張瑞林

(德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253000)

基于富士變頻器帶式輸煤機(jī)變頻調(diào)速控制

張瑞林

(德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253000)

帶式輸煤機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，這類負(fù)載采用通用變頻器控制的目的是實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量。分析了恒轉(zhuǎn)矩性能的通用變頻器的選型，同時(shí)充分考慮低速、大轉(zhuǎn)矩情況下為提高轉(zhuǎn)矩提升能力而使電壓補(bǔ)償提的過(guò)高及過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作，必要時(shí)應(yīng)將通用變頻器的容量提高一檔，或者采用具有矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的通用變頻器。

輸煤機(jī);恒轉(zhuǎn)矩;變頻器

1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻調(diào)速

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作情況取決于電機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性。因此，在設(shè)計(jì)拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先必須了解負(fù)載的機(jī)械特性。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)如下。

(1)轉(zhuǎn)矩特點(diǎn):

即，在不同的轉(zhuǎn)速nL下，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL基本保持不變，其機(jī)械特性曲線如圖1(b)所示。

(2)功率特點(diǎn):

由式(1)知，負(fù)載的功率PL、轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系是

即，負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比，其功率曲線如圖1(c)所示。

圖1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性

2 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的主要考慮問(wèn)題

對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，必須考慮的主要問(wèn)題是變頻調(diào)速的范圍能否滿足要求，具體選擇如下。

2.1 最低工作頻率的選擇

在電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中所允許的最低工作頻率除了決定于變頻器本身性能及運(yùn)行模式外，還與電機(jī)的負(fù)載率及散熱條件有關(guān)。不同運(yùn)行模式下的最低工作頻率在不考慮負(fù)載率的情況下，能夠穩(wěn)定運(yùn)行的最低工作頻率大致有如下三種方式。

(1)有反饋矢量控制模式:各種不同品牌變頻器的最低工作頻率不盡相同，多數(shù)變頻器通?？蛇_(dá) 0.1 Hz。

(2)無(wú)反饋的矢量控制模式:多數(shù)變頻器在無(wú)反饋矢量控制模式下運(yùn)行時(shí)，工作頻率不宜低于5 Hz。

(3)U/F控制模式:最低工作頻率通常為1 Hz。但是，在低頻率下工作時(shí)，由于電壓的補(bǔ)償量較大，所以在輕載時(shí)容易引起電機(jī)磁路的飽和，造成勵(lì)磁電流過(guò)大而發(fā)熱。

電機(jī)的最低工作頻率與電機(jī)的控制模式、負(fù)載率、散熱的綜合關(guān)系如表1所示。

表1 各種控制模式的最低工作頻率

2.2 最高工作頻率的選擇

如果當(dāng)電機(jī)的工作頻率高于額定頻率時(shí)，其轉(zhuǎn)矩就具有恒功率的特點(diǎn)，如式(4)所示。在高于額定頻率的某一頻率下，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算值為

表1中所述的負(fù)載率是指電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的折算轉(zhuǎn)矩與電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的比值，一般用σ表示，具體如式(3)所示:

由式(2)、式(3)可得出:高頻下變頻調(diào)速系統(tǒng)允許的負(fù)載率σ如式(5)所示，式(5)說(shuō)明，電機(jī)的最高工作頻率與負(fù)載率σ成反比:

2.3 調(diào)速范圍的選擇

如上文所述，變頻調(diào)速系統(tǒng)的最高和最低工作頻率都和負(fù)載率有關(guān)，由此推出，電機(jī)的調(diào)速范圍也與負(fù)載率有關(guān)。

假設(shè)某變頻器在外部無(wú)強(qiáng)迫通風(fēng)的狀態(tài)下提供的有效轉(zhuǎn)矩曲線，如圖2所示。由圖2分析可知，電機(jī)在拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，允許的頻率可調(diào)范圍與負(fù)載率兩者之間的關(guān)系如表2所示，由表2可知負(fù)載率越低，允許的電機(jī)調(diào)速范圍越大。

圖2 某變頻器的有效轉(zhuǎn)矩線

表2 不同負(fù)載率時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍

2.4 傳動(dòng)比的選擇

電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算值T'L與傳動(dòng)比λ有關(guān)，如式(6)所示:

由式(2)、式(5)可知，傳動(dòng)比λ越大，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算值T'L就越小，電機(jī)軸上的負(fù)載率σ也越小。如表2可知，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的前提下，傳動(dòng)比λ越大，則電機(jī)軸上的負(fù)載率越小，調(diào)速范圍越大。因此，如果當(dāng)調(diào)速范圍不能滿足負(fù)載要求時(shí)，可以考慮通過(guò)適當(dāng)增大傳動(dòng)比，來(lái)減小電機(jī)軸上的負(fù)載率，增大調(diào)速范圍。

3 帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)速

因?yàn)閹捷斔蜋C(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故前面的方法和結(jié)論對(duì)帶式輸送機(jī)都適用，這里不再贅述。但多數(shù)帶式輸送機(jī)對(duì)調(diào)速范圍的要求不高，故在決定電機(jī)容量時(shí)，可以簡(jiǎn)化。

帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)速要點(diǎn)如下。

(1)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TMS的校核。

帶式輸送機(jī)在起動(dòng)時(shí)的靜態(tài)摩擦系數(shù)較大，所以必須校核電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TMS是否滿足要求。

