变频器改造

关键词： 变频器

变频器改造（精选十篇）

变频器改造 篇1

目前电气控制新技术日新月异, 已经广泛用于国产堆料机上, 如PLC、触摸屏、软启动、变频器等。这些新型的堆料机与以往的老旧设备相比, 具有可靠性高, 节能高效功能完善等优点。顺昌炼石水泥厂是上世纪80年代初从澳大利亚引进的日产2000t水泥生产线, 石灰石原料预均化堆场共分南堆与北堆两个区域, 采用一台长型侧式悬臂堆料机和一台旋转式斗轮取料机进行堆取料均化, 堆料机在南堆或北堆区间往返布料。长行程装置启动、停止和制动频繁, 对车体及设备冲击较大, 由于车体重, 加至运行轨道不够平整, 行走时惯性致使电机电流波动大, 主接触器时常烧毁, 电机联轴尼龙棒断裂, 减速机高速轴断齿, 严重影响生产的正常进行。

使用变频器强大的制动功能, 结合制动单元及电磁制动器相互合力, 可实现堆料机起步缓慢顺畅, 停车快速平稳, 极大地减轻车体对设备的冲击。

1 改造前长行程控制方式的缺陷

长行程行走共分两台5.5k W电机, 分布在车体轮轨支撑脚的两端。控制方式采用串电阻启动, 3s后再短接全速运行。两台电机都同时带有电磁制动器, 电磁线圈为DC直流170V进行最终制动, 通过欧姆龙OMRONCQNIH—CPU51可编控制器控制整套机构的动作。堆料机工作时, 行走电机分为向南移动和向北移动两种情形, 北移时与入料皮带运行方向相反, 南移则相同。堆料机行走电机电磁线圈和电机同时工作, 及制动打开电机运行, 到达预定限位后自动往返。由于是串电阻启动, 所串电阻定值为固化, 车体启动时较慢, 当短接接触器工作全速运行后, 电机速度立马加快, 车体有明显的顿挫现象, 电机电流波动大。同样由于惯性下的急速制动, 经常导致电机联轴结断裂, 机械减速机高速齿损坏, 制动线圈及主接触器烧毁不断。

交流变频器调速技术发展已有较长历史, 因其技术上的不断创新完善, 已得到了广泛的应用。添加其可选的制动电阻, 可实现快速制动, 基于以上原因, 使用富士变频器外加ACS—BRK制动单元来替换原串电阻启动控制装置。

2 变频器及制动单元

交流电压型变频器主要由整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元、检测单元及控制单元部分组成。整流单元用于将电网的三相交流电转化为直流。滤波单元主要采用大电容滤波, 用于稳定直流电压。逆变单元由IGBT模块构成, 将直流电压转化为三相交流电压。制动单元由控制电路和制动电阻组成, 当电动机由电动状态转入制动运行时, 电动机变为发电状态, 其能量通过逆变电路中的反馈二极管流入直流中间回路, 使直流电压升高而产生过电压, 这种过电压称为泵升电压。为了限制泵升电压, 给直流侧电容并联一个由电力晶体管和能耗电阻组成的泵升电压限制电路, 当泵升电压超过一定的数值时, 使IGBT导通, 把电动机反馈的能量消耗在制动电阻器上。

由于预均化堆场堆料轨道长达100m以上, 北堆区域堆头又有明显的倾斜现象。南移时入料皮带拖动车体, 当皮带负荷过大或轨道下坡导致行走电机时常处于“再生制动状态”, 变频器直流回路电压上升到700V以上, 造成变频器过电压故障。通过加装制动单元, 将多余的能量以热量的方式消耗掉。

3 变频器及制动单元的选择

(1) 原料堆料机行走系统由两台5.5k W电机驱动, 共用一台变频器, 因启动、加速、停止频繁, 可考虑加大一级的富士变频器FRENIC—VP来完成, 功率为18.5k W。

(2) 制动单元选择和电磁抱闸输出改动。在选择制动单元时, 通常要注意到所选制动单元的平均制动功率, 一定要大于或等于该台机子所需的平均制动功率。而瞬时制动功率也应等于或小于Ppeak。同样也可以按照一般负载和重载两种情况来选择所需要的制动单元。原料堆料机行走电机共分为两台5.5k W电机, 合计电流23.2A, 在实际运行当中, 电流在11~18A之间来回波动。车体向北移电流稍小, 反之向南移与入料皮带同向电流则较大。由于南堆区域南堆头和北堆区域北堆头, 固定限位与防超限位碰撞钢架距离较近, 变频器又有停机延后减速功能, 为防止堆头停车超限位, 把变频器参数F08 (减速时间) 设定在3.8s。同时在变频器改造的过程中, 对原有欧姆龙PLC程序中的制动输出部分作了稍加的改动 (见图3) 。首先把电磁抱闸初次交流电源380V与变频器供电电源分开, 进行单独控制。当变频器北移南移KA1、KA2运行指令停止, PLC程序自动延后4s, 电磁抱闸线圈停止输出, 抱闸机构通过机械弹簧动作抱死电机。

由于变频器有停机延后减速功能, 时间3.8s, 也就是在短短的3.8s内, 长行程电机速度由50Hz降为0Hz, 同时抱闸继电器在4s后也停止输出。整个停车及电机抱死过程, 缓慢平顺, 没有一点顿挫, 充分做到了变频器制动单元, 电磁抱闸线圈的完美结合。查表1根据实际情况, 选择ACS-BRK-C制动单元, 两台5.5k W电机陪制动功率为11k W的制动单元。

4 变频器的安装和PLC参数设置

4.1 设备安装

将原控制柜内的启动电阻器, 主回路和超限位旁路接触器及控制线路拆除。安装至变频器回路和制动单元, 主回路见图1, 控制回路见图2。

4.2 变频器参数设置

由于堆料机运行过程不需要速度调节, 可将速度设置为恒速, 电机额定转速为50Hz960r/min。根据控制要求, 变频器应选择“交变宏”, 运行操作F02=1的外部信号, 电机控制模式为“失量速度”。当KA1吸合FWD得电, 变频器启动北移运行。当KA1吸合REV得电, 变频器启动南移运行。

4.3 制动启动功能参数设置

通入直流电压的异步电机, 定子绕组所产生的磁场, 将是空间位置不变的恒定磁场, 转子因惯性继续原来的速度旋转。此时, 转动的转子切割这个静止磁场而产生制动转距, 系统存储的功能转换成电能电耗, 于电动机的转子回路, 进而达到电动机快速制动效果。通过直流制动与制动电阻 (能耗制动) 相配合, 当转速从50Hz到0Hz后, 再使用电磁抱闸机构将电机轴抱死, 达到快速平稳制动的目的。

