后的自动重启功能

当预热器塌料或者电网有问题时 (电网电压太低, 或电压变化率变化太大。电压可降低至8.7～9.1kV;电压波动很大时, 有时每个班保护动作有7～10次) , 高温风机变频器会过流速断保护。Zinvert高压变频器本身具有自动重启功能, 变频器在发生过流保护后经延时会自动重启, 如果故障消失则重启成功。对水泥行业来说, 变频器的这个特点对高温风机特别实用。分析DCS程序发现, 当变频器发生过流速断后, 变频器就对DCS输出一个重故障信号, DCS在检测到这个信号后则会发出一个急停信号, 所以变频就不会自动重启。因此, 除了通过与供电部门联系, 升高电压并解决三相电压不平衡和波动大的问题, 使电网电源质量尽可能符合要求, 减少这种电网因素造成的过流速断几率外, 又对程序进行了修改, 使变频器能够在过流保护后自动重启。

1) 自动重启功能在变频器过流保护后保证了工艺的正常要求

在DCS程序中, 将变频器速断保护这个重故障信号, 只作为报警条件使用, 不作为连锁条件使用。这样当变频器出现过流速断保护后, 在5s后自动重启, 如果故障消失, 变频器检测残余电压自动跟踪转速启动成功。实际观察发现, 当过流速断保护到自动重启的这段时间, 高温风机转速下降30r/min左右, 对工艺没有太大的影响。

2) 自动重启功能可在尾排拉风的情况下启动变频器

正常情况下, 高温风机电动机必须由零转速启动, 如果电动机是在非静止状态下启动, 那么变频器就会触发“失速故障”并停机。但由于高温风机和尾排在风路上的关系, 尾排拉风时, 高温风机在断电状态下, 也会转动, 从而不能启动。

因此, 可利用自动重启功能, 在尾排启动后不停的情况下, 关闭尾排进口风门, 5～6min后再启动高温风机变频器, 这时变频器会马上跳停, 但随后又会自动重启, 从而实现在尾排拉风的情况下启动高温风机变频器的功能。

5 改造后的效果

交流变频调速技术在天车的改造 第2篇

1、交流电动机传统调速控制技术介绍

随着我国工业生产的快速发展，对起重机调速性能要求在不断提高，由于起重机使用的电动机都是三相异步绕线式电动机，调速的方法比较单一，对起重机使用的绕线式电动机传统的调速方法有以下几种：

定子调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压：

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值较大的绕线式电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。在电子的调压调速技术诞生之前，这两种方法是在定子调压中主要使用的方法。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻调速：

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。这种方法是使用最为广泛的一种调速方法，目前还有很多起重机在使用这种方法。

绕线转子异步电动机转子串电阻调速，缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，对机械的冲击很大，已不能满足工业生产的特殊要求，特别是象我厂这样的冶金企业。

2、交流变频调速技术的发展及优势

随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断的提高，交流变频驱动技术也得到了飞速的发展，应用越来越广泛，作为交流调速系统中重要部分的变频器技术也取得了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。目前，变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎扩展到了工业生产的所有领域，并且在许多的家电产品中也得到了广泛的应用，例如像变频空调、变频微波炉、变频电冰箱等。

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。而变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通

过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

利用变频器控制对交流电动机进行控制相对传统控制有许多的优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；用一台变频器对多台电动机进行调速控制；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。

在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围内，使电动机获得较宽的调速范围，并可达到提高运行效率的目的。

变频器驱动系统是通过改变变频器的输出频率来达到调速目的的，当变频器把输出频率将至电动机的实际工作频率以下时，负载的机械能将被转换成电能，并回馈到变频器，而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能量以热能消耗或回馈给电网，并形成电气制动。与传统的机械制动相比，电气制动可靠性好、维护简单、对机械系统有较好的保护。但是应该注意到一点，由于在静止状态下，电气制动并不能使电动机产生保持转矩，所以在某些场合还必须与机械制动器配合同时使用。

在使用电网电源对异步电动机进行起动是，电动机的起动电流会很大，通常为额定电流的3～5倍，而采用变频器对异步电动机进行起动时，由于可以将输出频率将至一个很低的值起动，电动机的起动电流很小，对电机会起到较好的保护。

可以看出随着交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的桥式起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是桥式起重机交流调速技术发展的主流。

（二）起重机的简介 1、80/20T起重机的结构与特点

80/20T桥式起重机是炼钢厂经常使用的一种适用于液体金属的起重机，起升高度可达24m，主起升最大起吊重量为80T，副起升的最大起吊重量为20T。该车采用“四主梁结构”，一般由起升机构、小车走行机构、大车走行机构组成。小车部分分为主小车

部分和副小车部分。主小车部分包括：主起升运行系统和主小车运行系统；副小车部分包括：副起升运行系统和副小车运行系统。起重机大车运行机构的驱动方式采用四机构驱动，即大车两侧各有两台电动机和减速机，分布在大车的四个角，每个主动车轮各用一台电动机驱动，使用变频器控制时就要采用一拖二的控制方式，整车共需两台变频器，桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式。本车的电动运行机构由五个基本独立的拖动系统组成。①大车拖动系统：拖动整台起重机顺着车间做“横向”运动（以操作者的坐向为准）。②主小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。③副小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。④主吊钩拖动系统：拖动重物作吊起或放下的上下运动。重物在空中具有位能，是位能负载。其特点是：重物上升，电机克服各种阻力（包括重物重力，磨擦阻力等）做功，属于阻力负载；重物下降时，当重物重力大于阻力时，电机是能量的接受者，此时负载属于动力负载，但当重物重力小于阻力时，重物下降还要靠电机的拖动，此时负载仍是阻力负载。⑤副吊钩拖动系统：同主起升部分是一样的，只是吊运的重量不同。

相对于提升机构控制，桥式起重机在大车拖动以及小车拖动方面对于变频器的控制要求比较低，所以本文重点介绍安川系列变频器在提升（主起升系统）机构控制上的应用并且对平移（大车系统）机构的设计进行了介绍。提升机构的运转具有大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比，对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。2、80/20T运行特征

(1)桥式起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩；

(2)由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序；

(3)当起升机构向下运行或平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向直流电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量；

(4)起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

（三）起升机构组成

1、起升机构电动机

电动机型号：YTSP 355M-10 110KW 转速:600r/min；定子电流：215A

调速频率范围：0～50HZ 为了满足80T变频调速桥式起重机的安全稳定的运行，选择电动机应满足的要求:具有高启动转矩、低速满转矩、高绝缘等级、宽调速范围、高效率和高可靠性等。起升、大车和小车运行机构的驱动电动机均选用变频调速三相异步电动机，经过载荷换算和机械效率计算各运行机构驱动电动机的数据如下: 电机容量的选择 P≧GV/6120η

该起重机的起升速度是每分钟10米，机械效率是0.7 电机容量＝（8000KG×10m）/（6120×0.7）

＝186KW 考虑到电机的自身损耗和其他损耗，以及对变频器选择方面的考虑，我们选取两台功率为110KW的电动机作为主起升机构的驱动电机。

2、起升机构变频器

为了能满足行车式起重机运行特点，即具有高启动转矩、低速满转矩、快速的转矩上升时间和抱闸顺序控制等功能的高性能工程型变频器，变频调速系统由主令控制器或电位器作为输入给定，通过变频调频电控设备、限位开关、制动器等配合使用，来控制起重机的起升机构等交流变频异步电动机起、制动、可逆运转与调速。我们选用的是安川CIMR-G7电流矢量控制变频器。下面就变频器容量的选择做以下介绍：

变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即: P0=K×PM/η×cosφ

式中:K—过载系数1.33；

PM—负载要求的电动机轴输出功率，kW； η—电动机效率 0.85； cosφ—电动机的功率因数 0.9。

起升机构要求的起动转矩为1.3～1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.6～2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说，可提供长达60s、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。

经过计算，我们得出每台变频器的容量为175KW，故，选择的变频器为安川CIMR-G7 180KW变频器，共用两台。

在变频器容量选定后，还应做电流验证，即:

ICN≥kIM

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05～1.1)；

ICN—变频器额定输出电流，A； IM—工频电源时的电动机额定电流，A；

80T变频调速行车式起重机是双驱动的起升机构，起升机构由两台电动机驱动一台减速机，带动两个钢丝绳卷筒进行转动，再经过动滑轮组多级减速提升吊钩。该车的减速机为行星式差速减速机，在一台电机出现故障时，可以单独使用另一台电机进行正常的吊运工作。图2为安川变频器外部接线图；图3为起升机构变频器控制回路运行原理图；图4为主回路运行原理图。

图2 安川变频器外部接线图

图3

起升机构控制回路运行原理图

图4

起升机构主回路运行原理图

3、工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均

可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，图5和图6所示为典型的变频器主回路和控制回路原理图。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

图5 变频器主回路原理图

图6 变频器控制回路原理图

变频器选择从控制回路端子输入运转频率指令，运转指令由主令控制器提供。通过主令控制器的触点闭合顺序，将控制信号输入到变频器的多段速端子1、2、5、6、7、8，其中1、2端子是正反向控制信号，5、6、7、8端子是调速信号，为了和主令控制器闭合表相对应，选择使用：频率指令

1、频率指令

2、频率指令

4、频率指令8 和点动频率。

之后，要进行参数设置，对起升机构的参数设置，和平移机构是有很大不同的，主要涉及到重物在吊运过程中的零速度力矩的问题。所以，在进行一些必要参数设置的同时，对电动机零速度和低速度下，重力负载曲线的设置是必不可少的。起升机构变频器参数的设置主要有以下几方面：驱动方式设置、制动停车方式设置、多段速运行频率设定、电动机的电压和频率选择的设定、重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速

度高转矩的频率设置等。

在对参数设置完成后，由控制器给入输入信号后，变频器便根据设定好的频率和参数进行工作，起升机构采用一拖一的开环V/f控制方式控制方式，可以满足生产实践的需要。

在图纸可以看到这样一个继电器，它称为：固态继电器。加装它的原因是因为变频器的多功能输出点（M1、M2）功率不够大，直接驱动抱闸接触器（ZDC）容易造成输出点的损坏。通过它来控制制动器接触器，延长了变频器内部接点的使用寿命。

在变频器电源输入端子（R、S、T）和电源之间，配有断路器Q1和AC电抗器。其中断路器Q1的容量为变频器额定电流的1.8倍，感应电流在30mA以上,可以检出对人体有危险的高频漏电流，防止事故的发生；而其AC电抗器和变频器内的电抗器以及输出侧的滤波器可有效改善电源侧的功率因数，降低对外界的干扰。另外，在制动器接触器侧为了安全考虑，也安装了断路器Q2，来给制动器接触器供电。

4、起升机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

L参数：L2-02 瞬时停电补偿时间；L2-03 最小基极封锁时间；

L4-01 频率检出值；L4-02 频率检出幅；L4-03 频率检出幅度（+/-）

5、制动电阻

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。

在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案: 8

(1)在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；

(2)采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。动力制动方式控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高。应该注意的是，只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网压降不大于10%)，才可以采用回馈制动方式。在再生发电制动运行时，电网电压的故障时间大于2ms，则变频器控制板用“低电压”故障切断并断开网侧接触器，退出回馈制动运行，从而造成制动不能连续进行的故障。这样就需要进行电气制动，也就是配置制动单元和制动电阻，制动单元的容量是根据变频器的容量进行选择的，而制动电阻的阻值就需要进行计算了。