①起動(dòng)階段的負(fù)載系數(shù)C。設(shè)負(fù)載在未考慮靜態(tài)摩擦系數(shù)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(折算到電動(dòng)機(jī)軸上的值)為T'L0，則

負(fù)載系數(shù)C的大小說(shuō)明了負(fù)載是重載起動(dòng)，還是輕載起動(dòng)或空載起動(dòng)。

②起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T'LS。設(shè)負(fù)載的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)為μ1，靜態(tài)摩擦系數(shù)為μ2，則起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(折算到電動(dòng)機(jī)軸上)的大小為

③變頻時(shí)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TMS。采用無(wú)反饋矢量控制功能時(shí)，TMS=1.5TMN;采用U/F控制功能時(shí)，TMS=1.5TMN。

④電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求的主要條件是TMS＞T'LS。

(2)電機(jī)過(guò)載能力的校核。

輸煤機(jī)和輸?shù)V石機(jī)一類的輸送機(jī)，短時(shí)間的過(guò)載是經(jīng)常發(fā)生的(實(shí)際工作中，長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載也時(shí)時(shí)發(fā)生，但那不屬于正常工作狀態(tài)，這里不予討論)，因此，必須校核電機(jī)的過(guò)載能力。變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的過(guò)載能力βx為1.5，設(shè)負(fù)載的短時(shí)過(guò)載系數(shù)為 1.5，則:

① 若 βx≤1.5，電機(jī)過(guò)載能力滿足要求;

② 若 βx＞1.5，應(yīng)考慮加大電機(jī)的容量。

對(duì)于流水生產(chǎn)線用的輸送機(jī)，一般不必校核過(guò)載能力。

(3)變頻器的選擇。

①變頻器的容量。對(duì)于流水生產(chǎn)線類很少過(guò)載的輸送機(jī)，變頻器的容量只須與電機(jī)容量相符即可。對(duì)于輸煤機(jī)類可能過(guò)載的輸送機(jī)，變頻器容量應(yīng)加大一檔。

②變頻器的類型。如上所述，輸送機(jī)要求在整個(gè)速度范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩特性，且要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，故，最好選用具有無(wú)反饋矢量控制功能的變頻器。

4 帶式輸煤機(jī)的變頻調(diào)速

4.1 負(fù)載的特點(diǎn)

(1)負(fù)荷工況，屬于連續(xù)變動(dòng)負(fù)載，平均負(fù)載率 σA=0.9。

(2)轉(zhuǎn)速范圍:

4.2 變頻器選型

(1)負(fù)載對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求見圖3，經(jīng)分析可選富士G11系列變頻器。

圖3 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求

(2)變頻器容量。因?yàn)檩斆簷C(jī)電機(jī)可能短時(shí)間過(guò)載運(yùn)行，所以變頻器容量加大一擋，見圖4。

圖4 變頻器容量的選擇

4.3 主要功能的預(yù)置

4.3.1 頻率給定的相關(guān)功能

(1)頻率調(diào)節(jié)電路如圖5所示。

圖5 頻率調(diào)節(jié)電路

(2)相關(guān)功能的預(yù)置如表3所示。

4.3.2 轉(zhuǎn)矩提升功能

(1)富士變頻器的轉(zhuǎn)矩提升功能如圖6所示。

(2)相關(guān)功能的預(yù)置如表4所示。

4.3.3 加、減速時(shí)間的預(yù)置

(1)加、減速時(shí)間的預(yù)置如圖7所示。

(2)相關(guān)功能的預(yù)置如表5所示。

4.3.4 保護(hù)功能

(1)保護(hù)功能的預(yù)置如圖8所示。

(2)相關(guān)功能的預(yù)置如表6所示。

表3 頻率給定的功能設(shè)置

圖6 富士變頻器的轉(zhuǎn)矩提升功能

表4 轉(zhuǎn)矩提升功能設(shè)置

圖7 加、減速時(shí)間的預(yù)置

表5 加減速時(shí)間功能設(shè)置

圖8 富士變頻器的過(guò)載保護(hù)

5 結(jié)語(yǔ)

如上所述，當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)用于拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，適當(dāng)加大傳動(dòng)比，可以擴(kuò)大變頻調(diào)速系統(tǒng)的允許調(diào)速范圍，使之滿足負(fù)載對(duì)調(diào)速范圍的要求，這種方法也可用于適當(dāng)提高負(fù)載在最低速時(shí)的運(yùn)行頻率，當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)用于拖動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，增大傳動(dòng)比，從而也提高電機(jī)的工作頻率，可收到減小系統(tǒng)容量的效果。

表6 保護(hù)功能設(shè)置

［1］胡宗岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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［3］張燕賓.變頻器460問(wèn)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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Belt Type Conveyer Variable Frequency Speed Regulation Control Based on Fuji Inverter

ZHANG Ruilin
(Dezhou Vocational and Technical College，Dezhou 253000，China)

The resistance belt drive turn coal are constant torque load，such load frequency control using a common objective is to achieve equipment，automation，improve labor productivity，improve product quality.The performance of general-purpose constant torque converter selection was analyzed，taking full account of low-speed，high torque situations to enhance the ability to increase torque to mention leaving the high voltage compensation and over-current protection action，if necessary，should be selected with GM should increase the capacity of a file converter，or the use of the vector control or direct torque control of general purpose inverter.

coal;constant torque;inverter

TM 921.51

A

1673-6540(2012)09-0060-05

2011-09-13