变频调速系统改造

关键词： 啤酒 变频 调速 改造

变频调速系统改造（精选十篇）

变频调速系统改造 篇1

关键词：过滤槽调速系统,变频器,改造

一、概述

青岛啤酒第五有限公司酿造设备经过二次扩建, 啤酒生产能力达25万kL/a, 配套糖化设备 (8器组设备) 由长春轻工机械厂制造, 包括1个糊化锅, 糖化锅、过滤槽、煮沸锅各两个, 1个回旋槽。

过滤槽 (图1) 是重要的糖化设备, 糖化醪液经过滤槽将大麦皮和麦汁分离。由于每种啤酒麦汁温度不同, 因此耕刀转速不同且不同高度转速也不同 (一般分5个挡位, 耕刀由液压系统自动升降) , 麦汁过滤完, 必须高速排出麦糟。耕刀调速通过JZTY61-4型励磁调速电机 (南京调速电机厂生产, 额定功率15kW、额定转矩95.6N·m、额定转速1460r/min、调速120～1200r/min) 和WHC25-50ⅡF型圆弧齿圆柱蜗杆减速器 (传动比i=50、圆柱直齿轮传动比i′=6.608、总传动比i″=330.4, 输出轴最大转矩21582N·m) 完成。

青岛啤酒工艺要求第一麦汁过滤及洗糟采用连续洗糟过程, 耕糟 (耕刀在槽层) 转速控制在15～18min/圈。以最低速度18min/圈 (0.056r/min) 计算, 则电机转速nmin=i″×0.056=330.4×0.056=18.5r/min, 而电机励磁调速最低为120r/min, 达不到工艺要求, 严重影响过滤速度和麦汁浊度。为此分析如下改造方案: (1) 更换变速箱。原来设备基础必须拆除, 重新打基础以及安装变速箱等工期较长, 投资较大, 两套过滤槽改造费用大约60多万元; (2) 保留变速箱, 采用变频技术。工期短、投资小, 两套过滤槽改造费用大约6万元。

综合考虑, 决定采用方案 (2) 改造过滤槽调速系统。

二、改造实施

1. 电机选择

由于麦汁过滤时电机低速运行, 排糟时电机高速运行, 因此将励磁调速电机更换为南京中科电机有限公司生产的YVP225S-8B3型8极变频电机 (额定功率18.5kW、额定转矩296N·m、额定转速730r/min、恒转矩调速5～50Hz、恒功率调速50～100Hz) 。

原励磁调速电机额定转矩T==98N·m, 变频电机额定转矩T′==242N·m=2.47T, 该电机在100Hz时的有效转矩T″==121N·m>T, 电机转矩曲线见图2。根据以上转矩计算, 采用该型号变频电机, 无论是低速运行的恒转矩负载 (50Hz) , 还是恒功率负载 (50～100Hz) 均能满足工艺要求。

2. 变频器选择

满足工艺要求的电机最低工作频率fmin=pnmin/60==1.23Hz, 如此低的频率只有采用“有反馈 (PG) 矢量控制”方式才可能实现。比较各种变频器功能, 最终选择安川矢量型CIMR-G74022+PG-B2重载系列变频器, 该变频器直接转矩控制方式的低频运行性能较好。配置OMRON E6B2型旋转编码器 (600～1200线, 12V) 测试电机实际转速并以脉冲形式反馈给变频器, 通过闭环控制达到稳定低频运行, 实现工艺要求。

三、改造效果

1. 设备运行良好

恒转矩调速电机电流基本不变, 过滤麦汁时电机运行频率约为1Hz, 输出电流为16.2～17.3A, 疏松麦糟时电机运行频率约为10Hz, 输出电流为17.1～17.2A。恒功率调速电机电流随负载而变, 和实际工况相符, 排糟时电机运行频率约为90Hz, 输出电流为17～19A, 然后电流随着麦糟减少逐渐变小, 最后在10.8～11.6A波动。

2. 工艺改进效果显著

(1) 改造前麦汁过滤只能进行间接快速耕糟, 青岛啤酒麦汁过滤时间>135min, 崂山啤酒麦汁过滤时间>110min。改造后实现连续慢速耕糟, 青岛啤酒麦汁过滤时间<115min, 崂山啤酒麦汁过滤时间<85min, 以此计算糖化产能可增加约10%。

(2) 麦汁过滤均匀彻底, 糟层内麦汁残留减少, 结合其他降低粮耗措施, 酿造粮耗由去年的156kg/kL下降至152kg/kL。

水电站调速器的系统改造论文 篇2

水轮机调速器是水电厂直接控制水轮发电机的专有设备，用于控制水轮发电机组的开机、空载、并网、增减负荷、停机等各个环节，在机组并网前能保证机组频率在50Hz士0.2Hz内调节，并网后根据负荷设定值调整机组负荷和按预先设定的参数参与系统的一次调频。调速器作为水轮发电机组的核心，直接关系到水电站输出的电能质量和供电可靠性，要时刻进行调整、试验和检查，才能避免故障的.发生，保证日后安全地运行。

1.2水电站调速器的特点

1.2.1操作力大

水轮发电机组属于重型机械设备，因此具有外形大、质量重的特点。当水轮机工作时，由于通过的水流量比较大，因此在控制进水门时就需要很大的操作力。

1.2.2影响因素多，动作过程复杂

调速器主要的作用是进行由水流、水轮发电机和电能用户组成的能量转换体系。引水管中的水体惯性较大，调速器控制过程中形成的水锤产生反调效应，使水轮机调速器系统稳定困难，控制复杂化，调节过程中各部分工作情况的变化，都会影响调节过程。由于影响调速器因素过多，所以造成运行过程复杂。

1.2.3 调速器具有多种功能

第一，动作及时。在负载发生变化后，调速器反应快，动作及时，使机组在短时间内重新获得稳定。第二，动作准确。调速器对导叶开度的控制要与负载的变化一致。第三，过程平稳。调节过程中机组转速会发生波动，波动的次数少、幅度小，使过程平稳。

1.3水电站调速器出现的问题

1.3.1调速器稳定性差，灵敏度低，抗干扰能力差

主要体现在检修、调试过程中使用对讲机时，容易出现杂音。系统油压操作力差，经常有漏油和主配发卡的现象。由于杂质进入调速器导致主配引导阀动作迟钝，使调速器频率调节不稳。电液转换器由永久磁钢、线圈、十字弹簧、控制套、阀塞、旋转电机等组成，同时又设有节流孔，节流孔常因被油污堵塞而引起抽动，导致机组有功加不上去。

1.3.2电气元件易老化，故障率高

电机经常因旋转而被烧坏，导叶由于回路故障而无法自动打开或关闭。由于导叶接力器反馈信号不稳定，还会使出现位移反馈用的钢圈尺发卡、甚至出现折断现象。调速器触摸屏经常发生屏幕显示乱码，不能正常显示数据的情况。调速器电柜电源发生直流系统接地时，无法正确判断接地点，电源开关跳闸将会导致机组事故，当电源消失时，停机电磁阀将无法正常工作，导致机组不能正常停机，使事故扩大。

1.3.3系统结构复杂，维护量大，可靠性差

变频调速系统改造 篇3

泵变频改造为例，分析对给水泵进行交流变频改造的可行性，分析了给水泵改造的经济性和节能效果，說明给水泵变频改造是电厂节能降耗的可行途径。利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节，取代液力耦合器调节，不仅可以达到投资节省，而且系统结构简单，运行及维护经济，达到很好的节能效果。