启动方面, 设置堆料机在启动前1s PLC输出电磁抱闸线圈动作, 抱闸弹簧机构在线圈得电的作用下打开, 使变频器南北启动运行都轻松自如。

具体参数设置如下:启动功能F02设置为1使用外部信号 (数字输入) , F03最高输出频率为50Hz, F07加速时间为8s (启动时平稳顺畅, 以免电机启动速度过快对车体冲击。) F08停机减速时间为3.8s, 与电磁抱闸线圈延时4s失电充分配合, 当堆料机行走速度降至0Hz0.2s后, 抱闸机构将电机轴完全抱死 (电磁制动、长行程南北移控制程序见图3) 。

5 结束语

本次长行程的改造, 使用变频器强大的制动功能, 结合制动单元及外部电磁抱闸机构三者相互配合, 实现了堆料机启动平滑顺畅, 停机快速平稳。极大地减少电机启动停车对设备车体的冲击。以往主接触器、电机频繁烧坏的现象不见了, 长行程减速机的高速齿也得到较好的保护, 减速机寿命因此而延长, 经济效益显著。

摘要：原料堆料机长行程电机经常烧毁, 减速机高速齿损坏不断。使用变频器良好的制动功能, 结合制动单元及电磁抱闸机构, 三者相互配合, 实现堆料机启动缓慢顺畅, 停车快速平稳, 极大减轻车体对设备的冲击。

变频器在水泥行业改造中的应用 篇2

该水泥有限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。改造后的测试结果见表一。

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。

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对空压机变频器改造的探讨 篇3

【关键词】空压机；变频器；节能；改造

1.原系统存在的问题

由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。虽然都是降压启动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，而且大多数是连续运行，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。

2.变频空压机系统控制方案

根据普通空压机运行工况存在的问题并结合生产工艺要求，变频空压机后系统能满足以下要求：

2.1电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围控制在±0.02Mpa

在工频运行的方式中，利用空压机的容调控制，以及起跳、回跳压力控制得到的储压罐的压力仍然是较为粗略的，而且经常会波动。这将影响最终用户的使用。

而使用变频空压机来改变运行速度，因为空压机可以平滑的控制其供气量，压力波动控制更加精确，最终用户可以得到更加稳定的气压。

2.2系统具有开环和闭环两套控制回路

变频空压机控制系统，同时具有两种控制方式及开环、闭环。在正常状态下，可以利用闭环的控制方式，系统将自动的根据储压罐内压缩空气的压力自动的控制变频运行空压机的运行转速，从而控制空压机的供气量。当系统故障，或者时压力传感器故障时，可以切换到开环运行，直接给定空压机的运行速度，从而可以手动控制空压机的运行状况以及供气速度。

2.3一台变频空压机能控制多台空压机组，可用转换开关切换

该系统中仅仅只需配置一台变频空压机，但是可以选择拖动的空压机。也就是说，可以一套变频系统多台空压机使用。这样当其中一台空压机需要进行维修，或者是更换时，可以方便的切换到另外一台空压机变频运行。

2.4为保证空压机的节能效果，尽可能的避开容调控制

因为容调控制是非常耗能的，因此采用变频运行的空压机组必须很好的避开容调控制功能，才能尽可能的节省电能。首先当空压机变频运行时，通过电磁阀防止空压机进入容调功能；若一台空压机工频运行，另外一台空压机变频运行，则将工频运行的空压机的容调设置压力提高，避免容调运行。

2.5可靠的切换

变频系统同时控制多台空压机的变频和工频运行，因此必须根据压力（外界压缩空气的使用量），自动起动或停止工频使用的空压机。为了保证可靠的判断和切换空压机运行，系统设置了三个回差控制，保证切换的可靠，防止反复切换的故障发生。当外界的用气量增加，系统会自动的升高频率，当频率达到最大，压力仍然不能满足时，系统将自动的延时启动另外一台工频空压机，同时仍然恒压运行。当外界的用气量下降，系统会自动的降低频率，当频率达到最小时，压力仍然过高，系统将延时停止工频运行空压机，变频运行的空压机仍然恒压运行。

3.变频空压机系统功能特点

3.1该系统采用电源端的工频/变频互锁的结构

系统采用的是在电机的输入电源端直接工频和变频连锁，这样非常好的保证系统的安全运行；保证系统的可靠。

3.2系统采用大惯量PID控制算法，实现压力无静差控制

空压机系统输出的压缩空气首先进入储气罐，储气罐可以储存气压的能量，使得压力变化平稳。但储气罐的存在将导致系统反馈的惯量大大增加，使得该系统成为了大惯量控制系统。大惯量控制系统使用普通的PID控制将很可能导致系统超调严重、振荡幅度大、系统不稳定等一系列弊病。因此在该方案里采用了专门的大惯量PID控制系统，大幅度降低了系统超调的产生，增强了系统的稳定性。

3.3系统采用智能控制，可以实现分时段压力控制

系统的压力设定不再是一个单纯的设定值，而是一条根据贵厂一天用气量而设定的压力曲线，一旦压力曲线确定下来后系统将根据内部的实时时钟，按照预先设定的压力曲线自动运行。

系统可以将一天24小时自动分为多段（最多为5段），每段的起始时间和终止时间可以人为进行设定；每段都可以设定一个压力设定值，这样当时域性的用气低峰期，可以在较低的压力下运行；相反时域性的用气高峰期，可以在较高的压力下运行，最大可能的进行节能。

3.4零用气量自动停机功能

系统还可以根据用户的要求实现零用气量自动停机功能（即空压机出口阀门是自动逆止阀，当用气量相当小而储气管内压力非常大时，可以自动关机）。当用气量比较大的时候再恢复开机。这样在节假及双休日等非正常工作日或是深夜时，系统将自动停机，从而实现最大节能。注：空压机在使用变频改造后，因为系统的冲击将为0，因此可以频繁启动空压机。

3.5上位机界面图形化界面，设定更简单，监控更加直观

该系统采用上位机，其功能完善，质量可靠，而且在设计中基本采用图形的方式进行显示和监控，使设定和监控更加简单和直观。

3.6报警信号采用中文显示

报警信号采用全中文显示，方便直观。可以在第一时间内判断故障的所在，进行故障排除。另外在报警控制的同时，还配备一定的声光报警信号，以及在上位机界面上配备故障排除的帮助界面，加快了系统故障的响应速度。