制动电阻容量的计算：

（1）制动电阻的容量＝电机的容量（2）制动电阻的阻值计算： RB≦U2/PM

式中：RB－制动电阻阻值（Ω）

U－变频器直流回路电压（V），选取700V

PM－电机容量（KW）

带入各种数据，制动电阻阻值＝700x700/110000＝4.45Ω。

（四）平移机构的简介

1、平移机构的简介

80/20T变频调速行车式起重机的平移机构分大车机构、主小车平移机构及副小车平移机构，除了大车机构采用一拖二的传动方案外，其他两种机构均采用一拖一的传动方案。由于起重机平移机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此行车式起重机平移机构所需的电动机轴输出功率Pm应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即: Pm≥Pj+Pa

由于大车平移机构采用一台变频器拖动两台电动机的通用V/F开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还要满足以下公式: Icn≥knIm

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05~1.1)

Icn—变频器额定输出电流，A

Im—工频电源时单台电动机的额定电流，A

n—一一台变频器拖动的电动机数量

按照上述选型、计算公式进行换算，大车变频器选定为 安川CIMR-G7 55KW，由于大车走行机构是四台电动机，所以大车变频器为两台；一台主小车变频器选定为安川CIMR-G7 22KW；一台副小车变频器选定为安川CIMR-G7 15KW。

平移机构的工作原理同起升机构的原理基本相同，只是部分参数的设置与主起升变频器的设置不相同，主要是重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速度高转矩的频率设置等。由于起升机构和平移机构在运行过程中的负载情况不同，所以起升机构的参数更为复杂一些，因此，在设置平移机构参数时，这些参数的设置没有起升机构那么严格的要求。

首先，重力负载的曲线设置，可以选择任意的曲线，基本上就可以满足使用的要求；其次，电动机保护的设置，保护值的调整只需要将一些必要的保护设置好就可以，不像起升机构设置的全面；第三，由于平移机构的工作时的转矩不需要像起升机构运行时那么大的转矩，因此，这部分的参数设置基本上可以忽略不计。

2、平移机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

图5平移机构变频器运行原理图。

（五）变频器的安装调试

1、变频器的安装

(1)安装使用环境

变频器应避开油腻，风棉，尘埃等有浮游物的环境，安装在干燥清洁的场所，或安装在浮游物无法侵入的全封闭型柜内。安装在柜内时，变频器周围环境温度要在允许温度范围之内，变频器正常使用的环境温度容许值为0～40℃，但80/20T变频调速起重机主要用于吊装液体金属（钢水或者铁水），环境温度比较高，尤其是在夏季，环境温度能够达到50~60度，对于变频器来说不能满足变频器使用环境温度的要求。由于不能把变频器的环境温度限制在其允许值以下，因此只能在环境温度上进行解决，通常采用下述方法来保证它们的正常运行：第一，降低电控柜内的温升，在其顶部安装冷却风扇，下方设有带金属丝网的进气孔，并让大发热量器件尽量靠近冷空气进风口，提高散热效率，使空气对流畅通；第二，将设备安装在电气室内，并在电气室内加装空调器，进行温度调节，以保证变频器在适合的环境温度下工作。

(2)电磁兼容性

现在市场上出售的变频器大多采用不可控整流电源及PWM脉宽调制技术，致使变频器输出电流富含各种高次谐波，属于强电磁干扰源。因此，消除或减弱干扰的方法针对干扰形成的三项因素，即干扰源、干扰途径和敏感电路，我们采取了以下两方面的措施。

一、是消除或降低干扰源的强度。变频器属于强电磁干扰源，为了减少谐波污染造成的干扰，尽量降低变频器的载波频率。本例中，所有变频器的载波频率设为2kHz。

二、是破坏干扰途径，防止干扰侵入敏感电路。长线传输引入的干扰是主要因素。为了在强电磁干扰环境中减小过程通道中的干扰，80/20T变频调速行车式起重机采用了以下技术措施。变频器的输入信号线与动力线在电控柜内和主梁内分开走线，且沿各自的线槽进行配线，并使二者之间保持尽可能大的距离。

2、变频器的接线及注意事项

（1）.主回路接线要求

变频调速起重机起升机构变频器采用直接转矩控制（DTC）方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检程序来完成的，如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。变频器与电动机之间的电缆敷设距离过长会引起线路压降大，有时产生电机转矩不足等问题，特别是变频器输出频率较低时其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为允许值，布线时电机电缆的截面积可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够，所以在主回路布线过程中要力求减小变频器到电动机的电缆长度。

（2）.控制回路接线要求

变频器的控制信号为微弱的电压，电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的布线不能与主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内，信号线与动力线必须分开走线，使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，必须将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规定，该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部，连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰，同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此，放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。

模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm～2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（约5～7mm），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。为了提高接线的简易性和可靠性，最好在信号线上使用压线棒端子。

3、运行前的测试

1、静态测试（1）测试整流电路

找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑 表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

（2）、测试逆变电路

将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。

2、动态测试

在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

（2）检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。

（3）上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。

（4）如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。

（5）在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。

(1)变频器主回路

80/20T变频调速起重机起升机构的变频器采用直接转矩控制(DTC)方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检测程序（变频器的自学习功能）来完成的。如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到了参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。另外，变频器与电动机之间的电缆敷设距离长，则线路压降大，有时产生电机转矩

不足。特别是变频器输出频率较低时，其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为容许值，电机电缆的截面可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，采用PWM控制方式的变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够。所以在行车式起重机的布线设计中，应力求减小变频器到电动机的电缆的长度总和。

(2)控制回路

变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的配线不能与变频器主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内敷设。为了进一步提高抗干扰效果，本例采用1.0mm2绝缘屏蔽导线传输变频器与主令控制器之间的控制信号。绝缘屏蔽导线的接地在变频器侧进行单点接地，使用专用的接地端子。

4、调试

（1）、变频器带电机空载调试

1）设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。

2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。最高频率是变频器/电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/F 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/F 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/F 曲线。如果是风机和泵类负载，要将变频器的转矩运行代码设置成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂，在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持VPF为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。

3）将变频器设置为自带的键盘操作模式，按运行键、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。

4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书，对

变频器的电子热继电器功能进行设定，电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此，变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。

（2）变频器带负载调试

1）手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。

2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启动、制动时。

3）如果变频器在限定的时间内仍然是过流保护，应改变启动、停止的运行曲线，从直线改为S形、U形线或反S形、反U形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。

5）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。

（六）常见故障分析

1、变频器整流模块损坏

变频器整流模块的损坏是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流模块均采用二极管，目前，大部分整流模块则采用晶闸管。中大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，整流器件易过热，也易被击穿，当其损坏后伴随着快速熔断器熔断，整机停机。在更换整流模块时，要求其在与散热片接触的面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅脂，再紧固安装螺丝。如果没有同型号整流模块时，可用同容量的其他类型的整流模块代替。

2、变频器充电电路故障

通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，由于直流侧的平波电容容量较大，在变频器接入电源的一瞬间充电电流很大，可能导致电源开关跳闸，为此在充电回路中设置一个起动电阻来限制充电电流，而在充电完成后，控制电路通过接触器的触点或晶闸管将电阻短路，充电电路故障一般表现为起动电阻被烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通断时，或者短路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻被烧坏，如遇这种情况，可购买同规格的电阻更换。同时必须找出烧坏电阻的原因，如果故障是由输入电源频繁通断引起的，必须消除这种现象，如果故障是由短路接触器触点或短路晶闸管引起，则必须更换这些元器件，才能再将变频器投入使用。

3、变频器显示过流

过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其原因是变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等因素引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载，变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已损坏，需要更换变频器。

系统在工作过程中出现过电流，具体有以下几方面：

（1）电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象时，引起电动机电流的突然增加。

（2）变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。

（3）变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一个桥臂的上、下两个器件发生“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。

（4）负载的惯性较大，而升速时间设定得太短时，电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果使升速电流太大。

（5）负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，结果使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

针对上述故障现象主要检查以下几个方面：（1）工作机械有没有被卡住。（2）用兆欧表检查负载侧短路点。（3）变频器功率模块有没有损坏。

（4）电动机的起动转矩是否过小，使拖动系统转不起来。（5）升速时间设定是否太短。

（6）减速时间设定是否太短。

（7）转矩补偿（V/F比）设定是否太大，引起低频时空载电流过大。

（8）电子热继电器整定是否不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。

4、变频器过压欠压保护动作

变频器出现过压欠压保护动作，大多是由电网电压的波动引起的。在变频器供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，会引起电网电压瞬间大范围波动，导致变频器过压欠压保护动作，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网电压波动过后即可正常运行，而这种情况只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。

另外，变频器出现过压故障还可能是由于变频器驱动大惯性负载，因为在这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，变频器直流侧的电压就会超过直流母线的过电压保护整定值而跳闸。对于这种故障，一是将减速时间参数设置长一些，或增大制动电阻，或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。

另一种情况是变频器整流部分损坏或检测电路损坏而引起故障报警，电压检测一般都是通过对直流母线电压采样，然后与过电压保护整定值进行比较，再将比较差值传送到微控制器。如果整流桥、滤波电容、采样电路或比较电路中任一器件出现问题，都会出现这种报警。

5、驱动电路故障

变频器的逆变驱动电路也容易发生故障。一般有明显的损害痕迹，诸如元器件（电容、电阻、二极管及印刷版）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损害的情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级寻找故障点。处理时首先对整块电路板清灰除污，如发现电路断线，则进行补线处理，查出损坏的元器件进行更换，根据经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的元器件需要离线测定。驱动电路修复后，应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查处理。大功率晶体管驱动电路的损坏也是导致过流保护动作的原因之一，驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。

6、电机发热变频器显示过载

过载故障包括变频过载和电机过载，其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等，负载

过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。对于新安装的变频器如果出现这种故障，很有可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。如一台新装变频器，驱动的变频电机，额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置参数为380 V/50 HZ。由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，过载而发热。所以，在新变频器使用之前，必须设置好相应参数。另外，使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，若没有正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过载发热。还有一种情形是设置的变频器载波频率过高时，也会导致电机发生过载发热。最后一种情况是变频器经常处于低频段工作，使电机长时间在低频段工作，电机散热效果又不好，致使电机工作一段时间后过载发热，对于这种情况，需加装散热装置。

（七）日常维护

1、变频器的日常维护及注意事项

变频器在运行过程中经常会出现一些故障，而这些故障并不是变频器本身的原因造成的，多是由于设备操作管理人员维护不当或维护不及时引起的，有些变频器长期缺乏正常日常维护，造成变频器内灰尘多、元器件老化加速，故障频发。

因此设备维护人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断；并且等变频器Chang灯完全熄灭的情况下进行。日常的维护有以下几个方面：