关键词：给水泵 变频器 节能 改造

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0035-03

在火电厂中，电动给水泵容量大、耗电多，是主要的耗电设备。该设备的经济运行，对于降低厂用电率、降低发电成本、提高企业竞争力有着重要作用。

1 给水泵组简介

阜新金山电厂现有4×150 MW汽轮发电机组，每台机组按4×100%额定容量配置电动给水泵组。泵组由主给水泵及其液力偶合器、电动机构成，其中主给水泵向锅炉连续供水并向锅炉过热器、再热器及汽轮机高压旁路提供减温水，液力偶合器通过调整电动机与主给水泵的转速比以调节泵的出力。给水泵组采用1运1备的运行方式，通过锅炉给水调节门及液力偶合器调节进入锅炉水量，其系统结构如图1所示。

给水泵组参数：给水泵额定转速4 700 r/min；轴功率3 800 kW；电机转速1 491 r/min；电机功率3 800 kW；额定电流418 A；额定电压6 000 V；液力偶合器额定功率3 335 kW；输入/输出转速1 490/4 800 r/min。

2 变频改造的必要性

制造厂的相关研究资料表明：液力偶合器的效率等于其实际运行输出转速与额定转速之比。由于液力偶合器的额定转速都是和给水泵的最大出力相配套的，就液力偶合器本身而言，处于高转速比下工作才能获得最高的效率。但设计上给水泵的最大出力为锅炉最大连续蒸发量的110%，高于机组的额定出力需要，同时正常运行中机组由于负荷分配和调峰等因素影响，偶合器经常偏离额定负荷运行，年平均负荷率一般在70%左右。观察图2中的液力偶合器效率曲线，可以清楚地看到在低负荷下，如给水泵转速在69.82%时能量损耗达到60%。

阜新金山电厂2016年上半年平均负荷率为70%，可以看出给水泵采用液偶调速的运行方式经济性较差。利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节，取代液力耦合器调节，存在以下优点。

（1）给水泵电动机实现了真正的软启动、软停车，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流、峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和水泵的使用寿命。

（2）变频器设置共振点跳转频率，可以避免水泵处于共振点运行的可能性，使水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。

（3）由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了设备检修周期，可节省大量的检修费用。

（4）给水泵是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机，提高水泵运行效率，降低水泵的电耗，对于降低厂用电率，提高电厂经济效益有明显的效果。

3 变频改造方案

3.1 给水泵变频改造基本原理

电动机变频调速是利用变频装置作为变频电源，通过改变异步电动机定子的供电电源频率f，使同步转速n1变化，从而改变异步电动机转速n，实现调速的目的。其原理是：对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率P与转速N的三次方成正比，它们之间的关系变化见表1。

表1可看出，用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。

3.2 给水泵变频改造实施方案

给水泵变频改造主要分为3个部分。

一是对液力偶合器油系统进行改造。将液力偶合器改造成多功能液力偶合器，在保留液力偶合器调速功能的基础上，增加液力偶合器的增速齿轮箱输出功能。通过这一改造液力偶合器具备了两种功能：一是工频运行时的液力偶合器的调速功能；二是变频运行时（将勺管固定在100%位置）的增速齿轮箱输出功能。两种功能可以通过勺管进行切换。有了这两种功能，配套相应的变频器等电气设备，就可以通过切换实现给水泵变频运行。

二是电气回路改造。在对液力偶合器进行改造的基础上，通过增加一台与给水泵电动机配套的高压变频器和断路器开关实现两台电动给水泵的变频调速（一拖二方式）。电动给水泵实现变频一拖二的办法是：选配一台变频器，从两台电动给水泵断路器负荷侧与变频器电源侧配置两个断路器，变频器输出侧配置两个断路器，分别与两台给水泵电动机输入端工频并接，实现通过切换（偶合器调速方式也随之相应切换）的变频一拖二运行方式。采用这种接线方式既便于给水泵的定期切换运行，又便于互相备用。正常运行方式为变频调速泵运行，液力偶合器调速泵备用，两台泵可定期自动切换变频调速运行。接线图见图3。

三是控制系统改造。将变频器的接口与原来的DCS连接起来，把相关的控制端子引入到控制室，满足远方操作控制的要求。同时增加新增液偶油泵控制回路。

4 变频改造后的经济效益分析

负荷工况表见表2。

给水泵电机额定功率3 800 kW；额定电压6 kV；额定电流418 A；额定转速1 491 r/min。

（1）满负荷下工频运行系统实际消耗功率。

P1=1.732UIcos?=1.732×6×402×0.85=3 551 kW

（2）70%负荷（105 MW）时工频运行系统实际消耗功率。

P2=1.732UIcos?=1.732×6×273×0.85=2 411 kW

（3）变频改造后，70%负荷（105 MW）时系统实际消耗功率。

P3=（3 850.3/4 534.2）3×3 551=2 174 kW

变频改造后70%负荷（105 MW）下的节电量：

ΔP=（2 411-2 174）=237 kW

平均节电率为：237÷2 411=9.83%。

（4）4台机组变频改造后年平均节电量。

237×6 100×4=5 782 800 kW·h

（5）年节电金额。

5 782 800 kW·h×0.37元/kW·h=214万元

（6）年节约标煤：供电煤耗按356 g/kW·h计算，年节约标煤=356 g/kW·h×5 782 800 kW·h=2 059 t。

5 结语

电动给水泵改造为变频调整之后，通过减少锅炉给水调节门的节流损失、提高给水泵在低流量偏离额定工况的效率来提高给水系统整体的运行效率，总体而言，给水泵的变频改造投资少，效益明显，采用高压变频技术，确保了设备安全、运行稳定，是一种可取的节能方式。

参考文献

[1]林灿铭，陈暖文.给水泵变频改造应用实例[J].广东电力，2010，23（3）：76-79.

[2]谭世海，李忠芬，冉启阳，等.变频技术在给水泵节能改造中的应用[J].电机与控制应用，2010，37（2）：34-36.

变频调速系统改造 篇4

关键词：扶梯,变频,节能

1 研究现状及意义

自动扶梯又称扶手电梯, 是大型超市、宾馆、车站、机场等公共场合使用较多的交通工具, 在方便顾客和提高服务质量等方面起到了相当重要的作用。但由于其使用场合的特殊性, 部分扶梯经常处于空转的状态, 这必将浪费大量的电能。以前由于技术、资金等原因, 安装使用的自动扶梯全部都是采用普通的直接起动工作方式, 当扶梯每天起动后就不停地高速运转达8 h以上或更加长的时间。

始终保持较大的耗电量运转, 非常不利于用户节约成本, 也违背提高经济效益的基本宗旨, 同时由于扶梯长期保持高速运转, 机械磨损相当严重, 使得大量的易损件更换次数频频, 又进一步造成用户使用成本上升, 同时也增加了自动扶梯的维修量而影响到扶梯的正常使用。因此, 对普通自动扶梯进行智能化改造是从中央到地方各级主管政府部门大力推广的节能降耗的技改项目, 也是广大自动扶梯用户非常乐意接受的节约成本、提高企业市场竞争能力的重要手段之一。

2 系统概况

南京石林家居卡子门店有14部扶梯, 每部扶梯的电功率5.5 kW, 每天运转9 h, 每部扶梯日耗电42 kWh左右, 而且始终都是恒定速度运行。在大多数情况下, 扶梯较多地运行于1/3额定载客量以下, 每部扶梯每天无人空载时间累计仅约5小时。如果扶梯在无人空载时停运或缓行, 将大大减少用电量;将扶梯运行方式由每天连续恒速运行改为有人乘梯时正常恒速运行, 无人乘梯时慢速行驶或停止, 就能实现节电的目的。改造后的系统要符合以下要求:

(1) 要求保持原有电梯的“恒速运行”模式和增加的“变速运行”模式并存, 用户可随时选择采用其中一种模式运行, 当选择原有电梯“恒速运行”模式时, 增加的线路完全撤出电路。这样可使用户需要选择回原有模式或新增线路需要维护时, 都可方便切换, 保证了电梯正常运行。

(2) 要求线路改造后, 保证在任何工作模式下都能符合国家GB-16899-1997关于扶手电梯安全标准的要求。

(3) 要求“变速运行”模式运行时, 电梯渐进启动或停止, 速度转换平滑顺畅, 舒适感好。

3 系统配置

经过研究试验, 在扶梯电气控制线路加装变频器, 经系统改造即可实现此项功能。采用变频调速方式控制自动扶梯运行, 使扶梯具备平稳启动、节能运行。无人乘梯时, 扶梯由额定运行速度转为低速运行, 既节约了能源, 又减小了机械磨损。当乘客走近时, 扶梯启动以正常速度运行;乘客离开后, 扶梯减速变为慢速运行或停止, 等待下一位乘客。如果乘客连续不断, 扶梯便连续以正常速度运行, 直到最后一位乘客离开扶梯。

具体方案中, 变频器采用多段速控制模式, 并设置主频率1 (低速) 、多段速频率2 (高速) 两种运行频率。

(1) 在电梯首尾处各安装一支红外传感器开关, 乘客通过电梯时, 红外传感器开关被触发并发出开关信号给变频器;

(2) 有客流时, 红外传感开关被触发, 变频器加速到多段速频率2, 并使电梯高速运行;

(3) 电梯高速运行时, 变频器内置计时器开始计时, 若在计时的时间段内再无乘客通过电梯, 计时结束后变频器将自动切换到主频率1, 进行低速运行;若在计时器计时期间, 有乘客重新触发光电开关, 计时器将重新计时;

(4) 对电梯上行和下行, 外围控制采用开关互锁, 保证扶梯系统的正常工作;

(5) 为消耗制动过程产生的多余能量, 需在变频器上加装制动电阻。

变频系统电气接线电路中有“市电”和“节电”接触器, 由控制箱上的开关切换选择“工频运行”或“变频运行”模式。工频模式下, 变频器不工作, 整套系统手动起停、工频运行;变频模式下, 电机由变频器直接拖动, 变频运行。当出现故障, 系统自动切换到工频运行。

4 应用效果

自动扶梯电机为两对极单速电机, 根据公式:

n=60×f/p (1-s)

当转差率变化不大时, 转速基本上正比于频率f。

扶梯恒速时f=50 Hz, 电机转速:n=60×50/2=1 500 r/min。

扶梯慢行时f=20 Hz, 电机转速:n=60×20/2=600 r/min。

当电机的额定电压为380 V, 频率为50 Hz时, 经过变频器改变频率后, 频率为原频率的40%, 即20 Hz时, 送到电机的电压则变成:U1= (380 V×20 Hz) /50 Hz=152 V, 根据公式U0/U1=P0/P1得出P1=0.4P0。

因而电机所耗费的电功率也为原功率的40%。

南京石林家居卡子门店有14部扶梯, 每部扶梯均有一台5.5 kW的电动机, 每天运行9小时, 每度电费为1元, 实际其耗电量由于自动扶梯的负荷变化略小于此数值, 按0.85元计算, 那么它每天的电费为:1×9×5.5×0.85=42.07元;

安装变频器后, 如果每天慢速运行的时间为全天的50%的话, 那么每天慢行所耗费的电费为:

安装变频器后每天耗电为:42.07/2+8.42=29.46元;

安装变频器后每天节电为:42.07-29.46=12.61元;

据此, 可算出14部扶梯每年节电:

由此理论分析可见, 节电效果非常显著。从现场调研分析, 家居卖场的扶梯慢速运行时间远小于50%, 实际使用节电效果更加可观, 一年左右即可回收技改投入成本。

5 结语

(1) 节能。普通自动扶梯进行智能化改造后, 一般可以节约电费是取决于用户现有的普通自动扶梯的使用情况决定。现分类说明:1) 当普通自动扶梯使用率较低 (乘客较少) , 如家居卖场、建材超市等场合, 进行改造后节电效果会很明显, 最多可减少电能消高达70%以上, 节电效果是非常可观的。2) 当普通自动扶梯使用率较高 (乘客较多) , 如百货商场、车站等场合, 进行改造后节电效果稍差一些, 一般也不低于20%～30%。

(2) 延长设备的使用寿命减少材料的空损耗。普通自动扶梯进行智能化改造后, 在没有乘客时扶梯的运行速度可设计为正常运行速度的20%, 从理论上讲也就是说机械磨损可减少80%, 取比较合理的平均值50%, 也就是自动扶梯的寿命可以延长一倍。如果普通自动扶梯原来寿命为10年, 经过改造后寿命可达20年。

(3) 对普通自动扶梯改造后, 可使其故障率大幅度下降, 使用费用也明显下降。

对普通扶梯进行节能改造后, 自动扶梯没有乘客时扶梯的运行速度仅为正常运行速度的20%, 扶梯的机械磨损大幅度减少, 部件更换周期明显延长, 不仅可以节约大量购买易损件的费用, 预计自动扶梯维护费用大约可以节约50%左右, 而且可以减少维修扶梯而影响扶梯正常使用时间。

参考文献

[1]张燕宾主编.使用变频调速技术培训教程[M].北京:机械工业出版社, 2004

变频调速系统改造 篇5

【中国水泥网】 作者: 单位: 【2008-04-16】

摘要：通过了解水泥制造工艺，及对一些水泥厂生产设备的实际考察，大部分水泥厂的一些设备尤其是一些大功率设备在生产过程中绝大部分时间都是不满负荷,设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节,如机立窑供风系统、成球预加水系统、生料均化给料系统、水泥选粉系统、机立窑卸料系统等。普传公司和该有限公司的工程技术人员通过对以上系统的长期跟踪研究，并结合改造几十条水泥生产线的实践经验，开发出比较成熟的水泥厂五大生产系统变频调速控制的改造方案，此方案投资少，安装、调试及控制方便，运行可靠，节电效果明显，并提高了生产过程的自动化程度和加工工艺精度，受到水泥制造行业的欢迎。

该公司共有三条水泥生产线，我们首先从2002年四月份开始对一台132kW选粉风机进行变频改造，经过一段时间的测试证明节能效果特别明显，所以从去年下半年年开始，陆续对立窑上的送风机（245kW一台，215kW两台）、选粉机、选粉风机及盘塔送料等电机进行了变频改造，至今已投资约130万元，改造了从1.5KW到250KW大小共130台电机。改造后的实际测试情况证明在几个月的时间里靠节约的电费就收回整体投资，在以后的生产经营中也能够以较低的生产成本在市场的竞争中处于更有力的位置。下面就该公司公司的改造情况来分析上述各系统变频改造方案的实际效果。

一、机立窑供风系统系统变频改造装置

该公司像其它的老水泥企业一样，机立窑供风系统是通过调节挡风板的开启角度的落后的机械调节方法来满足烧结时不同的用风量，这种操作方式的缺点是明显的：

1、电能浪费严重；

2、调节精度差；

3、启动电流对电网冲击大；

4、电机及风机的转速高，负荷强度重；

5、起动时机械冲击大,设备使用寿命低;