3.7上位机界面中含有关键参数自动记录功能

在上位机界面中，集成了类似于无纸记录仪的参数历史曲线记录功能，可以对近10000个数据进行采集和记录，在人机界面内部自动形成历史曲线，并可以对该曲线实时的进行浏览。

3.8关键参数在上位机界面中直接设定

若采用分时段压力控制，系统将以图形的方式显示曲线，可以在曲线上直接进行设定。关键参数可以受3级密码进行修改权限的划分，保证参数设定的安全。

4.空压机变频改造后的效益

4.1节约能源

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状。

4.2运行成本降低

通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

4.3提高压力控制精度

由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。

4.4延长压缩机的使用寿命

变频器从0HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。

4.5降低了空压机的噪音

根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降低空压机运行时的噪音。现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。

【参考文献】

[1]方璇峰.电机原理及拖动基础[M].中国矿业大学出版社，2010.

[2]余发山.自动控制系统[M].中国矿业大学出版社，2005.

变频器控制模拟主轴的改造 篇4

机床的主轴作为关键的机床动力部分, 常见于车床和铣床。装备刀具后通过主轴旋转可以进行车削、铣削加工工件。普通主轴控制简单, 直接由传统继电器控制。而数控机床主轴需要做速度控制;所以, 控制系统一般采用速度控制。

数控机床主轴有模拟主轴和数字主轴分别, 数字主轴一般用于精加工领域, 特点控制精度高、动态响应好, 粗加工、半精加工, 对精度和动态响应要求不高的情况下, 采用模拟主轴更具实用性。于是市场上有了模拟主轴的改造需要。

1模拟主轴电气控制设计

模拟主轴电气部分包括主轴电机和变频器等硬件设备, 接下来着重谈谈以下几方面的问题。

1.1速度信号的设计

外围输入设备, 包括面板、触摸屏、键盘等传输给NCU (数控系统中心) 零件加工程序比如M03 S200主轴正转, 转速200转/分钟, NCU将指令进行运算处理输出一个模拟量信号可以使电压、电流, 作为变频器的输入信号, 一般为0~10V的模拟电压信号。

由于信号量程比较小, 很容易受到电磁干扰, 对数控机床工作环境中信号的传输应采取抗干扰措施进行屏蔽, 如图l展示的是力士乐公司生产的博世力士乐G5系列变频器对速度信号 (0~10V) 接线示意图, 源自《FSCG05-A力士乐说明手册》。由数控系统中心发出电压信号通过V11、GND两端口送入变频器。该模拟信号的传输屏蔽电缆近端接地进行传输。同时对变频器配电线路采取加装电抗器, 滤波器加以对电磁干扰, 噪音的抑制, 如图2所示。通过对采用该方案的数控机床的运行工况进行比对, 在实际的生产中能保证主轴变频器控制的精度、运行稳定。

1.2主轴方向信号的处理

不同品牌的数控系统, 关于主轴参数设置不尽相同, 现通过德国西门子802系统进行展示。该系统对主轴分类为单极性模拟主轴和双极性模拟主轴。采用单极性模拟主轴时, 数控装置主轴驱动接口输出的速度信号范围一般为0~10V, 这个速度信号的大小直接决定着变频器输出的频率, 因为n=60f/p, 从而调整了主轴电机的速度。而主轴电机的旋转方向则由可编程控制器 (PLC) 控制;因此对于单极性主轴而言, 在对PLC做I/O设计时应考虑主轴正转和反转两个输出点, 如表1中, I0.3、I0.4分别控制PLC的输出点Q1.0、Q1.1;向变频器送入正反转控制开关量信号。对于双极性模拟主轴, 主轴驱动接口输出的速度信号范围一般为一10V~+10V, 这个速度信号的大小同样决定着变频器的输出频率和主轴电机速度, 而主轴电机的旋转方向不由PLC控制, 而是由速度信号的正、负极性决定。

单极性和双极性主轴, 还需要在数控装置中正确设置相关的主轴极性参数。可以查询《Siemens.AG.Sinumerik 802D功能说明》, No.30134 (IS_UNIPOLAR_OUTPUT) 参数为siemens802D数控系统的单、双极性模拟主轴的关键参数设置。

其设置释疑为0:正/负速度给定值双极性输出;

1:单极性输出 (控制使能, 负方向进给) ;

2:单极性输出 (正反控制使能, 负方向进给控制使能) 。

1.3主轴编码器

现今主轴速度的检测是依靠脉冲编码器完成的, 其作为最主要的检测原件, 作用如下:

(1) 完成对主轴速度的测算;

(2) 实现多种形态加工功能, 完成主轴与伺服轴关联的运行 (各种螺纹切削、定速切削、攻牙攻丝要求) ;

(3) 完成准确角度的主轴定位, 在换刀具时的旋转定位功能。

光电脉冲发生器是与主轴同速的, 连接机构同速一并转动。机床的主轴与其他几个物理轴是没有物理上的关联的, 但要能完成功能化多样性的加工, 就必须让两者之间架构出一定的配比关系并运转, 而主轴脉冲编码器正是为此问题而设计运用的。

脉冲编码器是将物理机械角度转化为电气角度的脉冲元件, 有光电式接触式和电磁感应等类型;光电式脉冲编码器无论在各种性能指标上都比较优异, 多数厂家采用这类元件。光电式脉冲编码器分为增量式和绝对式两种, 第一个是能对速度和方向进行测量, 便宜, 但断电零点丢失、没有抗干扰能力、不适合需要记忆零点的工况;绝对样式的不存在前面的问题, 能够在断电后记忆零点, 精度更高, 进而适用于高精度机床。

增量式编码器可以有正弦波、方波等多种的信号形态。输入电压信号一般是直流5V, 通过外部电源提供也可以是plc或者系统本身;采用差分驱动输出形式abz三种通道, 每个分为正负两个, 这种方式下, 能够使得电流不减弱、提高传输信号的质量和稳定性。A与B之间是有90度, 速度可以依据每秒的秒冲数量来换算, 方向能够凭借AB的角度差来规范定义;Z作为0点的标记通道, 一转就输出一个标记信号, 作为定位的标记。