1）、日常检查事项

变频器上电之前应先检测周围环境的温度及湿度，温度过高会导致变频器过热报警，严重时会直接导致变频器功率器件损坏、电路短路；空气过于潮湿会导致变频器内部直接短路。在变频器运行时要注意其冷却系统是否正产，如：风道排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变频柜散热效果如何将直接影响变频器的正常运行，变频器的排风系统如风扇旋转是否流畅，进风口是否有灰尘及阻塞物都是我们日常检查不可忽略的地方。电动机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器面板电流显示是否偏大或电流变化幅度太大，输出UVW三相电压与电流是否平衡等。

a、加强变频器的规范化使用管理，建立变频器的日常保养维护制度

设立专人负责保养，具体内容有做好运行数据记录和故障记录，定期测量变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度，工作环境温度、湿度等参数，与合理数据对照比较，以利于提早发现故障隐患；变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便于具体分析故障原因。

b、加强日常检查

最好每半月检查一次，检查、记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录散热器温度，工作环境温度；察看变频器有无异常振动、声响，风扇是否运转正常。

c、加强变频器的日常保养

做到变频器每季度保养一次，要及时清除变频器内部的积灰、脏物，将变频器保持清洁，操作面板清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器内有无发热变色部分，阻尼电阻有无开裂，电解电容有无膨胀、漏液、防爆孔突出等现象，PBC板有无异常，有没有发热烧黄部位等。

2）、定期保养

进行定期保养和维护时，主要应清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦拭干净。在条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各电路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动器电路各路波形的方法是否有畸变。U、V、W相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验；确认保护显示回路无异常；确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。

（八）结束语

结束语：

随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，计算和选择变频器及其外围的辅件，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速起重机安全、可靠地运行。本文提出的变频调速控制方案和设计计算方法已成功应

用于我公司的接收跨、出坯跨的起重机上。经过几年多的实际运行证明，各项调速性能均优于传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统，再加上变频器完善的故障诊断和显示功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性得到大幅度提高。

参考文献

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节能空调之变频技术 第3篇

变频空调的初衷

众所周知，早期空调主要是定速空调，压缩机以固定的功率工作，通过控制其起动和暂停，来达到调节室内空气温度的目的。这种方式的优点是简单易行，工作稳定可靠，缺点就是室内温度波动比较大，人的舒适度大打折扣。由于工作原理的限制，在制冷过程中压缩机必须频繁起停，即使气温不太高时，这种压缩机起停仍然不可避免。

不难看出这种工作方式存在很大缺陷，首先，压缩机电机频繁起动使得空调机耗电量加大（一般起动电流至少是正常运行电流的4~5倍）；其次，压缩机转子反复加速和减速使其寿命缩短；另外，调节精度有限，温度波动大。

为了改变定速空调的缺陷，空调变频技术随之诞生了。

变频空调的原理

通过以上介绍，我们知道要改变定定速空调的不足，就是要使空调机根据不同的外界环境温度，改变压缩机的转速，从而改变空调制冷量，这样就能使室内温度波动尽可能小。

要了解空调变频技术，首先要了解变频调速电机。我们知道要改变压缩机电机转速，就要实现电机调速，通常直流电机具有很好的调速性（可实现真正的无级调速），而且体积小，结构简单，但其效率较低，而且其电枢与炭刷摩擦产生换向火花，容易磨损炭刷，需要经常维护，对家用空调密闭式压缩机而言，采用直流电机难度较高，因此，家用空调压缩机目前大多采用的还是交流电机。下面就让我们看看它的工作原理。

在各种调速电机中，最为典型的是三相交流感应异步电机，这种电机定子绕组中会产生一个旋转磁场，该磁场的转速为n=60f/p，式中：为n为交变磁场转速，f为交流电频率，我国民用电为50Hz，p为绕组磁极对数。三相交流感应异步电机的转子就是在这种交变磁场力的推动下工作的，并且其转速与磁场转速存在一定的转差率，因此，改变频率f就可改变磁场转速n，也就可以改变电机转子旋转速度，变频空调就是基于这种理论而设计的。

虽然，原理比较简单，但是真正要在民用空调中实现电机调速功能还是存在一定难度的，因为民用住宅使用的不是三相电而是单相电，而单相交流电机又没有旋转磁场，也就无法使用变频率调速。因此，在空调变频技术中产生了逆变器，简单来说，它是一种利用半导体和电子控制技术，在电器线路中实现“交流—直流—交流”的控制器件。那么，利用逆变器，我们可以先将单相民用电整流成直流电，再经过滤波，然后通过六个功率开关器件组成的双极性三相逆变桥电路将直流电逆变为三相交流电，以此来驱动压缩机电机。

明白了变频原理，我们再来看一下装上逆变器的空调器是如何工作的。

首先，变频空调器的室内温度传感器检测出室内环境温度，然后与设定温度进行比较，发出一个温差电信号，控制器根据反馈的温差信号（温差大小）调制出导通或关闭逆变器功率开关的指令，该指令是具有一定频率和导通时间的脉冲电压，温差大，脉冲频率就高，压 缩机电机的旋转磁场的频率也就随之增大，电机转速就加快；反之，如果温差小，脉冲频率就低，压缩机电机旋转磁场的频率就随之减小，电机转速就变慢。这样，就实现了压缩机电机的变频调速，使得空调器制冷量大小可调。

对上述变频空调中实现变频驱动的格元器件我们称之为变频器，其基本工作原理可用图1表示。

变频空调节能探讨

通过以上介绍，我们了解了变频空调器的基本工作原理，但是究竟选购变频空调器是否划算，我们可以仔细分析一下。

过去曾经有人认为变频压缩机电机的效率比普通压缩机电机效率高，所以比较省电，其实这是一个误区。电动机本身效率并不一定得到提高，笔者通过一定的电机检测实践，发现1kW以上电机效率差异不大，况且空调器逆变器在交直交转换时还有一定的转换损耗，所以，变频空调真正省电的地方不在于此，而是在于它的压缩机电机的连续运转。前面我们讲了，压缩机起动电流至少是正常运行电流的4~5倍，普通空调压缩机难免频繁起动，对于像我国这样的空调器使用大国，其电能损耗是相当可观的，因此，我认为变频空调作为一种节能家电，在大面积全天候24小时工作的领域（如中央空调）还是有广泛的应用前景，值得推广。

变频技术改造 第4篇

关键词：起重机,变频控制,电机及变频器选择

0 引言

起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，每天使用频繁，工作量很大。目前大部分起重机拖动系统采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器或继电器-接触器控制，见图1。

这种控制系统主要缺点是电机转子串电阻调速属能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差；继电器-接触器控制系统在频繁切换的情况下，冲击电流大，触头烧损、电刷冒火、电动机以及转子所串电阻烧损和断裂故障时有发生，故障率高。

近年来，随着变频技术的日益成熟，以及变频器价格的不断降低，变频调速技术得到了越来越广泛的应用，加之国家对节电节能技术的积极推广，起重机械的变频改造已成为趋势。其优点是：(1)控制系统中交流接触器大量减少，电器维护费用大大降低；(2)变频控制起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命；(3)最显著的优点是节约能源，据统计，变频调速改造后比转子回路内串入多段外接电阻调速方式节电20-25%；(4)低速时启动转矩很大，具有精确定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，空载时速度提高，工作效率比老系统提高25%。变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性。但是一些企业在起重机变频改造后经常会出现电机和变频器频繁过流甚至烧毁电机、变频器的现象，其主要原因是电机和变频器的容量配置选用不合理，变频器参数设置不当，及制动电阻选用太小，电机使用原旧电机时没有进行处理，绝缘劣化等，下面针对电机和变频器的容量配置选用应注意事项作一说明。

1 电动机的选择

起重机在变频改造中当异步电动机由通用变频器控制时，由于高次谐波的影响和电动机运行速度范围的扩大，定子电流中含有高次谐波、空载时电动机的功率因数和效率都会变差，其高次谐波损耗主要包括铜损和铁损两部分，其中铁损是磁通密度和频率的函数，由于PWM变频器中含有载波频率，与谐波有关的铁损比较大，这些是导致电动机温升增加的因素。

笼型电机的散热能力是按照在额定转速时装在电动机轴上的（即自扇式）冷却风量考虑的。当电机速度降底时风量变小，电动机的温升与冷却风量之间的关系如下式。T∝1/Q0.4-0.5∝1/n0.4-0.5。式中：T为电动机温升；Q为冷却风量；n为电动机转速。温升与转速的0.4-0.5次方成反比，由于转速降低冷却风量变小，将出现不允许的温升。因此，变频调速系统中，如果电机要连续运行,并且低速运行时间较长，且调速比较大的场合，电机要采用另外设置冷却风扇的办法，否则电动机容量必须放有一定的余量。另外，如果起重机改造要更换电机，则在设计计算过程中，一般要考虑电动机在功率相同的情况下，同步转速较高的电动机具有较高的功率因数和较小的额定工作电流，这在一定程度上降低了对变频器容量的要求，因此在条件许可的情况下，设计时尽可能选用同步转速高的电动机。

2 变频器的选择

起重机电机的运行具有大惯性、四象限的特点，与其它传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。

2.1 变频器额定电流要参照电动机的额定工作电流来确定。

电动机的额定工作电流———指电动机在额定载荷下运行的工作电流，而不是指电动机铭牌上额定电流值。变频器额定电流应不小于额定负载时电动机的额定工作电流。同时最大输出电流应不小于所驱动电动机的最大工作电流。电动机最大工作电流Imax;I2max=Io2+（Mmax/Mn×Iw)2。式中：Iw为有功电流；Io为无功电流；Mmax为电动机最大起动转矩；Mn为电动机额定转矩。一般来说电动机平均起动转矩为额定转矩值的1.3-1.6倍，考虑到电源电压波动及需要通过1.25倍额定静载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.7-2.0倍，以确保安全使用。通常对于普通鼠笼电动机来讲，等额变频器仅能提供小于150%超载负载力矩值，由于变频器的输出波形不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。为此要通过提高一级变频器容量来获得200%的负载力矩值。

2.2 变频器的控制方式通常有四种；

U/f开环控制方式；U/f闭环控制方式；开环矢量控制方式；闭环矢量控制方式；起重机变频调速采用开环还是闭环控制，对于在起重机上的应用来讲最大的差别在于闭环控制起动转矩更大，低速运行更平稳，调速范围更广。起重机起升机构的负载变化大，惯量小，属于位能性负载，为了获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，应采用矢量控制方式，特别在调速比较大的使用场合，采用闭环矢量控制方式可以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。在起升机构有主副钩时，由于主副钩不同时工作，可以考虑用一台变频器通过参数自学习自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对主副钩电机的高性能矢量控制，降低改造成本。

大、小车运行机构由于其惯量较大，基本属于阻力性负载，故采用U/f开环控制方式，在此方式下，一台变频器可以同时驱动几个并联的电动机工作。

3 结论

采用变频调速可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，其外围控制线路简单，维护工作量小，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高，并且高效、节能，所以采用交流变频调速是起重机节能技术发展的主流。但在电机及变频器的选择时要充分考虑其工作环境，合理选择电机和变频器的容量，合理设置变频器工作参数及制动电阻配制，对使用原旧电机时一定要进行绝缘处理，确保起重机安全运行。

参考文献

[1]裘为章.实用起重机电气技术手册.机械工业出版社.

[2]GB/T3811—2008《起重机设计规范》.