6、噪声大，粉尘污染严重等。改造后的变频供风系统是在保留原供风系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联，形成双回路可转换控制系统，并将变频器的调速装置安装在窑上，通过调节电机（风机）的转速来调节烧结时的用风量。其特点：

1、节电效果好（由于电机消耗的功率跟电机转速的三次方成正比，改造后电机大部分时间运行在35-40Hz左右既可满足用风量，节电率大于百分之二十）；

2、具有软起功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，相当于增加电网容量；

3、调节风量精度准确、方便；

4、无需旁通放风，减少水泥粉尘污染等。

二、成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制，料水配合稳定，成球效果良好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑，由于功率较小省电效果还在其次。

三、生料均化给料系统

此系统用变频改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速，等比例送料，提高均化效果，此点也是从制造工艺角度考虑。

四、水泥选粉系统

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。

老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度；新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度调节用风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点，特别是滑差点机不但费电，由于水泥制造环境粉尘严重，因此滑差头骨胀率特别高，维修困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产，既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显。

五、立窑卸料系统

为使水泥烧结过程中加料、供风、卸料三平衡，立窑普遍采用滑差电机（电磁调速电机）做为盘塔式卸料装置的动力，该电机不但防护等级满足不了水泥生产现场环境的需要，而且在相同输出转速的条件下消耗的功率也比系列电机高出百分之二十左右，在降低转速时相差更多，因此采用变频调速系统代替滑差调速后，解决以上所诉的缺点，且调速性能远远高于滑差调速电机，在节电的同时维修费用也大大降低，在各行业得到普遍应用。

应用变频器对可以调速的电机进行控制，在节约大量电能的同时，还具有软起功能，同时降低了电机的起动电流和运行电流，降低整个电力系统和机械系统启动和工作时的负荷强度，延长了机械部件的使用寿命。另外对滑差电机的变频改造提高了电机的防护等级，减少了因环境恶劣而造成的电机故障率。

六、意外收获

由于变频器工作和启动时电流的下降，为其他设备的启动提供了必要的保证，无形中增加了工厂的电力容量，这对电网电压不稳和电力容量偏小的场合尤为有利。象天马水泥有限公司这样整体改造后,可省下200KVA的变压器容量,新上设备时变电所可暂不增容,可节省大量投资。

当然，经过变频改造后还应加强生产工艺方面的管理，再生产允许的条件下合理的调节电机的转速，以达到理想的节能结果。这有待于在以后的工作中加以不断的完善。

七、结论

变频调速系统改造 篇6

【关 键 词】多功能天车 夹具 变频器 节能

【中图分类号】 E968【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0266-01

1 引言

阳极焙烧多功能天车是阳极焙烧炉的专用操作设备。它的夹具提升系统用于将已经编组好的生块阳极从生块输送链填入焙烧炉室，以及将已经焙烧好的熟块阳极从焙烧炉中夹取出放在熟块输送链上。

夹具提升系统传统的调速方法是：采用绕线转子异步电动机，通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻，由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。但存在以下缺点：

（1）串联电阻调速，其调速变化呈跳跃状，使得减速机齿轮、平衡轮、绳轮、夹具与导轨之间，在加减速运行阶段均受到冲击力的作用，设备易损坏，钢丝绳易疲劳，导致维修量大，检修费用增加。

（2）串联电阻调速范围小，使得夹具速度呈突变，减速后停车时仍有较高转速，对制动器和限位开关的调整精度要求高，且容易发生越位而影响生产。

（3）串联电阻调速，使得夹具起动及减速时，大部分电能消耗在电阻器上；当电动机在电压下降时，力矩下降，转差率增大，严重时，夹具无法启动，易于产生事故。

（4）能耗高，低速机械特性软。因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的，并且转速越低，机械特性越软，消耗在电阻中能量比例越大，极不经济，电网电压的高低对速度影响很大。

而变频调速具有调速范围宽、精度高、响应速度快、灵活性高等特点，具有明显的节能效果和完善的保护功能。

2 现状

我厂焙烧二车间共有两台阳极焙烧多功能天车，系2000年投产，其夹具提升系统采用的就是转子回路串电阻调速系统。由于焙烧车间高导电性粉尘石墨粉浓度较高，调速电阻频发短路故障；且采用继电器-接触器控制系统，接触器频繁粘连烧损，经常更换，使得天车故障率高，严重影响阳极焙烧的正常生产。

为了保障天车的平稳运行，适应当代电气控制技术的发展，实现节能降耗，对夹具提升系统进行变频调速控制系统的改造势在必行。

3 项目准备

阳极焙烧多功能天车夹具提升系统改造费用为10万元/台，改造前由于天车电气故障率高，每年维修费用约为25万元/台；改造后设备故障率将大大降低，不但提高控制水平，而且减少检修工作量及备件储备量，经济效益显著。

4 变频器的选择

变频器容量选择的前提条件是变频器的额定电流大于电动机的额定电流。根据我厂使用变频器的情况， 选用了日本三菱的FR- A740。调试时，变频器功能参数的设置非常重要，是关系到变频器与设备运行工况是否配合恰当的重要环节，需要在使用过程中结合设备运行情况不断摸索修正。

用于驱动起升机构电机的变频器容量的计算公式如下：（1）

式中cosφ———电动机功率因数， 约0.75

η———电动机的效率， 约0.85

K———电流波形的修正系数， PWM方式取1.05～1.10

PM———负载所要求的电机的轴输出功率， kW

K1———容量补偿系数， 取1.1～1.2

PCN———所需变频器容量， kV·A

卷扬提升电机37kW， 根据式（1） 计算可得变频器容量为55kV·A。

根据我厂多功能天车的性能参数：起重量：2吨；工作级别：M8；起升高度：6.57m；调速方式：变频；制动器：YWZ4B-300/50；选择：电动机：YZP-250M-8C IP55 P=37KW；变频器：FR-A740-55K；制动力矩：630n.m；减速机：M3PSF50。

5 工作原理

（1）接线方式：如图所示：参考三菱变频器接线图，控制部分接正转启动STF、反转启动STR、高速RH、中速RM、低速RL、输出停止MRS、复位RES和抱闸输出A1-C1，外接制动斩波器和配套制动电阻即可满足生产要求。

（2）工作原理：天车工在联动台发出信号，操作手柄打到上升或下降某一个档位，通过中间继电器，将信号传输给PLC，PLC在接收到信号后，执行控制程序，把上升或下降信号送给变频器，同时把档位速度信息也送给变频器，变频器接收指令后开始工作。首先通过整流电路将交流整流为直流，然后再通过控制回路有规则地控制逆变电路的导通与截止，即令带有脉宽调制功能的逆变电路中的6个晶体管开关元件有规则地交替轮流切换导通，则在变频器输出端得到交流电压。通过改变晶体管开关元件的通断周期，使得变频器输出端交流电压频率得以改变，从而改变电机转速。电机加减速时间可以通过改变变频器的设定参数来调整。

（3）对再生制动能量的处理有2 种方式： 一种是用制动单元和制动电阻来吸收；另一种是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网。我厂主要采用能耗电阻的方式，在制动单元和制动电阻的选择上考虑到起升机构属位能性负载特性，不能使用制造厂商推荐的制动单元和制动电阻的容量，必须增大制动单元和制动电阻的容量，电阻的阻值决定着制动电流，也就决定着制动时间的长短。起重机变频调速系统中长时间的制动转矩特性决定需要考虑的并不是它的阻值， 而是它的功率， 即在设计中把制动电阻的功率增加一倍，以保证再生制动能量的迅速释放。