机床设计者在配备编码器时候会考虑以下几个方面:一是主轴编码器反馈接口与编码器输出端口要为统一类型定义的;二传输线的长度计算;三是屏蔽的设计, 优化。

查询《GSK983M铣床数控系统连接手册》, 如图3为广州数控铣床上CNC与主轴编码器的接线图。

1.4主轴故障测控

现在的伺服控制器或者变频装置都是有故障测控的, 在报警时候有相应的输出功能。变频器运行时候, 发生报警时相应的输出端子输出信号给PLC, 再输出到声光报警的终端, 可以判别机器是否运行正常化, 从而决定反馈系统是否继续运行或者停机保护。

1.5主轴刹车

比如伺服器或者变频器都有制动功能, 机床各轴高速运转下刹车制动, 如该刹车电阻的功能不够强大、导致发热或者制动电路的过压时, 要重新选配大的电阻, 保证刹车的完备和安全运行;在设计时候要计算组件的参数, 参考电机的转矩, 计算制动电阻阻值, 选择架构类型, 选择功率大小来完成相关设计。

1.6电气接地

在工况复杂的工作环境中充不满了各种电磁干扰, 一台高精密的数控设备, 其干扰源为变频器, 必须对其实施屏蔽。变频器自身是能够对周边的电器造成强大的干扰的。必须要进行接地处理;而这样即是对其本身的保护, 也是对其他的设备的防护。

通常接地我们按照下面这样进行, 一变频器的输入的PE端子接地良好可靠, 这样在源头的部分就能有效的抑制干扰进出和输出。接地体必须要参照GB进行, 才能达到良好的效果, 不能简单的将PE接入工况的PE公共端了事。二是控制信号线路上进行单端屏蔽层接地处理, 有效的减低外界对其信号的干扰。

2结束语

我国工业水平的日益提升, 装备制造业也日趋成熟, 但是数控机床的改造水平仍然和国外有很大差距;此文简述了本人对模拟主轴改造时候的一些观点, 综合了工作中的经验和心得, 希望对广大的工控从业者有所帮助。

摘要：主轴控制类型、变频器对模拟主轴的控制原理, 参数设定, 编码器设置等。

关键词：数控系统,模拟主轴,编码器

参考文献

[1]王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[2]何超.交流变频调速技术[M].北京航空航天大学出版, 2006, 8.

高压电机变频调速改造 篇5

据悉，国内目前广泛使用的高压电机用电量占全国发电量的30%，高压电动机变频调速装置开发成功后，可节能30%，其经济价值无法估量，产品市场前景诱人。

为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器在工程设计中应注意：

一、高压电机的特性试验和技术规范的再修订

当一台普通电动机由变频提供电源时，其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。其中，转子铜耗最为显著，因为异步电机总是在转差接近1的状态下旋转，所以转子铜耗非常大。在普通异步电机中，为改善电机启动性能，转子的集肤效应使实际阻抗增加，从而使铜耗增大。

另一方面，由于高压电机的线圈之间存在分布电容，当高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压是不均匀的，这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤，从而产生线圈老化，这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称，所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。

同时，电机因处在频率不断调节的工作状态下，很容易与电机机械部分产生机械共振，造成电机机械部位的损坏。

因此，在变频调速改造工程中，为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题，技术设计时必须考虑和高压电动机制造厂家进行技术合作，对电动机的相关特性进行调速实验，重新修订原电动机的技术规范。

二、电力电缆选型要点和敷设要求

由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式，且线路各相均存在对地电容，所以运行时线路上的电容电流是不相等的，

如果电缆附设距离较长，且线路中又存在高次谐波电流，那么一旦发生单相接地时，故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，会使这端电缆发热，造成非故障绝缘。

所以，在变频调速改造工程中，针对输出电源电缆，考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽，将电缆截面适当增加，敷设长度不超过100m限定值，如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设，避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。

三、变频器工作环境的基本要求

由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100HZ，易形成高次谐波电流，使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇，它将柜内的热量排放到室内，这使得室内的环境温度不断升高，最终还会影响柜内各器件的可靠运行。

所以，在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。

四、高压供电系统出口断路器控制的技术完善

变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检测保护系统完成。当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。

然而，普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，变频器恰好出现故障(要求断路器跳闸)时，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，因而造成变频器内部的功率器件损坏。

所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器，一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况，断路器首先自动跳闸，以保护变频器的设备安全。

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变频器改造 篇6

【摘 要】随着社会的发展和科技的进步，不管是在工业领域还是人们的生活方面，都发生了重大的改变。在具体的工业领域中，水泵起的作用非常大，甚至是很多地方不可缺少的一部分，比如水利工程等项目，工作状态下水泵必须保证安全性和稳定性，周围的温度必须要适应，过高的温度会造成水泵系统的故障，所以水泵运行中风机所起的作用是不可忽略的。随着科技的进步，变频技术和相关的电子技术也取得了一定的发展，相应的高压变频技术也变得更加的成熟，能够更好地在风机的改造工作中得到应用。因此本文研究的主题就是在查询具体的资料资源之后，总结出高频变压器的工作原理，以及风机节能的改造之后在水泵工作中的运用。

【关键词】科技；高压变频技术；风机节能改造；基本原理

变频技术不仅在工业中，在人们的生活中也得到了很大的应用，比如电冰箱、空调等家用电器都有变频技术的应用，变频技术之所以受欢迎、应用广泛主要来源于它能够根据实际的情况自动选择合适的功率，科技的进步带来了技术的发展，所以高压变频技术在原来的基础上得到了改变，更能满足生活中和工业上的应用。为了方便介绍风机的节能改造，我们以水利工程水泵工作环境中的风机为例，传统的风机的工作原理是通过调节进口和出口的阀门来控制风量的大小，但是这种方法存在着诸多弊端，比如风阻问题、牺牲风机效率问题、耗能严重、还存着大马拉小车等尴尬现象，所以，为了满足日益发展的工业的需要，提供整个工作的工作效率，需要积极得使用已经取得进步的高压变频技术来改造风机的节能问题，有一定的社会意义和经济意义【1】。

一.高压变频技术的原理

（一）基本构成和工作原理

高压变频器是开关电源的一部分，整个开关电源的结构是很复杂的，有很多的拓扑结构。我们以半桥式功率转换电路为例子，在电路找工作的状态下，总共有两个三极管起作用，分别轮流来产生高频脉冲波，之后要想得到交流电，这就需要使用高频变压器来进行变压工作，同时，不同线圈匝数的高频电压器能够输出不同电压的交流电。总结来说，高压变频器的共组原理是当初级线圈通电时，铁芯中就会产生交流通磁反应，这时候初级线圈中就感应出电压和电流。变频器主要由两个部分构成，分别是线圈和铁芯，一般的变压器都不只有一个线圈，而是由多个线圈组成的绕组，线圈越多，产生的交流电相应就越大，我们将连接电源的那一个线圈就做初级线圈，剩下的全部是次级线圈，为了帮助读者的理解，我们从资料中找到高压变频器的示意图：