注塑机的变频节能改造 第5篇

从50年代推出了螺杆式塑料注射成形机至今已有50多年的历史，目前在工程塑料加工业中，80%采用注射成型。塑料颗粒(ABS，聚乙烯，改型聚苯乙烯等)在注塑机料筒内进行多段加热器加热融蚀后，经螺杆搅拌增压后注射入模具腔内，保压冷却成形，完成一个工件的加工过程。对于塑料加工，注塑机完整的工艺流程为，合模--锁模—注射—保压—冷却—脱模—开模。其中保压和冷却，脱模和开模是同时进行的，即保压过程中，模具在通水冷却;在开模的过程中，模具内的脱模顶针由隐蔽处逐渐后伸出，使附注在模具上的工件脱落,开模到位后一个加工过程结束。不论大，中，小型注塑机，其工艺流程都是相同的。目前绝大多数的注塑机都是液压传动的注塑机，以上的工艺动作过程所需要的动力，均由液压系统中的油泵提供，油泵又有变量泵和定量泵之分。在注塑机工作时,一个工作周期中各个工序的负荷变化很大，液压系统所要求的流量和压力是不同的，生产油泵时已经考虑了这种变化，当液压系统需要的流量和压力变化时，油泵的供油量自动地增大或减小来与以适应，这种油泵就是变量泵，不需要再用变频器进行调速控制。广泛使用的另一种油泵是定量泵，它的供油量是恒定的，注塑机工作过程中流量和压力的变化是靠流量比例阀和压力阀来调节的，多余的油量经溢流阀流回油箱。这样，加剧了阀门和油泵的磨损，造成油温升高，电机噪声过大。另外，从注塑机的设计看，通常在设计时油泵都要留有余量，一般考虑10%~15%，但油泵的系列是有限的，往往选不到合适的油泵型号时就往上靠，存在严重的“大马拉小车“现象，造成电能的大量浪费。因此，对定量泵的注塑机进行变频调速改造，节约电能，提高经济效率具有重要的意义。

二、注塑机节能分析

根据注塑机的工艺过程，画出系统油压P与时间t的关系图如图一，由图可见，合模和脱模，开模系统所需油压较低，且时间较短;而注射，保压，冷却系统所需油压较高，且时间较长，一般为一个工作周期的40%~60%，时间的长短与加工工件有关;间歇期更短，这也与加工工件的情况有关，有时可以不要间歇期。以上的图只是一种简单的近似表示，实际上，如果注射的螺杆用油马达驱动，注射时的系统油压会高一些。注塑机加工工件的重量，从数十克到数万克不等，最大注塑机已到9克。因此，注塑机就有中，小型和大型之分，加工数十克的小工件和加工数千克的大工件一个周期的时间也是不相同的;就是对同一台注塑机，加工工件的原料不同，各段工艺流程中所需的压力和时间也是变化的。这些工艺参数的设定，是由现场技术员根据经验数据和试验的情况制定的。 从图一可见，一个周期工作流程中，负载的变化导致系统压力变化比较大，但油泵仍在50Hz运行，其供油量是恒定不变的，多余的液压油经溢流阀流回油箱，做无用功，白白地浪费了电能。对油泵进行变频调速，将定量泵改变为类似变量泵的特性。系统所需压力较高时，油泵电机50Hz运行，所需压力较小时，变频器降频运行。电机输出的轴功率与油泵的出口压力和流量的乘积正比，油泵电机转速降低后，输出轴功率降低，就可以达到有效节能，一般节电率在20%~50%。

三、注塑机变频节能调速改造方案

使用液压系统的注塑机，有立式和卧式之分。数十克的立式注塑机，油泵采用一个齿轮泵，电机的容量也较小，电器控制电路也较简单。改造时，将变频器接入电机的供电回路，再将流量比例阀的信号(0~1A)，经变换为4~20mA信号送到变频器的相应端口上，这样，随着加工过程的变化，液压油的流量也在变化。一般来说，取相对值变化较大的流量信号做控制信号较好，控制信号变化对变频器频率调节的范围大一些;而压力信号相对值变化较小，对变频器频率调节的范围小一些。如果变频器频率调节的范围不能满足工艺要求，可用变频器的功能“频率增益”来调整。注塑机专用变频器就是在通用变频器的基础增加了0~1A 信号转换环节，使用起来更方便些。 60克以上的都是卧式注塑机，60克~500克的注塑机，有的是一个油泵，也有的是二个油泵。一个油泵注塑机的改造和立式注塑机的改造是相同的。仍然是从流量比例阀取出0~1A的信号作为变频器的速度调节信号，虽然速度调节信号是由液压回路元件反馈到变频器，但调节回路中没有给定信号，因此控制还是属于开环控制方式。也是因为节能的原因，大中型注塑机的油泵可能不止一个，如三菱850-MM,1300-MM,1800-MM,2000-MM注塑机均有三个油泵。对应注塑工艺流程，在合模阶段，所需的系统压力较低，这时只有1#油泵工作，到锁模阶段所需的系统压力较高时，2#油泵再投入工作，在注射阶段所需的压力最高，三台油泵同时投入工作，脱模开模所需的压力较低，再分别停止3#，2#油泵工作，

只要开机，1#油泵就一直运行。用三台小油泵按不同的工艺阶段间断工作，比用一台大泵一直在运行要节能。具有二个以上油泵的注塑机如何改造?这里以三菱1800-MM注塑机的改造为例加以说明。三菱1800-MM 注塑机有三个45KW油泵电机，用一台变频器驱动1#油泵电机，变频器的调节信号取自注塑机流量比例阀，这样，此变频器的频率就随注塑机液压油的流量的改变而变化。另外二个油泵电机，可以分别用二台变频器驱动。不过这二台变频器对电机不进行调速，只作两位式的控制，即起动和停止。控制变频器的起动和停止信号，取自于原来该油泵电机的起动和停止信号。变频器的上限频率设定在50Hz以下，具体设定值与加工的工件尺寸，材料，料筒的温度等因素有关。如果变频器运行频率低于50Hz，就可以节能。实际上，注塑机设计时都留有余量，加工工件尺寸，材料的变化所需的油压也要随之变化。如果注射的压力过大而锁模力不足，会使工件出现飞边;若注射力不足，模具腔内塑料会注不满，工件报废;保压力不足时，工件中塑料比较厚的地方会出现收缩。

四、注意事项

1.变频器的选型

注塑机的负载性质是恒转矩类，机械特性较硬，动态特性要求较高，所以应选用注塑机专用变频器。注塑机专用变频器是在通用变频器的基础上增加了 0~1A信号转换环节，提高了使用性能。考虑到注塑工艺各阶段的时间有一定要求，变频器的加速和减速时间要短，一般为1秒，所以变频器的容量就要适当加大。

2.备用系统

注塑机进行变频节能改造时，保留原有的工频起动回路作备用，这样一旦变频器有故障，还能用工频起动油泵电机继续运行。

3.变频器信号提取点

取双比例阀的流量信号(0~1A)，经变换为4~20m的信号送到变频器的相应端口上。流量信号取相对值较大的作为控制信号，以扩大调节范围。压力信号相对值变化较小，对变频器频率的调节范围小一点。如果变频器的调节范围不能满足成形工艺的需要，可用变频器的“频率增益”功能来调整。

4.调试前注意事项

注塑机变频节能电气改造相对比较简单，但在改造前应详细了解注塑机工况，熟悉注塑机工艺流程，调试时应注意以下事项:安装前查清注塑机原有电路接线方式，包括主电路和控制电路;仔细观察注塑机工频运行是否正常，油泵马达是否经常处于过载状态;根据注塑机的模具及注塑工艺观察注塑机节电改造的潜能;控制信号线路注意正负极性不要接反;信号线与主回路线要分开布线等。

5.变频器对注塑机数字仪表的干扰

现在注塑机上广泛使用是交-直-交变频器，其输出电流中含有谐波成分，可能会对注塑机产生干扰，最易受干扰的是温度控制仪表，因此，安装变频器应做好抗干扰措施。变频器需加装输入和输出电抗器或高频磁环等;引入变频器的控制线要作屏蔽处理;机壳要可靠接地;不要使变频器的输入输出电缆与变频器的控制信号线平行或捆绑在一起;变频器安装在注塑机内部时，特别要关注通风散热。

五、调试常见问题及处理方法

由于注塑机工艺的特殊性，在改造中会遇到各种故障，以下为在注塑机变频改造中常遇到的问题及处理方法。

1.变频器频率无变化 由于变频器采用注塑机阀控电流信号进行调速，变频器运行后出现频率显示为0.0(有的变频器显示为0)现象，其主要原因为信号极性接反;信号取错;信号接线端口与参数设定不符;注塑机辅助电源故障等，出现这种故障应先查明注塑机阀控制的类别是电流信号、电压信号还是脉冲控制信号(部分机型)，及信号正负极性是否与变频器控制端子对应。

2.油泵噪音大 变频器运行后有些注塑机会发出异常的噪音，这时应判断噪声源在何处，是来自电机还是油泵，若为油泵的噪音则可能原因有:注塑机液压油过少，有空气吸入;注塑机滤油器或油路阻塞;注塑机油泵叶片磨损较严重;遇到以情况应先检查注塑机油泵，排除故障后方可运行，另外当注塑处于低速高压工作状态时，也会出现油泵噪音异常情况，这时适当提高速度信号。

六、结束语

风机设备的变频技术及应用 第6篇

关键词：风机设备;变频技术;应用

风机设备的变频技术从上世纪八十年代诞生以来，经过长时间的发展，已经可以在实际的运用过程中，有效的降低风机设备的能量消耗，提升风机设备的工作效率，是保证风机设备运用效率提升的有效保证。针对这样的情况，本文将具体的结合风机设备变频技术运用的基本计算公式，进行对于风机设备的变频技术的应用探究工作。

一、风机设备的变频功率计算方法

在进行风机设备变频功率计算的过程中，要充分的考虑到风机设备的各种使用参数，具体的来说，使用Li来代表风机设备的总变频功率，使用Ni来表示风机设备的指定时间功率，并形成之下的公式，来进行风机设备的变频技术分析研究工作：

L■=P■V■λ■■■■-1

通过对于风机设备变频功率的计算，可以知道：在公式中，ps所代表的是风机设备的设备吸气压力，公式中pd所代表的是风机设备的设备排气压力，公式中Vh所代表的是风机设备的设备行程容积，公式中λV所代表的是风机设备的容积系数，该系数表示风机设备的气缸工作容积利用率在使用风机设备的过程中，效率所降低的程度，公式中k为风机设备中所使用的气体的绝热指数，公式中ε为风机设备中气体的压力比的数值，可以反映出风机设备的气缸排气压力与风机设备之中的吸气压力的比值的大小，公式中的σ为风机设备在使用的过程中相对压力损失的数值。最终，通过将各种系数带入由风机设备的变频功率计算公式，可以有效的得出风机设备的节能降耗的关键点所在。具体的来说，风机设备的节能降耗的关键就在于降低风机设备内部的压力损失和风机设备保证气体性质和风机设备的属性相吻合。

二、风机设备的变频技术应用分析

（一）合理控制好风机设备的运行控制方式。在进行风机设备变频技术应用分析的过程中，进行对风机设备的运行控制方式的考虑，是保证风机设备变频技术运用的重要因素之一。在风机设备的容量大小选择和风机设备的容量行程已经确定之后，根据对于风机设备控制方式的分析，可以有效地确定出风机设备变频方式应用的具体方案的选择，并最终设定出合理的风机设备控制方式，促进风机设备变频技术应用效率的提升。