6 改造后的效果

从改造后运行来看，卷扬提升机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，减少负载的波动；操作灵活易掌握。卷扬机钢丝绳的使用寿命也明显延长。由于去掉了外接启动电阻和能耗制动电阻，因而提高了系统的用电效率，经测算节电率达5%以上。

7 结论

多功能天车夹具提升系统改进后，制动系统动作准确、可靠，夹具运行平稳，故障率大幅降低，维修量也减少了。变频调速彻底避免了绕线式异步电动机起制动速度无法准确控制的缺点，可靠性大为提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术必将更广泛应用于起重机械上，同时变频调速也必将获得更大的发展。

参考文献

[1] 黄立培.变频器应用技术及电动机调速[M].北京：人民邮电出版社，1998

[2] 韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003

[3] 王永华.现代电气控制及PLC 应用技术[M].北京：航空航天大学出版社，2003

[4] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社，1994

[5] 佟纯厚.变频器调速原理[M].北京：冶金工业出版社，1984

[6] 吴忠智，吴加林.变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社，2003

变频调速系统改造 篇7

大家知道, 我公司冬季供暖是采用锅炉燃煤, 热水循环的供暖方式, 平均供暖时间约占全年的50%以上, 能源的消耗也占全年总能耗的80%。改造前对于日益突出的能源紧张和日益增长的成本支出问题和锅炉供暖的节电和节煤问题, 越来越成为我们的工作重点, 我们原锅炉鼓引风机系统自动化程度差, 锅炉运行主要靠人工控制, 由于司炉工操作水平差异很大, 许多设备运行稳定性差, 造成电、煤浪费严重。鼓引风机是锅炉房的耗电大户, 我公司原鼓引风机系统是采用自耦降压方式来启动风机, 采暖期的严寒季节锅炉负荷大, 鼓引风量大, 而在采暖期的两端以及非采暖期负荷小, 鼓引风机也需要将风量调小, 以往是通过调节风机风门挡板的开度来实现的, 这样使鼓引风机在低负荷状态下运行, 冬季采暖期为6个月, 风机全天24小时工作, 风门开度为50%, 系统从电网正常吸收电量, 电机轴输出功率基本没有改变, 但是, 电能的有效利用比例降低了。在这种情况下, 既不节能, 又使无功损耗增加;同时, 电网冲击和电能浪费也很严重。

这种低负荷、高消耗则造成电能的很大浪费。随着我国交流电机的调速技术日益完善和成熟, 使交流电机的自动调速控制不再成为难题。锅炉的燃烧情况也可通过鼓、引风电机的调速实现控制。我通过对锅炉供热系统合理运行和经济运行的综合分析, 并经过反复测算, 在我公司锅炉风机系统采用变频调速技术, 节能效果显著。

2 锅炉风机变频改造方案的提出

我公司自2005年至今, 安装使用了25台 (套) 变频调速控制装置, 其规格有5.5KW、75KW、220KW等, 品牌有ABB、富士、西门子等, 规格很多, 主要使用在锅炉供暖补水及循环泵和鼓风机引风机系统中, 我公司原鼓引风机是采用自耦降压方式来启动风机, 运行以来, 耗电量较大, 风量调节精度不易控制, 机械维护量大。如进行变频调速改造, 应用效果将十分显著。现就改造方案做如下分析介绍。

2.1 引风机改造

原引风机的运行方式为自耦降压启动, 工频运行, 其风量大小靠调节风门档风板角度的方法实现。这种控制方式存在较大缺陷, 电能浪费大, 而且, 调节的实时性差。对其进行变频改造方案如下:采用微负压变送器、变频器、控制器、引风机组成压力闭环回路, 以此来实现引风机转速的自动控制, 使炉膛保持在一种稳定的微负压下, 既提高了控制精度, 又节约了电能, 使引风机控制具有了较强的合理性。

现就改造方案做如下分析介绍。

注:图1为变频采样示意图

2.2 鼓风机改造

原鼓风机运行方式为工频直接运行, 其风量大小也是靠调节风门来实现, 其缺点是电能和燃料的浪费比较大, 调节实时性差。对其进行变频改造方案如下:采用氧量变送器、变频器、控制器和鼓风机组成氧量反馈闭环风机转速控制系统, 使炉膛内烟气氧量保持一个比较稳定的值, 不仅可以提高控制精度, 同时, 也节约了能源, 是鼓风机控制具有较强的合理性。

2.3 改造要求

2.3.1 引风机与鼓风机互锁。

2.3.2 利用转换开关实现工频与变频状态相互间的转换。

2.3.3 变频器发生故障时, 继电器可使变频器脱离回路。

2.3.4 在变频器和电动机之间加入降噪电抗器, 也有抑制电网冲击和电泳的作用。

3 变频调速的特点

对风机进行变频改造可以很方便的对风机的风量进行精确的调节, 根据锅炉实际运行状况配以适当的风量, 从而提高锅炉热效率。

3.1 改造后, 锅炉风机的含氧量控制十分方便和准确, 并使燃烧工况处于空气剩余系数最低状态, 降低了燃料消耗。

3.2 采用变频器调节风量可以降低工人的劳动强度。

3.3 节电效果十分显著, 改造投资回收期短。

3.4 电动机转速的降低使风机的噪音也随之下降, 减少了噪音污染。

3.5 延长了风机叶轮及轴承的使用寿命, 减少了维修费用。

4 风机变频调速节电原理

风机由电机拖动, 风机对电机来讲是一种“负载转矩与转速成平方关系”性质的负载, 即转矩M与转速n的平方成正比。M=Kn2式中K为比例系数。

电机拖动风机时, 轴功率与转速的立方成正比。P=Cn3式中P为轴功率, C为比例系

4.1 风机低速运行的原因

4.1.1 风机定速运行与风量需求的不适应。任何一台风机的设置, 总是充分考虑了最大风量要求, 并在此基础上进行风量、功率选配。在绝大多情况下, 风机都工作在偏离风量最大需求的状态下, 及风机按不变的设计指标投入运行, 造成风量过大, 从根本上讲, 风机的定速运行与实际风量需求的不断改变的情况不相适应。

4.1.2 许多生产现场, 工作风机的工况点都不在高效区。这是由于风机的裕量过大造成的。根据相关报导显示, 抽查100台主扇风机及辅助风机, 其实际运行情况表明:风机负荷率在78%以上的仅占14.9%, 低于60%的占65.3%。

4.2 风机工况点进行调节的方法

4.2.1 改变风机的工作风阻:我公司锅炉系统所用风机都由鼠笼式异步电动机定速拖动, 为调节风量, 在风道中设置风门挡板。通过调节风门挡板的阻风面积来达到调节风量的目的。这种方法效率低, 至少浪费了额定功率20%以上的电能。

4.2.2 对拖动风机的电动机转速进行控制:调速控制是调节风机合理使用最有效的办法。在我们目前知道的各种调速方法中以变频调速技术效果最佳。

4.3 风机变频调速的工作原理

风门调节与变频调速调节两种方式下轴功率变化曲线 (图2、3)