（二）高压变频器在风机节能改造中的应用

高压变频器已经在风机的工作中得到了一定的应用，将取得新发展的高压变频技术应用到风机的工作中，能够提高风机的工作效率，具体表现在三个方面。首先，在使用高压变频器之后，风机结构中的转子的磨损相应就会减少，这样就能够减少很大一笔维修费和更换费用，节省工厂或者企业的资金，同时也能够减少对齿轮的磨损，降低由齿轮损坏为工作带来得损损失，相应的就能够为其他设备或者工作提供资源。其次，在风机中适应高压变频器还能够提高产品的质量，因为高压变频器的使用使工作设备的精度提高了，相应的产品的精度就得到了保证。第三，高压变频器经过新科技的影响，使用寿命得以延长，可靠性也得到了很大的提高，就更能保证设备的工作状况，保证风机的运行情况和效率，为工厂或企业带来更大的经济效益，满足工业发展的最终目的【2】。

二.风机节能改造工作

（一）风机节能改造存在的问题

传统的风机已经不能满足现在工业发展的需要，人们很早就已经着手风机的改造工作，但是改造工作存在着诸多不能忽视的问题，在经过大量的调查下，我们总结出以下几点，一是风量调节的方式，风机改造中减小风量调节带来的消耗问题；二是风机的损耗问题，风门调节流量或者风量会造成管道的磨损，同时机械部件所受到的压力也变得更大，相应的，风机的使用寿命就会缩短；存在的第三个问题是当电机启动得一瞬间，电流是非常大的，这样会造成电网电压的波动，电压稳定是机械正常工作的前提保证，电压的异常不仅会造成工作的贻误，更会简短设备的寿命。

（二）改造节能风机的具体方案

风机节能性的改造是具体工厂企业的需要，也是整个工业取得稳定发展的需要，有着具体的社会现实意义，所以需要投入大量的资源和精力来创新改造，在改造的过程中，要注意高压变频器的使用。

1.高压变频器接入的具体方式

有专家曾经做过一个实验，在双风机设置的机械设备上引入高压变频器，可以节能百分之三十到四十，着对于工厂和企业来说是一个非常大的福音，可以将节省下来的钱应用到其他的地方，提高整个工作的效率和质量。高压变频器接入的方式上，选用的是中压交流风冷型双 PWM变频调速装置，为了方便读者的理解，我们做出了接入方式的简图，如下图二所示：

这种接入方式可以实现多种功能，首先是嵌入式通信的实现，除此之外还可以实现网络和跨平台的通用，同时设备硬件和操作编程等也能够实现共享，这种接入方式比较简单便利，操作性比较强，改造后的效果也比较好，所以在具体的改造工作中这种接入方式应用的比较多。

2.改造后风机的运行方式

变频器接入之后，替代了风门挡板调节风量和流量的方式，这样就降低了机械设备很大的压力和磨损度，也降低了设备工作中的停机率。具体的原理还需要借助变压器接入方式的简图来介绍，在设备运行过程中，总共有三个开关处于工作之中，分别是K1/K2/K3，当需要变频器工作的时候，K2/K3闭合开始工作，K1断开；工频方式运行的时候，K1闭合，K2/K3断开。需要不同，运行的方式也不同，相应的开关的组合也不同。

3.控制和保护的设置

高压变频器并不是完全自动的，也需要有一定的控制方式，改造工作中采用的是就地和DCS远程控制方式，就地保护系统需要借助变频柜人机的操作来实现。DSC的远程控制系统包括的功能有很多，最具代表性的是发放运行状态或者是设备故障的信号，比如启动和停止、就绪和故障等。由高频电压器实现的启动和停止功能，能够避免由电压不稳定引起的故障。

4.风机改造在水泵中的应用

实际工作中，水泵的应用是比较广泛，不管是工业还是农业上，水泵都起着非常重要的作用，一般情况下，水泵的运行中是很耗费电量和资源的，相应的在工作状态中，周围的温度是很高的，所以借需要借助改良的风机。改良的风机可以和水泵处于完全独立的两个工作系统，实现在应用的状态下，互不干扰，但是却能够实现能源的共享，经过改造后的高频风机，可以和水泵公用一个供电线和信息网络，减少了重新铺设的资源，同时，改造后风机的高性能也是实现水泵应用的重要条件之一。

三、结束语

高频变压器受到新科技的影响变得更加的便捷实用，能够为工业和人们的生活带来很大的便利，具体可以使用在风机的节能改造中，减少工作阻碍，提高工作效率，保证工业的稳定运行和长足发展。

参考文献：

[1]李纬. 试论高压变频器在水泥厂风机节能改造中应用问题[J]. 现代制造技术与装备，2013，04：59-60.

刮板运输机变频器驱动改造 篇7

关键词：变频器,刮板运输机,变频调速,节能

1 刮板运输机变频器概述

针对刮板输送机重载启动难、启动电流冲击大、启动机械冲击大、机头机尾电机功率不均衡等问题, 对刮板机的电机驱动进行了变频驱动改造。变频器选用了太原惠特科技有限公司研制的BPJ1-400/1140型矿用隔爆兼本质安全型交流变频器 (以下简称“变频器”) 。该变频器在东曲矿地面库房进行了移动变电站、变频器的联机调试, 并于2014年4月17日在14309工作面SGZ800/800刮板输送机上正式投入使用, 截至2014年11月5日, 该变频器成功完成了14309工作面的回采, 总累计采煤66.5万t。

2 变频器调速原理

变频器的工作原理是把工频电源 (50 Hz) 通过整流器变成平滑直流, 然后利用半导体器件 (GTO, GTR, IGBT) 组成的三相逆变器, 将直流电变成可变电压和可变频率的交流电, 由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制 (SPWM) 方法, 使输出波形近似正弦波, 用于驱动异步电机, 实现无级调速[1]。典型的电压型变频器的系统原理见图1。

变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机转子的实际转速用n表示。

式中:f为三相交流电源频率;s为转差率;p为磁极对数;一般三相交流异步电机在额定负载下的s= (1~6) %。

由式 (1) 可看出, 对于成品电机, 其磁极对数p已经确定, 转差率s变化不大, 则电机的转速n与电源频率f成正比, 因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速, 进而达到异步电机调速的目的。