一般情况下那个，风机设备的变频方式控制主要集中在风机设备的V/F控制方式上。具体的来说，风机设备所使用的V/F的数值越高，风机设备进行变频的过程中，所消耗的能量也就越高，对风机设备造成的影响也就越大;另外一种因素是风机设备的上限频率下限频率情况的分析研究。具体的来说，风机设备的上限频率的逐步提升，根据二次方律特性进行计算研究，可以发现，风机设备变频效率就会随之降低，影响到风机设备变频效果;最后，风机设备的加、减速时间也会影响到风机设备的变频效率。具体的来说，风机设备所使用的加、减速时间越高，证明风机设备的惯性也就越高，在这样的背景下，风机设备所使用的能量消耗越高，风机设备变频过程所消耗的资源也就越多，针对这样的情况，在进行风机设备加、减速时间的选择过程中，就要综合性的考虑到上述几点因素，有针对性的进行选择，促进风机设备变频效率的提升。

（二）进行风机变频调速系统的电路原理分析研究。首先，要考虑的是风机设备的正转控制的线路组成，一般情况下，要求风机设备的正转线路在一套完善的电路控制下完成。与此同时，随着风机设备的变频频率的提升，风机设备的变频效率也会逐步的降低，最终影响到风机设备的变频效率。针对这样的情况，在进行风机变频调速系统的电路设计的过程中，就要将原本简单的电路进行复杂化处理，保证风机设备变频过程的高效完成;其次，要考虑到风机设备的变频器的功能预置的处理，一般情况下，在正常的工作状态下，风机设备都可以保持较高的变频效率，并随着预制数值的改变，风机设备的变频控制效率会逐步下降，进而导致风机设备变频效率的下降。与此同时，要考虑风机设备的频率参数变化对于风机设备变频效率的影响。最后，风机设备具有三相工频电源通过断路器，进行对于变频技术的控制。在进行风机设备的变频过程中，保证风机设备的三相工频电源通过断路器保持在正常的运行参数范围内。假设风机设备为简单的线路，在进行运行的过程中，要充分的考虑到三相工频电源通过断路器的运行参数。与此同时，根据对三相工频电源通过断路器数据的分析研究，可以看出，在进行风机设备的三相工频电源通过断路器研究过程中，要充分的考虑到风机设备的三相工频电源通过断路器工作参数，以便于有效促进风机设备变频效率的提升。

结语：综上所述，在进行风机设备的变频设计过程中，要对风机设备的变频原理公式进行分析研究，总结出影响风机设备变频效率的几点因素，保证风机设备的变频效率的提升。与此同时，还要在保证风机设备节能效率的提升的基础上，使得风机设备可以高效的满足生产的实际需要，促进实际生产效率的提升。

参考文献：

论变频技术的应用 第7篇

我电厂的综合泵房共有9台水泵, 其中有3台工业水泵, 2台消防稳压泵, 2台消防泵, 2台生活水泵。而工业水泵承担着我公司两台5万KW汽机, 两台额定蒸发量220T/H锅炉生产用水的供水任务, 工业水泵的型号:250SSK468/54, 流量:468m3/h, 扬程54米, 转速1470 r/min, 配用功率110KW;配用电机型号Y315S-4B3, 电压380V, 电流201A, 转速1480 r/min.建厂初期由于设计问题, 全部采用工频运行。 为了保证生产的可靠性, 各种水泵在设计配用动力驱动时, 都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行, 除达到动力驱动要求外, 多余的力矩增加了有功功率的消耗, 造成电能的浪费,

2007年由于燃煤机组发电成本越涨越高, 为了节能增效, 公司采购了2台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器, 对供水量最大的工业水泵进行节能改造。控制方式为1#工业水泵使用一台变频器, 2#和3#共用一台变频器控制。一台变频器设一台压力变送器, 压力变送器把工业水泵出口母管压力信号转换成40mA电流信号送到变频器。变频器根据变送器提供的电流信号自动调节水泵转速, 从而维持生产需要的供水压力, 形成一个闭环调速控制系统。改造完成后, 工业水泵的控制系统不仅很好的完成了公司生产用水的任务, 而且给公司节约了大量的能源。

2 采用变频技术前后工业水泵的流量特性

水泵电机工频运行 如图1所示, 当水泵工作在曲线②的A点时, 其流量与压力分别为Q1、P2, 此时水泵所需的功率正比于P2与Q1的乘积。由于工艺要求需减小水量到Q2, 通过增加管网管阻, 使水泵的工作点移到曲线③上的B点, 水压增大到P1, 这时水泵所需的功率正比于P1与Q2的乘积, 由图可见这种调节方式控制虽然简单, 但功率消耗并无减少。

若水泵电机采用变频调速, 水泵转速由n1下降到n2, 这时工作点由A点移到C点, 流量仍是Q2, 压力由p2降到p3, 这时变频调速后水泵所需的功率正比于p3与Q2的乘积, 由图可见功率的减少是明显的。

3 改造设计

3.1 调速控制系统设计

根据终端用户生产工艺供水要求, 考虑若干方面的因素, 采用闭环调速控制 (图2) 。系统主要由两部分组成。

(1) 控制对象。

工业水泵电机功率110kW, 额定电流201A;水泵配用功率l10kW, 流量468m3/h, 扬程54m。

(2) 变频调速设备。

变频器选用西门子MICROMASTER430系列MM400变频器, 适配电动机功率150kW;PLC选用S7-200 CPU226;扩展模块EM235;操作面板选用PSW 1711-CTN。

(3) 压力测量变送器 (PT) 。

选用EJA430A-630SE/S1-2Mpa。用于控制水管出口压力并将压力信号变换为4mA-20mA的标准电信号, 再输入调节器。

3.2 鼠笼型电动机变频改造设计

(1) 变频器选型。

电机用变频器运转同采用工频电源运转相比, 电机的效率、功率因数将降低, 电流增加, 对同一负载而言约增加10%, 400V电压等级频率为50Hz和60Hz时有如下电流关系:I400/50>I400/60。电机变频运转在50Hz时温升裕量小, 要降低负载转矩使用; 当电机极数>4极时 (如8极、10极等) , 选择变频器容量要用电流来校核, 即电动机脉动电流应不超过变频器的过电流耐量, 1脉动<1.51;Ie电机负载很轻时, 即使电机的电流在变频器额定以内, 亦不能使用比电动机容量小很多的变频器。

低速时, 电机的铜耗大体与额定时相同, 但由于转速越低, 电机冷却效果越差, 定子的温升会发生变化。因此, 选择变频器时, 要考虑在低速下使用电机的温升, 相应减小运转转矩 (电流) , 降低铜耗。

电机运转在低频区时, 转矩特性会大幅度降低。对于负载变动大或启动转矩大的情况, 可选用上一级电动机与变频器。要考虑电机允许最高频率的范围。

(2) 容量的选择。

连续运转设备所需的变频器容量的计算, 要考虑变频器传给电动机是脉动电流, 其脉动值比工频供电时电流要大, 因此变频器的容量须留有适当的量。考虑到离心泵负载的具体情况, 并参照厂家提供的产品选择样本确定变频器的容量为150kVA。

4 节能效果计算

节能效果可按GB12497《三相异步电机经济运行管理》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式计算:采用阀门调节流量对应电动机输入功率P1V与流量口的关系为:

P1V=[0.45+0.55 (Q/QN) 2]P1e;

式中 P1e额定流量时电动机输入功率, KW;

QN额定流量, m3/h;

工业水泵采用变频调速后节电率Ki为:

Ki=1- (Q/QN) 3/[0.45+0.55 (Q/QN) 2]。

低压配电系统运行电压380V, 电机实际运行电流201A, 水泵电机功率l10kW、极数4极、实际出力为55%～83%, 取Q/QN=0.69得:

Ki=1- (Q/QN) 3/[0.45+0.55 (Q/QN) 2]=1-0.693/ (0.45+0.550.692) =0.5385;

P1e=1.732380201=132KW;

P1V= (0.45+0.550.692) P1e=0.7119132=94kW。

变频器调速调节水量时相对阀门调节水量的节电率为0.5385。设备运行每年按300天计算。年节电量超过27万kW/h。按电价0.55元/kW/h计算, 年节约电费超过14.8万元, 技术经济效益可观。

5 我公司变频器其它方面的应用

工业水泵变频节能改造成功之后, 公司又对两台消防稳压泵和两台除盐水泵进行了改造。两台消防稳压泵自动切换使用一台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器;两台除盐水泵自动切换使用一台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器。也都获得了很好的节能效果。

然而, 在电厂厂用电中耗电最多的四大辅机:给水泵 (3台) , 引风机 (4台) , 一次风机 (2台) , 二次风机 (2台) , 却仍然没有采用变频或是液力耦合等节能技术。电机全部工频运行, 只是用调节其出口阀门开度来调节介质流量, 系统瘪压情况较严重, 压力不稳定。设备振动厉害, 给生产带来很多不稳定的因素, 同时浪费了大量电能。

公司管理层现已经越来越意识到节能的重要性, 也正在进行有计划的改造工作。希望不久的将来能给公司带来更加可观的经济效益。

摘要：简要的论述了恒压供水变频节能的原理;结合实例对变频节能的效果进行了计算。

污水站水泵变频改造 第8篇

一、变频调速的效果

水泵的转矩和转速平方成正比, 功率和转速立方成正比。所以, 只要平均转速稍微降一点, 负载功率就下降很多, 从而达到节能效果。单机双吸泵由电机直接带动, 转速恒定, 靠闸阀调节水量, 造成能源浪费, 且启动电流冲击电网, 设备振动及水泵有“水锤”现象。采用变频调速, 可根据需要方便的控制速度, 节能效率接近40%, 且变频器可实现电机的软启软停, 避免了启动时对电网的冲击, 减少了电机故障率, 延长使用寿命, 降低了对电网的容量要求和无功损耗, 消除了水泵骤停产生的“水锤效应”。

二、变频调速原理和变频器的结构

从异步电动机转速公式n=60f/P可知:保持极对数不变, 把电网50Hz恒定频率的交流电变成可调频率交流电, 供给普通的交流异步电动机作电源用。变频器主电路包括整流单元、高容量电容、逆变器和控制器等, 其中整流单元将交流电变换成直流电。高容量电容储存转换后的电能。逆变器是由大功率开关晶体管阵列组成的电子开关把直流电转换成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器按设定的程序工作, 控制输出方波的幅度和脉宽, 使叠加为近似正弦波的交流电驱动电机工作。

三、实施方法

单机双吸泵主要技术参数:流量Q=1 792m3/h, 扬程63m, 转速1 480r/min, 气蚀余量5.8m, 匹配电机功率400k W, 电机型号Y4002-4, 额定电压6 000V, 频率50Hz, 额定电流47.61A, 转速1 485r/min, 功率因数0.80。

对2台泵变频调速改造采用SIEMENS变频系统, 其中核心部件变频器, 选用了罗宾康完美无谐波6SR3502-6 (450k W, 70A, 6k V/6k V, IP31) 变频器柜及U11功率单元旁路, 配套国产高压全自动工频旁路柜和高压全自动断路器柜。2台泵由1台变频器以“一拖二”方式进行控制, 通过转换控制设备和旁路设备, 实现开停机、调速、变频和工频切换等操作。变频器出现故障时可采用工频运行方式, 保证不停产。