从图2、3可知, 风机运行时其各项参数与转速之间存在下列关系:

a.风机的风量与转速成正比:Q=Kn Q为风量K为比例系数n为电机转速

b.风机的风压与转速的平方成正比:H=Kn2H为风压K为比例系数N为电机转速

c.风机的轴功率与转速的立方成正比:Pu=Kn2Pu为轴功率K为比例系数N为电机转速。

如上所述, 当实际需求风量较小时, 通过调低转速风机的轴功率可大幅度地成3次方规律降低, 输入轴功率也减少, 从而使运行中的耗电量大幅度的降低。

与采用挡板调节封的方法相比, 变频调速可高效率地实现需用功率与实际供给功率的最佳匹配。

采用挡板调节风量与变频调速调节风量两种情况下风量与轴功率之间的关系曲线如图2、3所示。Q代表风量, Pu代表轴功率, 从图中可以看出, 调节挡板使风量增加或减少, 几乎都不能使轴功率有明显的改变, 而用变频调速方法调节, 风量稍有减小, 轴功率就有较大幅度的减小。当风机转速下降风量减少时, 其电动机输入功率大幅度降低。假如风机风量下降到90%, 转速也下降到90%, 其轴功率则下降到额定功率73%;若风量下降到80%, 转速也下降到80%, 其轴功率则下降到额定功率的51%。节电潜力十分巨大。

经保守估算, 风机转速下降10%, 则理论上节电为27%, 风机转速下降20%, 可节电49%, 除去各种因素造成的损失, 平均可节电在35%以上。

5 变频改造后效益分析

5.1 220KW引风机的额定电流是406A, 实际运行电流按370计算, 则日耗电:

Q=1.732UIKhcosφ

Q=1.732×380×370×24×0.92×0.86=4624KWh

Q-日耗电量, U——额定电压, I-额定电流, h-24小时, 其他数据由手册中查得。

每天节电为:4624×35%=1618KWh, 以每度电0.808元, 每月30天, 每年6个月计算每年节约电能价值0.808×1618×30×6=23万元左右

5.2 75KW鼓风机的额定电流是139.4A, 实际运行电流按100计算, 则日耗电:

Q=1.732UIKhcosφ

Q=1.732×380×100×24×0.92×0.89=1293KWh

Q-日耗电量, U——额定电压, I-额定电流, h-24小时, 其他数据由手册中查得。

每天节电为:1293×35%=453KWh以每度电0.808元, 每月30天, 每年6个月计算

每年节约电能价值0.808×453×30×6=65884元

我公司单采暖期一套鼓、引风机总计节电价值30万元左右, 那么整个公司的变频系统控制的节能前景相当可观。

以鼓、引风机同时改造为例, 如采用ABB变频器, 单台炉变频改造总造价约为40万元左右, 不到两采暖期就可收回投资成本。

6 结论

通过对我公司锅炉鼓风机引风机采用变频调速实现炉膛负压闭环控制以来, 已取得了明显的节能效果, 使该控制系统具有节能降耗, 调节特性好, 设备运行稳定性好, 能更好地满足锅炉生产要求。无须对原有系统改造且工作量小成效快, 节能效果明显。

对锅炉鼓引风机电机采用变频调速控制, 既对原有设备无需改动, 投资较小, 又有投资回报快, 有很好的推广应用价值。

参考文献

[1]左为恒.自动控制理论基础[M].北京:机械工业出版社, 出版日期, 2007, 9, 1.

试论矿井提升调速系统的改造 篇8

目前,我国地下矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机,主要采用直流传动系统,有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点,如效率不高,维修工作量较大等。交流系统受当时国内提升控制设计理念和技术设备的局限,采用了大量继电器节点逻辑控制,保护部分,采用离元器件组成的模拟板件,系统经过长时间运行,产生了元器件及部分线路的老化控制板件出现性能不稳定,不但影响了正常生产,而且存在突发事故的重大隐患。

一、现状分析

矿用提升机普遍使用交流绕线式电动机转子串电阻调速控制系统,提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差,特别在负载变动时很难实现恒减速控制,经常会造成过放和过卷事故。提升机频繁的起动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗,且转子串电阻调速控制电路复杂。这种转子串电阻调速属于有级调速,低速转矩小,转差功率大,起动电流和换档电流)中击大;中高速运行振动大,制动不安全,对再生能量处理不力。斜井提升机运行中调速不连续,容易掉道,接触器、电阻器、绕线电动机电刷等容易损坏,故障率高,影响生产效益,特别是在煤矿生产中不能实现防爆要求。

对于中、小型提升机,多采用交流电气传动系统。交流绕线式电动机,使用电机转子切换电阻调速,这种电气传动系统虽然设备简单,但它是有级调速,调速性能差,效率低,大量的电能消耗在电动机转子电阻上,而且可靠性也很差。

二、系统改造

变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制,能很好地防止提升机过卷和过放事故发生。变频器的调速还可以实现电动机的软起动,节省了转子串电阻造成的能耗,具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单,克服了接触器、电阻器、绕线电动机电刷等容易损坏的缺点,降低了故障和事故的发生。交频器灵活的调速控制便于实现提升机的多段速控制,能防止叉道和弯道脱轨事故。

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。它的主电路大都采用交一直一交电路。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。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。

从理论上我们可知,电机的转速与供电频率有以下关系:

其中:q——电机极数s——转差率

由式可知,转速与频率成正比,如果不改变电动机的极数,只要改变频率即可改变电动机的转速,当频率在0～50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

三、采用变频调速后可取得的效果

1、高效节能。

采用变频调速后,启动为软启动,负荷控制器根据负荷大小的变化,自动调整皮带机的转速,节省了大量的电能。据统计总节电率可达40-70%,几个月内即可收回投资。

采用变频调速,主电机转速下降,轴功率将下降很多,故节能潜力相当巨大。变频器的节能效果十分显著,特别是调节范围大,通过实际应用能直观地看出在流量变化时只要对转速(频率)作改变就会使轴功率更大程度上的改变。

2、内置软启动、延长设备使用寿命。

采用变频调速后,变频器内置起停软启动,可以从低频时开始缓慢地加速、减少了冲击,无骤停骤开现象。同时,避免了启动时对电机的冲击,可延长电机、设备的使用寿命。

3、远距离控制。

变频调速系统可以在1:10甚或1:20的广泛范围内进行调速并且可以方便的进行远距离控制,容易得到符合工程要求的最佳速度。如使用矢量法控制方式,调速比可达1:100(有速度反馈时达1:1000)。此外,和同步控制器等附件配合,可实现比例控制和同步控制等,使设备具有自动化、省力化等高档次功能。

4、升速容易。

只要增加电动机的电压频率,就可以使设备升速,电动机的容量有一定的余量时,原有设备的负载能力可简单地提高10-20%,而且不必改变传动比。在50Hz和60HZ工频区,转速和电源频率无关只取决于变频器的输出频率,从而容易实现机械的标准化。

5、操作简单。

变频器功能参数设置方便快捷,不易出错,并可保存多套参数设置,根据不同的工况进行设置;能记录变频器每一次的操作及故障;定时记录运行参数,并可查阅打印记录报表,实时查看变频器的输入输出波形。

四、选择变频器应注意的事项

变频器,特别是高压变频器价格昂贵,如选择不当,达不到节电和提高生产效率的目的,以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。

通常最低转速不少于额定转速的50%,一般调速范围在100%～70%之间为宜,因为当转速低于额定转速的40%～50%时,电机本身的效率明显下降,是不经济的;调速范围确定时,应注意避开机组的机械临界共振转速,否则调速至该谐振频率时,将可能损坏机组。