3 工作面刮板运输机变频驱动改造系统设计

工作面刮板运输机变频驱动改造系统见第87页图2。工作面运输机采用KBSGZY-1600型移变近距离供电;KTC2.1型矿用微机通信控制台集中控制运输机的启停;2台BPJ1-400/1140型变频器实现运输机机头尾电动机的软起、调速控制;每台变频器另配套一台DBB16-600/1140 (660) 型矿用隔爆型电度表和一台DKB-250/1140L型滤波电抗器分别来记录变频器运行时的电压、电流、有功功率、功率因数和吸收电网中相应频率的谐波电流, 降低变频器工作时各谐波的含量, 提高电网的功率因数, 保证变频器及其他负载的安全运行。运输机采用YBS-400/200-4/8型双速电机驱动运转, 电机高速状态下额定转速为1 485 r/min, 额定频率为50Hz。启动后通过变频器调频, 12 s实现电机转速从零向设定频率转速的加速[2,3]。

4 变频器驱动技术在工作面刮板运输机上的应用

4.1 启动过程

通过变频器参数设置, 正常运行时, 可以将最大起动电流限制在运行电流的1.2倍。

4.2 50 Hz和35~50 Hz节能调频模式下耗电量

分别采集了50 Hz和35~50 Hz节能调频模式下的日耗电量与日采煤量5天的数据, 依据数据得到日吨煤耗电量以及一段时间内的平均吨煤耗电量, 见表1。

由表1可见, 依据试验得到的数据分析, 在变频器50 Hz运行时的平均吨煤耗电量为0.648 k W·h/t, 在节能调频模式下运行时平均吨煤耗电量为0.545 k W·h/t, 吨煤节电量为0.103 k W·h/t, 节电率为15.9%。

4.3 节能调频控制模式的功率因数

磁力起动器驱动电机时, 因电机选型余量大, 电机很难工作于高效区, 功率因数多低于0.5, 变频驱动时, 不论轻载还是重载, 变频器的功率因数都大于0.9。

负载电流变化时, 系统功率因数变化幅度很小, 保持在0.9以上, 大大降低了移变的输出电流和线路损耗。

4.4 变频器对刮板运输机运行的降耗效果

变频器在预设的12 s启动时间内, 电机缓慢、均匀地加速到额定转速, 再根据采煤机的运行状态、刮板输送机的运煤量, 调节变频器的输出频率。通过采用变频驱动, 可降低刮板输送机的机械摩擦损耗, 延长刮板输送机的使用寿命, 同时还大大降低了刮板机启动时对链条等传动机械机构的冲击, 降低了打齿断链等故障, 节约了接链环等耗材消耗。变频器具有更好的保护功能, 当运输机发生挂卡, 电机堵转或过电流时可及时停止, 大大防止断链事故发生[4]。

5 结束语

刮板输送机经过变频驱动改造, 启动时运转平稳, 特别是重载启动能力强, 减小了对传动部件的动载冲击;被控电机起动电流降低, 减小了对电网的冲击, 刮板输送机和井下供电系统得到了保护, 减少了设备维护量与人员投入, 大幅度提高开机率, 提升了煤矿运输机的可靠性, 相较磁力启动器启动方式, 不仅有效降低了机械损耗, 也为企业和社会创造了巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]武志峰.变频调速技术在煤矿运输机中的应用分析[J].山东煤炭科技, 2014 (10) :111-112.

[2]关心.变频器在煤矿运输机驱动系统中的应用[J].科技创业家, 2012 (6) :18-20.

[3]马斌, 李高佳, 朱正贵.防爆高压变频器在煤矿刮板运输机改造中的应用[J].电气防爆, 2014 (3) :39-43.

用PLC变频器改造供水系统 篇8

1 主电路控制

主电路是PLC控制各台水泵的运行状态如工频运行、变频运行、停止运行,一方面控制水泵的运行台数,在大范围上控制供水的流量,另一方面根据压力开关及设定的时间,控制利用变频器对水泵进行速度控制,采用“一变一定”的控制方式驱动水泵。主电路如图1所示,其中接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行,KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行。

控制程序采用并行分支的步进顺控功能图,如图1所示,左分支为变频运行控制,右分支为电机定期切换控制程序。系统运行初期,水泵的软启动和转速的调节都由变频器控制,实现恒压控制。当变频泵达到水泵额定转速后,如果在规定的时间内水压还没有达到恒压值,就用水高峰时变频运行水泵电机停机,由PLC控制切换到另一台电机全速运行,同时启动备用电机变频运行。下面我们根据常态用水常和用水高峰二种状态来确定PLC程序的编写。

常态用水时用水量不大,首先M1泵电机(Y4控制)变频启动,此时为上行过程,转速从15H上升,运行到某一频率管路水压平衡,上下限水压开关都处于断开状态,系统按这一频率稳定运行,若水压过高,上限开关闭合,M1电机降频运行;若管路水压过低,则M1电机升频运行,如变频器频率到达工频50HZ ,而此时水压还在下限值,延时一段时间后,M1电机切换为M2电机工频全速运行,同时变频器频率由工频下滑至停止,PLC控制M3泵变频启动。此时,如水压在上限值, M3泵电机变频运行降到最低频。

电机软启动,采用顺序切换的控制方式能够避免泵的频繁启停,还可以在实际管网没有对水压波动做出反应的时候,利用变频器进行调节,使水压缓慢的过渡。水压比较高的时候,之前使用的变频恒压供水系统一般都会选择停止变频泵作业,然后再以工频运行的方式使用变频器进行调节。理论上来说,此种方法优于直接切工频的方式,但此种方式的缺点是会使泵组的启停变得更加频繁,使泵组的寿命缩短。本次研究的系统原理是,使工频泵停止作业,直接改为变频器调节,在事先设置了合适的参数前提下,达到泵组的无冲击切换的目的,使水压缓慢的过渡,从而使得水压的大范围波动现象和水压太低导致的短时缺水现象得到有效的避免,使供水品质得到提高。

在对系统进行调试时需要注意以下两点:第一,在切换泵的工频变频时,要尽量缩短切换时间,这样有利于使系统尽快做出响应,为了达到这种效果,建议所有泵的变频与工频接触器都使用可逆接触器,在电气线路与PLC程序之间最好能够进行互锁。从而避免意外短路事故的发生,减小对系统或变频器的损坏程度。第二,在对变频器进行上行切换时,要求变频器具备短时禁止输出功能,或者具备自由停车功能。这也是选择变频器时需要注意的地方。