四、6SR3502-6变频控制柜操作方式

该变频控制柜具有就地和远程2种操作方式, 同时为了防止因变频器故障而造成电机停止, 备有工频旁路。

1. 具备“就地远程”转换开关。

2. 具备“变频工频”转换开关。

3. 远程与就地控制功能互锁。

4. 变频控制与工频控制功能互锁。

5. 就地变频控制时的频率通过调速电位器进行调节。

6. 当变频器出现故障时, 变频故障指示灯亮, 记下变频故障代码, 可通过变频器面板或重启变频器进行故障复位, 然后进行重启, 若故障仍无法排除, 向厂家寻求技术支持。

五、变频器维护保养注意事项

1. 观察工作电流是否超过变频器、电机的容许电流及三相电流是否平衡。

2. 观察电源电压变化。

3. 检查变频器、电抗器的发热情况及有无异常声音、振动、气味。

4. 检查变频器的通风情况, 防止风道堵塞, 冷却风扇有无异常振动和噪声, 并保持变频器的清洁状态。

5. 观察操作面板、仪表显示、指示灯有无异常情况。

6. 检查各连接部位有无松动、电器元件是否过热, 断路器、交流接触器、按钮、调速电位器是否完好灵敏可靠。

7. 维护操作应在断开电源10min后进行, 此时充电指示灯熄灭, 避免触电危险。

六、变频器故障原因分析

1. 过电流跳闸。

(1) 重新启动时一升速就跳闸, 原因如下:

(1) 负载侧短路; (2) 工作机械卡住; (3) 逆变管损坏; (4) 电机启动转矩过小, 拖动系统转不起来。

(2) 重新启动时不跳闸, 运行中跳闸, 可能原因如下:

(1) 升速时间设定太短; (2) 降速时间设定太短; (3) 转矩补偿 (U/f) 设定较大, 引起低频时空载电流过大; (4) 电子热继电器整定不当, 动作电流设定太小, 引起误动作。

2. 电压跳闸的原因分析。

(1) 过电压跳闸, 原因如下:

(1) 电源电压过高; (2) 降速时间设定太短; (3) 降速时再生制动的放电单元工作不理想。

(2) 欠电压跳闸, 可能原因如下:

(1) 电源电压过低; (2) 电源缺相; (3) 整流桥故障。

3. 电机不转。

(1) 功能预置不当, 再预置注意事项如下。

(1) 上限频率必须大于基本频率的预置值; (2) 使用外接给定时, 未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预定; (3) 其他不合理预置; (4) 启动信号未接通。

(2) 其他:变频器电路故障、电动机启动转矩不够、机械有卡住现象等。

七、变频改造效果评价

1. 变频启动对电网无冲击, 单级双吸泵投入变频启动时, 软启动功能避免了启动电流冲击。

2. 按需无级调节输水量, 保证给水效率, 避免了浪费。

3. 调节操作简单方便, 无须调节闸阀控制。

4. 可根据需要选择工频、变频运行方式。

5. 节能效果明显, 投入变频运行, 设备不再处于满负荷状态, 节能率达30%以上。

八、变频改造效益分析

变频器投运后, 应用效果较理想。以0.8为标准值的功率因数调整电费表, 选煤厂供水时间约10h/d, 月均运行28d, 按国家规定的用电峰谷时段, 综合电价为0.694 6元。

1. 经济效益分析。

以单台泵开机为参考, 投入变频装置后, 功率因数提高到0.95, 功率因数0.8增收电费3%、功率因数0.95减收电费1.1%, 月节省电费3 189.6元。

2. 变频节能效益。

水泵变频前运行电流39A, 变频后29A, 年节电20.16万k Wh, 折合成标煤约为24.78t, 节省电费约14万元。

参考文献

浅谈某排污泵站的变频技术改造 第9篇

某排污泵站1998年设计建成投入使用,2008年对其高低压配电柜进行改造,目前泵站采用8台450QW2000-10-110型潜污工频泵(4备4用),全部用软启动开关控制。泵站为半地下式2层结构,底层设有进水井、格栅间、集水池、出水井,上层设有配电室和值班室。泵站主要设备有:FS1000-300粉碎型格栅3台、QS-T型手电两用启闭机及闸门5台、MD5-12D行车2台、排污泵8台等。设计最大排水量8 000 m3/h,承担收集和输送区域各类用户排放的污水和天然降水的任务[1]。泵站,特别是大型中途输送泵站,对整个城市的污水排放及排水防涝来说至关重要。然而,泵站在为社会服务的同时,也消耗了大量能源,降低泵站的能耗是提高泵站运行效益的主要措施。变频改造可使泵站根据来水量的变化选择合理的水泵转速和机组运行台数,提高排污效率,实现集水池Q输出=Q输入的最佳排水工况,克服未改造前频繁启停泵、能源消耗大、维护和检修费用高等缺点[2]。

1 总体改造方案

1.1 排水原理

根据流体力学原理,水泵的流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,轴功率与转速的三次方成正比。所以,在来水流量发生变化的情况下,为了实现Q输出=Q输入的最佳排水工况,使得集水池液位保持在一定范围内,可将安装在进水口的超声波流量检测仪提供的来水量信息与设定值进行比较,再由控制器调节变频器输出,从而对运行水泵机组的数量和转速进行无级调节。变频排污系统组成框图如图1所示。

1.2 系统技术要求

(1)设定抽排水位为2.6 m,停排水位为0.9 m,液位波动允许范围为1.7 m。

(2)排水同时采用4台水泵,并可实现自动、就地控制。

(3)系统具有短路、欠压、掉电、过载保护以及故障报警等功能,能确保运行过程的安全可靠。

(4)能够有效避免来水高峰时的水位波动造成频繁启停泵现象。

(5)系统具有数据通信、采集、管理及实时显示等多种功能。

(6)在市电停电的情况下,可实现手动切换至发电机直接供电。

1.3 系统控制过程

通过超声波流量检测仪检测出当前来水量值,再将该值传送给PLC,PLC对设定值与检测值进行比较后,把控制量通过PID调节传送给变频器,以调节水泵机组的运行情况。运行第1台变频泵时,如1台水泵不满足抽排要求,则将第1台水泵切入工频运行,再将第2台变频泵投入运行,依此类推,直到启动第4台水泵。停泵时应遵循先开先停、后启后停的原则,第1台工频泵先停,变频泵最后再停。这样可使每台泵工作时间与休息时间相当,从而延长水泵的使用寿命。变频器通过对运行水泵数量和转速的调节,来达到使集水池液位保持在一定范围内的目的[3]。

2 硬件改造

变频排污系统主电路图如图2所示:用M1、M2、M3、M4表示4台电机,它们分别带动1#、2#、3#、4#水泵;接触器KM1、KM3、KM5、KM7分别控制4台电机的工频运行,接触器KM2、KM4、KM6、KM8分别控制4台电机的变频运行;4台水泵电动机主电路和变频器的隔离开关以QS1～QS5表示;4台水泵电动机过载保护用的热继电器以FR1～FR4表示;主电路的熔断器以FU表示。

图3中就地/自动转换开关为SA,处于就地控制状态时SA打在1的位置上;处于自动控制状态时SA打在2的位置上。就地运行时,4台水泵的启停可用按钮SB1～SB8进行控制;自动运行时,系统由PLC程序控制。

图3中的HL13表示自动运行状态电源指示灯。变频器频率复位由1个干触点信号进行控制,由于PLC中每4个输出点为1组,共用1个外接通信端(COM),而本系统没有单独的COM端输出组,所以变频器的复频控制由1个中间继电器KA触电来实现。图3中PLC的输出继电器触点包括Q0.0～Q0.7和Q1.1～Q1.6,接线编号为Q0.0～Q0.7和Q1.1～Q1.6旁边的4、6、8等数字[4]。

3 软件设计

系统程序采用模块化方法进行设计,主要包括主程序、定时采样子程序、时间滤波子程序、PID控制子程序、参数运行子程序以及故障报警子程序等。在编程过程中,为了保证整个变频排污系统在快速准确、安全稳定和节能经济的状态下高效运行,应注意配合系统中的各个参数。

3.1 变频、工频运行工况切换时间T

为了使泵站运行效率得到有效提高,电动机的工频和变频运行需要根据管网来水量情况进行切换。在PLC编程中,可对切换时间T设置相应的编码,以满足对系统切换时间的需求。为了应对来水量增加的情况,设置T时间内水泵由变频切换为工频运行,同台水泵工频和变频运行各自所对应的交流接触器不会同时吸合,以保障变频器不被烧损。此外,系统允许的切换时间T的范围应尽可能小,才能有效避免在工频启动的情况下电网因启动大电流而受到较大冲击。

3.2 系统上、下限频率持续时间TH和TL

装在进水口的超声波流量检测仪测出管网中的瞬时来水量,再与设定值比较看是否达到上限(下限),这个判断时间就是TH(TL)。在TH的设定值太大的情况下,对管网排水量的变化系统就无法迅速作出反应;在TL的设定值过小的情况下,管网来水量变化时就会引起频繁的加减泵工作。

4 改造结果分析

变频排污系统是将交流变频调速技术和微机控制技术应用于水泵自动控制设备中,并与水泵机组相结合的机电一体化排污装置,其主要有以下应用优势[5]:

(1)实现了水泵转速的无级调节,且调速精度较高,转速(频率)分辨率高。

(2)调速效率高。在频率变化后电动机仍可在该频率的同步转速附近运行是变频调速的最主要特点,其基本上能保持转差损失不增加和额定转差率。变频调速会受高次谐波以及在变频装置中产生的变流损失的影响,但不会出现太大损失,所以它是一种高效的调速方式。

(3)功率因数高,具有节能效果[6]。变频调速可在一定程度上降低输电线路和变压器的容量,减少线损,节省电能;或在同样的电源容量下增加负载。

5 结论

(1)在城市排污泵站应用变频技术比靠水位控制水泵启停,在运行的经济性、稳定性、可靠性、自动化程度等方面均具有无法比拟的优势,它能使水泵转速下降、功率降低、寿命延长,符合城市排污系统的要求。

(2)利用变频技术不仅可克服排污泵执行机构的严重非线性控制问题,还具有调节效率高、精度高等优点;可方便地在控制室的触摸屏上操作,亦可在PC机上操作,使用较为方便;同时,变频改造也是城市排污泵站节能降耗、提高社会效益的良好途径。

参考文献

[1]某排污泵站施工图[Z]

[2]王春堂.孙玉霞.水泵与水泵站[M].郑州:黄河水利出版社.2011

[3]田亚娟,郭丽颖.变频恒压供水PLC控制系统的设计[J].计算技术与自动化,2010,29(1)

[4]王锦标.计算机控制系统[M].北京:清华大学出版社,2004

[5]李传伟,王燕妮.变频器与PLC的连接与配合使用[J].电气传动自动化,2005(2)