可行性分析:在选择要进行的变频调速的设备对象以后,应从提高效率或提高产品质量的需要情况,从节约电能的情况进行分析、计算,并与变频器的投资进行比较,计算出变频器的投资回收期。一般来说,如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中,在两年内偿还变频器的投资,都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

可靠性分析:变频器的可靠性如何,直接决定了变频器能否成功地应用于生产,这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿所购买的变频器可靠性不高,加之自身的维修技术力量不强,变频器出了故障,只好停用,甚至弃用。造成损失,同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

五、结束语

变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术,它利用改变被控对象的电源频率,成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速。在运行过程中能随时根据电动机的负载情况,使电机始终处于最佳运行状态,在整个调速范围内均有很高的效率,节能效果明显,经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。

摘要：矿井提升机是地下矿山运输的主要设备，它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。对矿井提升机电气传动系统的要求是：有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。本文对矿井提升调速系统提出一些改造与分析。

关键词：提升系统,变频调速,可靠性

参考文献

[1]李虹《变频调速在矿山节能中的应用》变频器世界。2003

[2]冯垛生《变频器的应用于维护?》广州华南理工大学出版社。2003

[3]《采矿手册》冶金工业出版社。1991

变频调速系统改造 篇9

Z3050摇臂钻床主要用于带有多孔的大型工件的孔加工,操作方便、灵活,应用广泛,其主运动与进给运动皆为主轴的运动,由一台主轴电动机拖动,分别经主轴传动机构、进给传动机构来实现主轴的旋转与进给。由于电动机转速恒定,变速机构受有级的限制,往往不能满足实际切削速度变化的要求。目前解决这一问题有两个途径:一是由数字控制系统实现主轴无级调速,一是由交流变频器和变频电机组成调速系统。前者组成主轴调速单元的主轴伺服单元和主轴伺服电机,价格较为昂贵;后者的价格相对较低,性价比较好。本文阐述的是利用变频器控制的Z3050摇臂钻床的主轴调速系统的升级改造技术。

1 变频控制系统

1.1 变频器的选择

Z3050摇臂钻床主要用于钻孔加工,粗加工时主轴速度较低,切削速度和切削用量较大输出转矩较大;精加工时主轴速度较高,切削深度和切削用量较小,输出转矩较小,主轴满足恒功率调速要求。根据公式n=60f/p(其中n:同步速度,f:电源频率,p:电机极对数)理论上异步电动机和变频器结合调速系统可以得到宽的调速范围,基本满足机床主轴调速范围。经分析计算Z3050有关参数如下:

最大切削功率P=1.5KW,主传动效率η=0.78,空载时耗用功率P空=0.29KW

主电机耗用功率:P耗=P空+P切/η=0.29+1.5/0.78=2.213KW

考虑到强力切削和加工材料不均匀,以及电机和机床主轴功率匹配等因素,主电机功率一般应用一定的储备,因此,我们选用台达VFDA型通用变频器,功率3.7KW,变频范围0.1~400Hz,是台达变频器系列中主要应用于机械加工,具有高功能低噪音等特点。

1.2 变频器控制

1.2.1 增加直流中间电路

变频器通过整流电路将交流电源转换成直流电源,再通过逆变电路将直流电源转换成交流控制主轴电机运转。在三相电路中这种直流电压或电流含有频率为电源频率6倍的电压或电流纹波,变频器逆变电路也将因输出和载波频率等原因而产生纹波电压或电流,并反过来影响直流电压或电流的品质。因此,为了保证逆变电路和控制电路能够得到高质量的直流电压或电流,我们在整流电路和逆变电路之间增加了直流中间电路,对直流电压或电流进行滤波,减少电压或电流的脉动。变频器及直流中间电路结构框图见图1。

三相输入线电压220V及整流后的电压波形如图2所示。

图2中,Ua、Ub、Uc是三相三线制的三相输入相电压;uc是电容电压,ur是整流之后未加电容时的电压。

1.2.2 直流中间电路电解电容的计算

我们使用的是电压型变频器来说,直流中间电路通过大电解电容对电压进行滤波,整流后的电压:当时,

为计算方便,对于输出功率为P的逆变器,将其直流侧输入端阻抗用一个纯电阻R等效,则:

所以:

VFD-220V075型变频器的电机输出额定功率为3.7KW,f=50HZ,UPN=311V,设α=5(α整流后的直流电压的波动幅度),则直流中间电路所需的电解电容:

由式(3)得:

因为:

所以:t1=6.5584×10-4s

电容的放电时间为:

将以上数据代入式得到C>1036.56μF。考虑实际电容容值大小,我们选择用3个470μF的电解电容并联使用。

1.2.3 增加能耗制动控制

因为升级改造后的Z3050变频调速系统的惯性较大,电机的转速的下降将跟不上电机同步转速的下降,即电机的实际速度比其同步速度高,此时电机转子绕组切割旋转磁场磁力线的方向和电机恒速运行时正好相反,转子绕组的感应电动势和电流的方向也都相反,所产生的电磁转矩也就和电机旋转方向相反,电动机将出现负转矩,此时的电动机实际为发电机,系统处于再生制动状态,将拖动系统的动能回馈到变频器直流母线上,使直流母线电压不断上升,过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容,甚至会破坏电机的绝缘,从而威胁系统安全工作。因此,必须将这些功率消耗掉,我们通过外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中。

实验证明,当放电电流等于电动机额定电流的一半时,就可以得到与电机的额定转矩相同的制动转矩了。因此制动电阻阻值粗略计算是:

其中:UD为制动电压准位;IMN为电机的额定电流。

为了保证变频器不受损坏,强制限定当流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值为制动电阻的最小值Rmin。因此,实际制动电阻的阻值选择范围为:

我们使用台达VFD-220V075型变频器驱动3.7KW,额定电流17A,输入电压为AC220V,则:

因此,制动电阻的阻值取值范围为:

我们选择市场上可以买到的型号和功率段的25Ω制动电阻,制动转矩3%ED100%。

1.2.4 变频器连接

去掉主轴原有的时间继电器、接触器、直流制动等元件,通过按钮站上的按钮SB20(主轴正转)、SB22(主轴反转)和中间继电器KA20、KA10控制主轴正转、反转和停止;在变频器控制上连接转速表;模拟电压由PLC控制传输模拟电压控制,大小由R0调整;采用能耗制动增加25Ω制动电阻。具体连接如图3、图4、图5所示。

1.3 测试与调试

1.3.1 变频器测试

(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,得到相同结果,说明整流电路正常。

(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。

1.3.2 主轴转速

(1)先设置变频器参数。见表1。

(2)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);检查变频器各接口是否已正确连接,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。

按下面板上主轴正转按钮,检查主轴是否正常转动,方向是否正确;旋转面板上的R0检查主轴转速是否有变化,检查主轴正、反转和停止是否正常。用转速表进行主轴转速测试,根据设计转速和测出的主轴实际转速设计转速表。

1.3.3 钻削测试

钻削测试,检查Z3050改造后的切削能力。具体测试结果见表2。

经过实际使用,Z3050摇臂钻床升级改造后,主轴变频控制系统运行可靠,使用精准安稳,性能优越,低速时能以大力矩启动,并且速度控制精度高,波动范围小,为企业带来经济效益。

参考文献

[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]张燕宾.常用变频器功能手册[M].北京:机械工业出版社,2005.