2 水泵电机变频运行控制

本实例是通过步进顺控指令编程来控制PLC的输出即变频器的多段速的输入信号。通过PLC的输出触点Y2、Y3、Y4得电与否(开或关)来控制电动机的变频调速,实例中通过Y2、Y3、Y4的分时得电来实现了电动机的三段调速。当然由Y2、Y3、Y4的不同组合可以实现电动机7段调速。。三菱变频器E700系列变频器是E500系列变频器的升级版,有先进的自学习功能,短时超载增加到200时允许持续时间为3S,误报警将更少,提供标准USB接口。在没有USB-RS-485转换器的情况下变频器也能很方便的和计算机进行连接,选件插口支持数字量输入、模拟量输出扩展功能,几乎所有FR-A700系列变频器所支持的各种通讯协议。除了配置的端子排,FR-A700还可以选用模拟量、脉冲列及2对RS-485等端子。即可拆卸式控制端子排。在更换变频器时,只需把原来变频器上的控制端子排拆卸下来安装到同类型的变频器上,外置制动电阻对应变频器容量为0.4K至15K. 若要增强制动能力,可增加外置制动电阻,此次供水改造选用的是FR740-15K变频器,变频器参数设置如下:

操作模式Pr.79=3为外部 /PU组合模式1,此操作模式下变频器的运行频率从PU(变频器面板)直接设定或是由外部输入信号多段速设定(RH、RM、RL)。

启动信号由外部输入信号控制变频器端子STF(正转)或STR(反转),这时我们用Y0控制STF启动。各段速度设置 :Pr.4=15HZ, Pr.5=20, Pr.6=25HZPr.24=30HZ, Pr.25=35HZ, Pr.26=40HZ,Pr.27=45HZ。

通过PLC的输出触点Y2、Y3、Y4得电与否(开或关)来控制电动机的变频调速,通过Y2、Y3、Y4的分时得电来实现了电动机的三段调速。当然由Y2、Y3、Y4的不同组合可以实现电动机7段调速。若要实现电动机的多段调速即增加若干输出来控制,并相应的设置变频器的相关参数。

当水泵电机投入工频运行时,电动机的过载由热继电器保护,并用Y12报警信号指示。三台电机十天一轮换是采用对特殊辅助功能继电器M8014分脉冲进行计数,计14400次,则进行一次备用切换,这样可防止运行的电机长期负荷工作。

挤出机变频器改造解决方案 篇9

厂内原有挤出机变频器为上世纪九十年代中期ABB公司生产的MAGASTAR系列产品, 此变频器目前已无法购到备件, 加之在十多年的运行中设备老化, 多次出现冷却系统及控制部分故障, 因此决定对此变频器进行更新改造。不像是低压变频器, 无论哪种产品, 它们的主电路形式基本相同, 而中、高压变频器到目前为止, 还没有近乎统一的拓扑结构。于是我们分别与ABB公司、罗克韦尔 (AB) 公司和SIEMENS公司针对这一中压变频器更新改造项目进行了详细的技术交流。

2 方案论证

ABB公司在方案中选用的是ACS 1000变频器, 其主要功率元件采用的是IGCT (集成门极换流晶闸管) ;AB公司在方案中选用的是Powerflex 7000变频器, 其主要功率元件采用的是SGCT (对称门极换流晶闸管) ;SIEMENS公司所做的两个方案 (罗宾康和GM-150) 在变频器中主要功率元件均采用的是IGBT (绝缘栅双极晶体管) , 其中罗宾康系列采用的是低压IGBT串联技术, 而GM-150系列采用的是高压IGBT技术。

IGBT是上世纪80年代问世的产品, 对低压IGBT来讲, 高压IGBT串联的数量相对少一些, 但导电损耗却更高;而IGCT是1996年问世的新型半导体器件, 客观存在不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降, 而且有与IGBT相同的开关性能。相同电压等级的变频器采用IGCT的数量只是低压IGBT的五分之一, 并且由于IGCT损耗很小, 所需的冷却装置较小, 因而内在的可靠性更高, 更少的元件意味着更小的体积, 因此, 使用IGCT的变频器比使用IGBT的变频器简洁、可靠性高。

SGCT与IGCT相比, 两者的特性相似, 不同之处只是SGCT可双向控制电压。ABB公司的IGCT与AB公司的SGCT均为本公司所研发生产的产品, SIEMENS公司自己不生产IGCT或SGCT, 他们在大功率中高压变频中使用的是外购的IGCT, 而在相对来说功率较小一些的中压变频器中采用的是低压或高压IGBT。

另外, ABB生产的ACS 1000变频器是电压源型, AB公司生产的Powerflex 7000变频器是电流源型。电压型逆变器的输出动态阻抗小, 对电力电子器件的耐压要求较低, 但当负载出现短路或在变频器运行状态下投入负载, 都易出现过电流, 必须在极短的时间内施加保护措施。电流型逆变器的情况则相反, 输出动态阻抗大, 对器件的耐压要求较高, 但因有大电感, 可限制短路电流, 易采取过流保护措施。不过, 电流型变频器由于电源侧采用三相桥式晶闸管可控整流电路, 输入功率因数低, 且随转速降低而降低;输入电流谐波大;还会产生较大的共模电压, 施加到电动机定子绕组中心点和地之间, 影响电动机绝缘。另外, 对电网电压波动也较为敏感。

此次改造中为了节约成本, 电动机及电源断路器等设备不进行更新, 综合上述各方面因素, 我们最终采用了ABB公司的ACS 1000中压变频器。针对原有MAGASTAR变频器的的改造, 其具有以下几方面的优势:

ACS1000中压变频器对电机和电机电缆无特殊要求, 也无需电机降容使用, 完全适用原有电机;

ACS1000采用了功率器件IGCT, 与原有MAGASTAR产品中采用的GTO相比, 开关快速、均衡换流, 内在低损耗, ACS1000是电压源型变频器, 直接采用IGCT高压功率器件, 与其它拓补结构的变频器相比, 大大减少了功率器件数量, 结构更简单, 效率更高, 可靠性也高了许多。主回路原理图如下图所示。

ACS1000的直流回路采用IGCT代替熔断器作为变频器主回路的保护, IGCT分断时间是25μs, 比传统的熔断器快1000倍, 大大提高了关断速度, 从而提高了保护的可靠性。