发电厂风机变频改造节能技术分析 第10篇

要对风机进行改造, 首先必须对风机的能耗进行全面的分析, 然后有针对性的提出改造的措施和手段, 制定出合理的改造方案。

1.1 风机性能

在发电厂运行中, 为了考虑到风机运行时动力源的安全问题, 在设计阶段就已经作出足够的裕量, 所以电机容量较大。在这种状况下, 如果机组处于低负荷运行阶段, 那么就无法最大限度的发挥出风机的运行效率, 在能量方面是一种浪费。

1.2 风机启动

在通常情况下, 直接启动电机时, 电流要比正常情况下高很多, 由此对电机造成很大的影响, 缩短了使用寿命, 增加了损耗。

1.3 风机运行调节

在锅炉运行的过程中, 根据负荷的变化, 需要在给煤、给水和风量方面进行调整。而当风机在进行定速运行时, 只能通过风门来调节, 因为风门的调节精度低, 反应不及时, 所以会造成一定的能耗损失。

1.4 风机的喘振

风机在上升段的不稳定区运行时, 会发生喘振的现象, 并且伴随有噪声, 这种周期性的变化, 会造成能耗的损失。

2 变频调速原理和优点

2.1 变频调速原理

要实现风机交流电动机的调速 (包括异步电动机转速n和同步电动机转速n1) , 可以通过以下途径实现:改变磁极对数P (变极) ;改变电源频率f1 (变频) ;改变异步电机转差率s[1], 其变频原理表示为:

采用变极调速时, 一般为双速电动机, 但双速电动机仍为有级调速, 不能实现连续调速, 变速时仍会产生冲击电流。而当极对数P一定、转差率s变化又很小时, 转速和频率基本成正比, 即为变频调速, 基于这个原理可以使用变频电源 (变频器) 实现真正的连续转速调节。

2.2 变频调速改造

在对变频调整改造时可以采用加装变频器的方法来进行, 变频器加装后, 会使风机在启动和风量上都有明显的变化, 改变了传统的定速方面的问题, 而实现了连续调节功能, 可以随时改变转速和风量, 从而达到降低能耗的目的。变频器在风机上使用后, 不仅可以进行快速的调速, 同时也不会在频率发生变化时增回电动机转差的损失, 改造的风机具有较宽的调速效率, 非常适合低负荷状态下的运行。另外改造后的变频装置可以随时随地退出运行, 或是做为启动设备来使用。

3 变频改造节能效果分析

3.1 试验工况

该电厂为循环流化床锅炉, 最大负荷410 t/h, 每台锅炉配备有2台离心式一次风机、2台离心式引风机, 试验选取1台锅炉的引风机和一次风机进行。以锅炉负荷和风机的变频、工频状态为工况条件, 共计330 t/h (工况一) 、300 t/h (工况二) 2个负荷, 风机变频和工频两种状态。工频状态就是将电机运行频率逐步调节为50Hz固定, 模拟改造前的风机运行状态。

3.2 试验参数

试验期间机组负荷保持基本稳定, 以风机电动机输入功率即风机的耗电率和风机单耗为测量和分析的主要参数, 对比变频、工频状态下的风机功率, 得到节电率, 从而分析风机变频改造的节能效果。风机功率的测量和计算公式如下:

式中:N-风机电动机输入功率;n-在时间t内电表电枢的回转数;Ct-电流互感系数;Pt-电压互感系数;t-电枢的回转时间, S;A-电能表常数, 表示每千瓦时圆盘的回转数。

此次试验的电能表常数A=10000r/k Wh, 引风机Ct=200:1, Pt=6000:100;一次风机Ct=300:1, Pt=6000:100。

3.3 引风机变频改造节能效果试验

引风机设计裕量一般最大, 变频改造的预期效果也较大。试验结果如表l-表3所示。

3.4 一次风机变频改造节能效果试验

一次风机是锅炉运送燃料的主要动力源, 所以一次风机的运行调节关系到整个机组的负荷变化。试验结果如表4-表6所示。

3.5 节能分析

3.5.1风机变频运行后, 引风机单耗由原来的2.70k Wh/t降低为0.98k Wh/t, 一次风机单耗由原的2.88k Wh/t降低为1.40k Wh/t。

3.5.2对比风机变频前后, 引风机的节电率达到60%, 一次风机的节电率达到50%。

3.5.3通过变频改造, 该电厂的引风机和一次风机的节能效果都很明显。由各工况对比来看, 引风机的节能节电效果好于一次风机, 且低负荷下的节能节电效果较显著。

4 结束语

综上分析可以看出, 风机在变频节能改造后, 不仅其运行的能耗了有明显的降低, 而且其运行进的整体耗电量仅为原来没改造之前的百分之五十, 取得了非常好的效果。同时通过实际运行得知, 变频节能改造对于容量较大的风机效果则更为显著, 风机的运行和机组的运行处于同步状态, 使资源达到了合理的配置和利用。另外在对改造后的风机运行一段时间的观察中, 没有出现不稳定的现象, 风机的运行一直处于平稳的状态, 同时其安全性也有所提高, 运行费用明显降低, 使发电厂的经济效益得到了明显的提升。

参考文献

[1]李明.火电厂泵与风机变频改造技术及应用[J].华电技术, 2008, (8) :55-57.

桥式起动机变频调速改造 第11篇

关键词:桥式起动机;变频器;改造

中图分类号:U260.6文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0153-01

随着国民经济的发展,工厂、仓库、料场等不同场合广泛采用桥式起重机吊运货物,有些企业因为工艺的需要,需要调节被吊物品的上升、下降、前后移动的速度。往往采用变速箱,绕线式电机转子串联电阻或者采用变极电机进行调速,但这些调速机构各存在自身的缺点。变速箱调速机构庞大,并且不能实现远程调速;转子串联电阻调速存在启动转矩小,效率低,由于工作环境差,粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大,电刷容易磨损,加上频繁运行,实际过载率高,由于冲击电流偏大,容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障;电机变极调速不能实现无极调速,调速范围受到限制。而变频技术近几年来得到迅速的发展,功能越来越多、性能越来越先进、价格越来越低。变频器不单体积小、改造简单、能实现无级调速及远程调速,而且还起到节能的作用。

1桥式起动机变频调速改造

热镀锌厂为了控制热镀件镀层的厚度以及热镀层的质量,控制生产成本,通常在镀件放入和吊出高温熔化的锌池需要控制其速度。速度太快或者太慢都会影响热度件的成品率及镀层的厚度,同时因加工工件较重、惯性大;为了确保人员及生产的安全,起动机吊有重物时前后移动的速度也不能太快,速度应该可控。为了实现速度连续可调,桥式起动机采用变频技术改造收到了良好的效果。

该桥式起动机左右移动电机功率为1.5kW;升降电机有两台,其中快升快降电机功率为5.5kW,慢升慢降电机功率为2.2kW,最大起吊重量5T;前后移动电机共两台,功率都为2.2kW,所有电机都带有机械变速机构。改造中保留原有的机械变速机构,增加升降和前后移动电机变频调速控制。考虑变频器发生故障时桥式起动机仍能运行,保留原来工频运行控制线路,即起动机既能工频运行又能变频运行。

变频器选型:由于升降电机起吊货物带有冲击性,升降操作频繁,冲击电流较大,并且启动力矩要求足够大。所以控制升降电机的变频器采用带有矢量控制的爱默生EV3000系列变频器,输出功率比电机输入功率大一级,规格为380V/7.5kW。前后移动电机因为其驱动装置只做前后平移,启动力矩及冲击力矩不大,可以采用爱默生通用变频EV2000系列,规格为380V/5.5kW,功率与电机大小一致就可以。

变频器安装,接线,参数设定注意事项:

①变频器应垂直安装,留有通风空间,侧面间隔要大于100mm,上下间隔要大于150mm。变频器功率越大,通风散热空间应越大。并控制环境温度不超过40℃,需要时应加装排气扇。

②用变频器控制普通三相交流异步电机转速时,电机的温升及噪声会比直接用市电(工频50Hz)时高;长期在低速(运行频率<30Hz)重载运转时,因电机风叶转速低,应注意通风冷却,适当减低负载或者使用变频电机,以免电机温升超过允许值而烧毁电机。

③严禁将电源输入线直接接到变频器的输出端子(UVW),否则可能会引起输出模块及控制模块的损坏。

④变频器装置应可靠接地,接地线应采用直径3.5mm2以上的铜芯线,且接地电阻要小于10Ω。以抑制射频对周围设备的干扰,防止变频器因漏电而引起电击,危及人身的安全。

⑤连接控制端子的电缆应采用多芯屏蔽电缆或绞合线。电缆屏蔽层应连接到变频器的接地端子PE,且只能单端接地,布线时控制电缆应远离主电路和强电电路,并且不能与之平行放置,避免电磁感应造成变频器误动作。

电气改造:原来控制横梁前后移动的电机只有工频运行,现在改为变频和工频两个速度运行,升降电机原来由工频运行的两台电机来实现快速升降和慢速升降两个固定的速度,现增加一档变频控制的中速档。合共三档速度。控制横梁前后移动的电机1YD和2YD其二次控制部分工频和变频运行接触器线圈11KM和12KM在电气线路方面要采取触点互锁并带机械互锁,控制货物快升快降的电机SKYD其二次控制部分工频和变频运行接触器9KM和10KM在电气线路方面也要采取触点互锁并带机械互锁。而控制电机正反转的接触器只在电气方面实现互锁就可以,下面讲述控制电路的工作原理。

①分别压下SB3,SB4按钮可使电机3YD正传和反转,从而使被吊货物左右移动,松开按钮则左右移动停止。控制电机正反转的接触器线圈3KM,4KM在注意要在电气线路上进行触点互锁。

②分别按下按钮SB1,SB2可实现桥式起动机快速前进和后退。分别按下按钮SB11,SB12可通过变频调速实现桥式起动机慢速前进和后退,松开按钮电机停止运转。按下SB11,时间继电器KT1得电,其失电延时常开触点KT1接通12KM接触器,另一常开触点KT1接通变频器的正转运行信号FWD,使电机正转慢速运行,这时横梁在电机驱动下按变频器设定速度慢速前进,松开SB11停止前进。同理按下SB12,时间继电器KT2得电,其失电延时常开触点KT2接通12KM接触器,另一常开触点KT2接通变频器的正转运行信号REV,使电机反转慢速运行,这时横梁在电机驱动下按变频器设定速度慢速后退,松开SB12停止后退。KT1,KT2线圈采用触点互锁。因控制横梁前后移动的电机其传动机构没有带刹车装置,所以该变频器增加一套能耗制动装置,以减少刹车时间。控制前进后退的变频器其输出接触器接通后要延时断开,使电机停止时的反电势能量通过变频器的刹车电阻释放。

③按下SB5,接触器5KM得电,快速升降电机SKD运行于工频状态,被吊货物快速上升,松开SB5停止上升;同样按下SB6,接触器6KM得电,快速升降电机SKD运行于工频状态,被吊货物快速下降,松开SB6停止下降。而按下SB7,接触器7KM得电,慢速升降电机SMD运行于工频状态,被吊货物慢速上升,松开SB7停止上升;同样按下SB8,接触器8KM得电,慢速升降电机SMD运行于工频状态,被吊货物慢速下降,松开SB8停止下降。同样按下SB9,微型继电器KA1得电,其一对常开触点接通5KM接触器,另一对常开触KA1接通10KM接触器使其得电吸合,同时10KM常闭触点断开9KM,10KM的常开触点闭合使变频器运行输出,这时快速升降电机转为变频调速运行,电机按设定速度上升,松开按钮电机停止上升。同样按下SB10,微型继电器KA2得电,其一对常开触点接通6KM接触器,另一对常开触点接通10KM接触器使其得电吸合,同时10KM常闭触点断开9KM,10KM的常开触点闭合使变频器运行输出,这时快速升降电机转为变频调速运行,电机按设定速度下降,松开按钮电机停止下降。考虑升降机构要根据生产工艺经常调整其上升和下降速度,故增加变频调速电位器R2,调节U2变频器的外接电位器R1可改变电机的运行速度。因升降电机内部带有刹车机构,所以变频器不再外加能耗制动装置。

参考文献:

[1] 爱默生网络能源有限公司.EV2000系列通变频器用户用手册[DB/OL]. www.emersonnetworkpower.com.cn,2008-6-12.