水电站监控、调速和励磁系统改造 篇10

关键词：水电站,监控,调速,励磁

1 工程概况

京南水电站正常蓄水位为30.140m,总库容为2.71亿m3,为低水头径流河床式电站。机组监控、调速和励磁系统配套使用奥地利ELIN-VOITH产品,总装机容量为2×34.5MW。

按照“统一设计、统一采购、统一实施”的原则对电站监控、调速和励磁系统进行技术改造,以避免重复投资,消除系统缺陷和安全隐患,改善系统性能,提高电站经济效益。经分析,对京南水电站监控、调速和励磁系统进行如下改造:

U)更换监控系统上位机硬件,机组LCU、升压站/公用LCU、软件、通信光缆、网络设备及外围设备(如打印机、对时装置、UPS、变送器屏);

(2)更换调速器电柜,导、浆叶主配;

(3)更换励磁调节柜、整流柜。

2 监控系统

2.1 系统上位机

改造后,监控系统上位机配置5套工作站:2套主机兼操作员工作站冗余配置,用于操作控制,数据处理,实时/历史数据库的存储、管理,Oncall等;1套工程师工作站用于在线修改程序、离线培训、打印报表等;2套通信工作站用于对外通信等。

主机兼操作员工作站、工程师工作站按服务器级配置,确保高稳定性、可靠性;通信工作站按嵌入式硬、软件一体化配置,确保高可靠性。

2.2 系统下位机

2.2.1 机组LCU

原电站监控系统采用2套机组LCU,每套由1面机组LCU屏(含SK1703、LM1703部件)及1套安装在发电机出口开关柜内的远程I/O装置AM1703组成。

改造后,机组LCU采用原监控系统的“机组LCU屏+远程I/O装置”方式,电缆改动少,施工难度小;每台机组设置独立的同期装置(增加),确保同期合闸的可靠性。系统增加1面LCU屏,设置PLC、触摸屏(增加)、同期装置、中间继电器等自动化设备;1套远程I/O装置、1套交流采样装置、2套变送器及相应附件布置在发电机出口开关柜低压小室内。机组的一般电气量由交流采样装置采集并通过通信接口上传机组LCU的远程I/O装置;重要电气量(如有功/无功功率)采用变送器采集方式上传远程I/O装置。机组LCU与上位机的通信采用光纤以太网,与远程I/O装置采用光纤接口、高速总线,与其它机组辅助智能装置(如调速系统、励磁系统)采用现场总线;通信接口采用冗余配置。

2.2.2 升压站/公用LCU

原监控系统升压站/公用LCU由1台SK1703标准系统部件和1台LM1703/E扩展组件组成,变送器屏共有3面。

改造后,系统采用2面升压站/公用LCU屏和1面测量屏。升压站/公用LCU屏设置PLC、触摸屏(增加)、专用于升压站的同期装置及微机选线装置、中间继电器等自动化设备;测量屏设置多功能电量采集装置;取消电站中控室内3面变送器屏。系统电量由多功能电量采样装置采集并通过通信接口上传LCU。升压站/公用LCU与上位机的通信采用光纤以太网,与其它公用辅助智能装置采用现场总线;通信接口采用冗余配置。

2.3 软件平台

原监控系统采用DOS操作平台,监控画面操作不方便,人机界面不友好,只能通过BCD数码管显示机组温度等少量信息,且程序修改复杂。

改造后,监控系统采用Windows XP操作平台,监控软件是Proficy iFIX4.5中文版。从监控系统获取的实时(或人工输入)数据、事件,经分类和处理,形成集中式历史数据库。它作为电站生产数据中心,以图表方式显示实时和历史数据,并可通过浏览器向全厂发布数据,实现运行日志、巡检管理,提高运行管理水平。

2.4 网络结构

原监控系统各LCU的通信由专用SK1703串口总线完成,为总线型结构,通信速率慢,通信协议不开放,无法扩展系统。现将监控系统网络结构改为交换式光纤以太网,上位机、下位机通过高可靠的工业级以太网交换机实现互联;基于本系统网络接入点少的特点,采用双网星形结构,在任一网络故障情况下,不影响系统运行。

原电站计算机监控系统采用非全开放结构;通信接口为串口形式,无外部通信接口;通信协议不开放,无法扩展系统;通过1套独立RTU装置完成与上级调度部门通信。现增加2台通信工作站,冗余配置,作为监控系统与其它系统的输入/输出接口,负责与电力调度部门通信。

3 电液调速系统

原电站调速器采用奥地利VOITH公司SPS-S电液型,经过12年的运行,调速系统逐渐老化、整体性能下降、可靠性降低,存在明显缺陷和安全隐患,影响电站主设备安全、稳定运行。

3.1 调速器电气部分

此次改造只针对机组调速系统的电气控制和控制阀装置。更换调速系统电气控制屏柜、内部控制元件,导、桨叶开度测量旋转编码器,齿盘测速探头;增加残压测频,以提高测频的可靠性;增加液晶触摸屏作为调速系统的人机接口设备,可进行控制参数修改、运行监视、试验测试、历史数据记录及比较分析等操作;增加一次调频投入及调节功能。调速系统采用PLC控制系统,当PLC故障时,能平滑无扰动地自动切换到手动运行方式。电液转换机构采用伺服电机控制方式,断电时能自动“复中”。

3.2 液压部分

原调速系统油压装置、压力油罐、回油箱等设备不变。为了与新系统的电气控制部分匹配,满足调速器及其它设备故障情况下快速关闭水轮机导水机构的要求,更换导叶主配、桨叶主配、紧急停机电磁阀,新增事故配压阀、节流阀及相关油路配管。

4 励磁系统

综合考虑技术和经济原因后,此次改造更换了励磁调节柜和整流柜,保留原灭磁柜。

4.1 电气制动

正常停机时,投入电气制动可使机组迅速停稳,缩短机组停机过程中低速运转时间,避免机组烧瓦;减少机械制动块的磨损,延长其使用寿命。正常停机流程:减负荷时,跳发电机出口942开关,分灭磁开关Q0001。当机组转速低于90%额定转速时,合短路开关FMK和灭磁开关Q0001,施加约0.55倍额定励磁电流并保持,电机电损耗产生制动力矩,随着转速的下降,制动力矩将增大,直至机组制动。机组转速低于1%额定转速时,投入机械制动,分短路开关FMK,然后分灭磁开关Q0001和励磁变高压侧944开关,至此完成停机。如果电气制动不成功,那么当机组转速低于40%额定转速时,投入机械制动使机组迅速停稳。另外,事故停机时,不投电气制动,直接投机械制动。电气制动接线图如图1所示。

4.2 整流柜

原整流柜为1面,现改为2面。改造后的整流柜散热效果好;当一面整流柜故障时,不影响另一面整流柜,提高了机组运行的可靠性。

5 实施过程和效果

此次改造主要按单元施工,各单元施工顺序应合理安排、相互配合。为减少技改期间全厂停电时间,根据施工工期,在单台机组大修期内完成其监控、调速和励磁系统改造。施工分三阶段进行:第一阶段,2009年12月17日至2010年1月31日,实施#1机组下位机系统、调速器、励磁系统改造,同时完成上位机安装,此阶段不影响另一台机组的正常发电,工期灵活;第二阶段,2010年2月4日至2010年3月8日,实施#2机组下位机系统、调速器、励磁系统改造。第三阶段,2010年3月15日至2010年4月5日,实施监控系统公用部分改造。另外,全厂停电1天完成升压站/公用测量屏TV、TA的安装,其余部分带电安装调试。