ACS1000还采用了直接转矩控制 (DTC) 技术, 不需要在电机轴上安装脉冲编码器而具有精确的速度和转矩控制, DTC能在零转速时输出满转矩。在DTC中, 定子磁通和转矩作为主要控制变量, 通过高速的数字信号处理器, 将电机运行实际值与参考值不断的进行比较, 实现对逆变器中的每个开关状态进行分别确定, 这样传动装置始终处于最佳开关组合, 从而对负载突变或电源干扰所引起的动态变化作出快速的响应。更适合原有电动机不更换这一方案。

ACS1000变频器使用的软件工具包括DrivesWindow软件和DrivesSupport软件, 这些软件工具在线工作, 能够进行起动和维护操作。DrivesWindow软件用来调试和维护变频器, 目标传动在初始化过程中自动识别。DrivesWindow是ACS系列产品的通用软件, 窗口环境和用户友好的人机界面使该软件容易学会和使用。所具备的硬件和软件保护特性可以有效地保护变频器免受非正常的操作和设备误动作所造成的故障和损坏。同时, 更加方便用户进行设备故障分析及处理。

3此方案中需注意的问题

因功率元件IGCT与GTO相比, 开关频率要高出十几倍甚至几十倍, 因此, 如果原隔离变压器至变频器的电源电缆不是屏蔽电缆, 则需更换为三芯屏蔽电缆。

为了获得12脉波整流, 隔离变压器两个副边绕组之间保持30°的相位差, 接线时, 一个绕组为星形接法, 另一个绕组为角形接法。

因此次改造变频器的功率为1500KVA, 所以冷却方式采用的是风冷。风冷系统靠外风循环, 对室内环境要求严格, 需在室内安装空调设备。

ACS1000的控制电源为单相AC 220V, 50HZ, 需来自于用户的UPS, 用户需提供满足要求的UPS电源。

结束语

中、高压变频器在我国经历了一个逐渐发展的过程, 认识的程度也将随着生产需要和实际应用得到不断提高。ABB公司的ACS1000变频器已经不断地把他的独特设计和先进性能带到我们的生产中, 尤其是为石油化工企业在5000kW以下大功率中、高压变频器的采用方面积累了宝贵的经验。ACS1000变频器在大型石油化工企业乙丙橡胶、ABS等生产中, 可得到广泛应用。

参考文献

[1]ABB公司ACS1000变频器产品手册;

[2]AB公司Powerflex7000变频器产品手册;

锅炉引风机加装变频器控制改造 篇10

变频器是应用变频技术与微电子技术, 通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压, 进而达到节能、调速的目的。

编程控制器 (PLC) 是一种数字运算与操作的控制装置。由于PLC可以用软件来改变控制过程, 当利用变频器构成自动控制系统进行控制时, 很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用。

2 原来设备运行状态

安钢动力厂7#、8#、9#这三台锅炉共6台引风机, 对锅炉运行起到至关重要的作用。原来引风机只能在工频状态下运行, 开机就是满负荷运转, 频率达到50Hz, 调节风量只能靠调节安装在引风机后面的挡板动作进行控制, 这样使得引风机做了很多无用功, 电力资源遭到极大浪费。

3 问题的解决

为了解决这个问题, 最好的方法就是安装变频器, 根据工况在上位机设定引风机的工作频率, 信号由PLC发送给变频器, 再由变频器控制引风机, 使引风机可以根据工况在设定好的频率下运行, 自动达到调节风量的目的, 运行时把挡板调节到全开位置。原来的那套通过挡板调节的设备无需拆除, 在变频器出现故障的情况下可以按照原来的一套回路进行调节, 使控制的稳定性得到提高。我们在这个工程中的任务是给新增加的变频器提供上下位机的支持, 并且完成相关接线。

做项目前, 首先根据采用变频器的功能特点, 确定变频器工作时远程PLC程序需要提供哪些点的支持。另外, PLC不是控制变频器, 只是控制变频器的输出而已;当然得把模块及变频器和PLC之间的线要连接好, 模式要选择对, 这样才能正常地操作。

经过分析项目需求, 我们首先确定每台引风机需要6个DI点, 2个DO点, 2个AI点, 1个AO点。6个DI点分别是待机信号、变频运行、重故障、轻故障、远程控制和工频状态, 2个DO点分别是变频器启动和停止;2个AI点分别是引风机运行时的电流和转速的反馈;1个AO点是频率给定, 由上位机发出, 通过PLC给变频器, 变频器对引风机进行调节。

操作要求上, 能够进行集中和就地操作, 能够通过调节频率控制引风机转速, 且能根据反馈电流监视引风机的运行情况。由于是直接在原设备上进行改造升级, 能从原来I/O卡中找到足够备用通道是最理想的, 通过查找, 硬件备用地址足够使用;软件上需要做好下位机以满足控制需要, 做好上位机以满足运行人员操作需要即可。

我们需要完成的功能是从上位机画面上能够完成工频状态和变频状态的切换, 在工频状态下保持原有的控制方式不变, 在变频状态下, 当变频器运行条件允许时, 能够经由变频器进行启停操作, 并且能够手动设定频率, 使变频器在设定频率下工作, 还要能够使操作人员在画面上看到引风机的转速和电流。另外, 操作画面还要符合操作人员的习惯。由于变频器自带的保护措施比较多, 所以在做下位机程序是不必要做很多的保护部分, 在满足启停的条件后有所要求的就是启停的脉冲信号各需要保持3秒以上。最后, 为了保证原有挡板在特殊情况下能够使用, 我们把操作变频器的画面和挡板的操作画面都加上了引风机的运行状态, 以便确认到底是工频运行还是变频运行, 防止误操作。

做程序时, 7#、8#锅炉使用的上位机软件是MP72, 下位机软件是CONCEPT;9#锅炉使用的上位机软件是CITECT, 下位机软件是UNITY。由于软件的不同, 给程序制作也带来了一些麻烦。下图是改造后的上位机操作画面和下位机程序控制部分。

4 改造后的效果

通过改造, 六台变频器已经投入使用。通过几个月的试用, 证明我们的改造方案是完全可行的, 在满足生产稳定运行的同时达到了降耗节能的目的。目前, 动力厂还有很多水泵, 锅炉送风机等设备, 如果都能加装变频器改造成功, 还有很大的节能空间, 这些都有待在各种条件具备的情况下进行改造。

参考文献

[1]庞科旺:PLC、变频器与电气控制[M].中国电力出版社, 2012-4-1