球团卷扬矿车变频控制改造 第12篇

济南钢铁股份有限公司球团厂1#竖炉始建于1968年,采用卷扬矿车将生产的成品球运送到料仓内。原系统的主卷扬电动机用继电器、接触器和主令控制器控制, 采用串接电阻的形式对电动机的速度进行调节,用主令控制器进行矿车定位。

根据三相异步电动机工作原理,其同步转速为:

n=(1-s)n0=(1-s)60f/p

式中,n为电动机转速;n0为旋转磁场的转速;s为转差率;f为电源频率;p为电动机的极对数。由此可见,要想实现电动机的变转速运行,只要改变电动机电源频率f、电动机转差率s、电动机极对数p三个参数即可[1]。串接电阻调速的工作原理就是通过改变转差率s实现改变电动机的转速。由于电动机转子绕组串接可变电阻,不同的电阻值,对应不同的转差率,因此串接电阻值越大,转差率越大,电动机转速越低;串接电阻越小,转差率越小,电动机转速越高。电动机转子绕组串接电阻为0时,电动机为额定转速。所以通过改变串接在绕线式电动机转子线圈的电阻值实现电动机的调速运行,就是串接电阻调速的基本原理。这种串接电阻调速方式,效率非常低,它以增加转差功率的消耗来换取转速的降低。转速越慢,效率越低,大部分功率被转换成热能被消耗掉。

原系统在使用、维护和生产中还暴露出许多问题:如提升主电动机采用55 kW三相异步电动机,转子串接电阻调速,用交流接触器进行速度切换, 由于功率比较大,所以起动、换挡时冲击电流大,由此引起接触器触点部分故障较多,需要频繁更换;继电器控制线路繁琐、故障点多、维修麻烦。

用变频调速方案就能很好地解决上面这些问题。变频调速是通过改变定子供电频率来达到电动机调速的目的,无论转速高低,其机械特性基本上与自然机械特性平行,所消耗的转差功率都基本不变,因此效率很高,有着明显的节电效果,且调速的平稳性大大提高。变频调速还可以在0速0电压起动(当然可以适当加转矩提升), 一旦频率和电压的关系建立,变频器就可以按照U/f或矢量控制方式带动负载进行工作,使用变频调速能充分降低起动电流,提高绕组承受力,延长电动机的使用寿命。

卷扬矿车的定位,原系统采用传统的LK系列有触点凸轮主令控制器,在料车卷扬的辅助轴上带动凸轮旋转,在相应的机械位置依靠接通断开机械触点来控制设备的运行,这种主令控制器存在着以下不可克服的严重缺点:

(1)故障率高。

钢铁厂区内生产现场灰尘多,高浓度的灰尘往往造成主令控制器的接点闭合而不导电,其机械部分长期在恶劣环境下运转造成机械运转部分损坏,使接点不能正常断开,导致需闭合的不导电,需断开的不断开,由此造成卷扬设备的恶性事故,如矿车掉道、矿车坐底、矿车超限等,轻则设备损毁、影响产量,重则造成人身伤亡。

(2)分辨率低。

LK系列主令控制器靠一周内的凸轮运动而定位,对于几十m的矿车行程,凸轮轨迹的小小偏差,将造成矿车定位大距离的偏离,不能适应自动控制过程精确定位和精确控制的需要。

(3)调整不方便。

在每次更换钢丝绳之后或生产过程中需要调整矿车位置时,都必须对主令控制器的凸轮定位重新进行调整。调整时必须停止上料,严重影响生产的正常进行。而且必须由很有经验的人员反复多次调整,才能定准位置[2]。

为解决上述问题,2008年3月公司决定对卷扬矿车电控系统进行改造。经过研究讨论,决定将料车的定位由机械主令控制改成旋转编码器控制,用无触点代替有触点避免机械故障;用变频调速取代继电器控制的串接电阻调速;用旋转编码器对料车定位取代主令控制器定位。

1 系统设计与实现

1.1 主要设备选型

卷扬矿车主电动机的型号为YZR315S-10 55 kW,改造选用的变频器为艾默生电气公司产品,型号是EV20004T0750G, 最大输出功率为75 kW。EV2000型变频器功率范围是5.5～280 kW,可以实现高转矩、高精度、宽调速驱动,满足了通用变频器高性能化的趋势;同时具有较好的防跳闸性能和可靠性以及适应恶劣电网、温度和粉尘的能力[3]。该类型变频器在我厂布料车、排料电振等其他设备上都有使用,效果良好,可靠性高,其参数调整采用菜单方式,操作方便简单。这次改造还根据需要选用了配套的制动单元TDB-4C01-0550及制动电阻TDB-R01-0050-0100。

另外一个重要设备是旋转编码器。我们选用的编码器型号是欧姆龙公司的E6C3-AG5C,其电源电压是DC 12～24 V,NPN型输出,分辨率可达1 024。

由于系统输入输出点较少,控制器选用结构紧凑的西门子S7-200系列PLC,型号为6SE7216-2AD23-0XB0,24点输入,16点输出。同时根据需要配一个8点开入模块,型号为6ES7221-1BF22-0XA0。

1.2 系统构成及实现

该系统主要由矿车主电动机的变频控制系统和带有编码器的矿车定位系统构成,主电动机的变频系统控制图见图1。

变频器通电后, 首先检查其预设参数是否与出厂值一致, 在确认与出厂值一致后, 对下面的主要参数进行修改:F0.03运行命令通道选择 由01;选择端子运行命令通道F0.09转矩提升 由015%;F0.10加速时间 由208 s;F0.11减速时间 由208 s。转矩提升功能是在变频器低频的情况下经常用到的一个参数,因为传统的U/f控制方式变频器的输出力矩与频率成正比,所以一般在低频情况下输出力矩不够大,转矩提升功能实际上就是在低频情况下提高变频器内部电压,使电流增大,从而提高输出力矩的一种方式。由于卷扬矿车属于重载起动,因此设置一定的转矩提升是必要的。

加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过观察起、停电动机有无过电流、过电压报警,然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,由此确定出最佳加减速时间。

在实际生产中,一般情况下矿车可以实现周期匀速运料,考虑到炉况波动时可能出现短期排料不稳定的情况,我们在系统中设置了手动和自动两种模式。一般情况下选择自动模式。矿车电动机由PLC程序控制起停,程序内设定好矿车的运行速度、矿车在轨道底部及顶部停留的延时时间,用编码器确定矿车底部、顶部的位置,实现矿车的自动往复运行。在排料不稳定的时候,选择手动模式,手动模式下可以选择高速(50 Hz)和低速(30 Hz)两挡,岗位人员根据当时的排料情况,选择合适的速度,同时用手动控制矿车的起停和停留时间,保证生产的连续性。

旋转编码器安装在现场,与卷扬主传动轴柔性连接,卷扬料车的位置由编码器表示,根据矿车运动的惯性和抱闸制动情况,提前一段距离设置料车的停车位置。编码器安装的卷筒轴直径为800 mm,其旋转一圈代表矿车实际运行长度是2 512 mm,编码器分辨率为1 024,则编码器两脉冲间隔代表矿车实际运行2.45 mm。这样的精度完全可以满足矿车运料系统的要求,为此我们选择了相对简单的开环控制。

实际运行过程中发现,料车停车定位的准确性与料车的惯性、料车电动机的制动关系很大。为了使料车起停平稳,在PLC程序中设定起动5 m内料车低速运行,然后再加速,在停车前5 m又减速成低速运行,这样减小了料车的惯性。考虑到为了实现快速制动,在所要求的时间内,变频器再生能量在中间环节电容器在规定的电压范围内储存不了,或者内接的制动电阻来不及消耗掉而使直流部分“过压”时,需要加外接制动组件,以加快消耗再生电能的速度,为此我们选用了与变频器配套的制动单元和制动电阻,同时对电动机选用了能够快速响应、耐久性大的电磁式制动器。实现了快速制动后,料车的定位精度也就提高了。

由于平时检修料车的缆绳长度可能发生变化,因此为了调整停车位置方便,在变频柜面板上设置了一个定位的转换开关和按钮,将转换开关打到定位位置,把停车位置定好后按下定位按钮,这样对应的编码数就写入PLC,完成了一次定位过程,十分方便快捷。同时为了保证安全,在正常停车位后2 m处安装重负荷限位开关,同时安装报警电笛,防止因为编码器失效引起的事故。

2 注意事项

(1)编码器与轴的连接注意要采用柔性连接,改造完系统运行一段时间后曾经发生过联轴器断裂的事故,我们改用了一段橡胶软管作为联轴器,效果很好。

(2)变频器主电路电流具有较强的高次谐波成分, 容易干扰控制电路工作。为消除干扰, 控制电缆要采用屏蔽电缆,同时给编码器安装一个屏蔽金属罩。

(3)PLC突然停电时编码器的数据可能丢失,建议使用UPS电源。

(4)为节省改造成本,原绕线式电动机未换成变频电动机,要注意电动机在低频运行的温升。

3 结束语

此次改造由济南钢铁股份有限公司球团厂和济南瑞宝电气公司共同完成。该改造系统自2008年6月投入运行以来, 实现了起动及换挡时的软起动、软停车,减轻了对电网的冲击。变频器的频率连续调节,分段预置,使调速更加方便、可靠,运行更平稳。使用变频器后省去了原换挡接触器及调速电阻,减少了停机维修时间,从而提高了产量。在低速段节能效果比较明显。一般运行频率在30 Hz,根据电度表的读数估算节电率约10%。按主电动机额定功率55 kW,每天使用20 h,每年工作360 d计算,一年节电达3.96万kWh。若以每度电0.6元计算,则每年可节约电费2万多元。另外每年节约的备件材料费、维修人工费加上产量的损失费用也在几万元。

该系统运行平稳, 料车起停平稳,起动时无大电流冲击, 并在各种不同的负荷下都能精确停车, 说明该系统已达到设计要求, 能很好地满足工艺要求, 具有自动化程度高、可靠性好、故障率低等优点,非常适合于卷扬输送系统。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]武俊海,薛书萍.智能主令控制器在高炉上料系统的应用[J].河北冶金,2007(4):38-39.WU Jun-hai,XUE Shu-ping.Application of intelligentmaster controller in distributing system of blast furnace[J].Hebei Metallurgy,2007(4):38-39.