離心機(jī)中變頻器的分析

1、引言

　   從整體上看，我國分離機(jī)械技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比存在較大差距。主要表現(xiàn)在：分離機(jī)械品種、規(guī)格少，不能完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，特別是分離物料粘度大、精度細(xì)的機(jī)械，效率高、生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高的分離機(jī)械絕大多數(shù)依賴進(jìn)口，從分離機(jī)械的發(fā)展來看，數(shù)字交流變頻器將替代原來的電磁調(diào)速、直流調(diào)速、液力偶合調(diào)速、多速電機(jī)，而逐步成為分離機(jī)械的主要驅(qū)動(dòng)裝置。　　

        本文采用的ACS550是ABB公司最新推出的智能性變頻器，該系列變頻器用于0.75KW～355KW低壓交流傳動(dòng)。它能精確地控制速度和轉(zhuǎn)矩，能匹配現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。ACS550具有三種控制方式，即標(biāo)量V/F控制、無傳感器矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制，所以該款變頻器不僅能夠適合于最簡單的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也可以應(yīng)用在復(fù)雜的工作場合。其可靠的過載能力設(shè)計(jì)，也可以同時(shí)滿足普通負(fù)載和重載工作。分離機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種，本文將主要介紹ACS550變頻器在作為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的典型案例三足式離心機(jī)的應(yīng)用和作為多電機(jī)取得驅(qū)動(dòng)的典型案例臥螺離心機(jī)的應(yīng)用。

　　2、變頻器在三足式離心機(jī)中的應(yīng)用

　　三足式離心機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)、應(yīng)用面最廣的立式離心機(jī)。分沉降型和過濾型兩大類。在本應(yīng)用中，變頻器驅(qū)動(dòng)的是離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓，啟動(dòng)平穩(wěn)，分離因數(shù)可調(diào);徹底克服了傳統(tǒng)直流碳刷式離心機(jī)噪音大、故障率高、使用壽命短、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，是重力沉降分離設(shè)備更新?lián)Q代產(chǎn)品。交流變頻離心機(jī)在減震系統(tǒng)和變頻電機(jī)等幾項(xiàng)重要指標(biāo)上具有鮮明的特色和獨(dú)創(chuàng)性。常見的三足式離心機(jī)的單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率在3KW與55KW之間，ACS550完全可以勝任。

　　ACS550在三足式離心機(jī)中的應(yīng)用原理　ACS550變頻器的原理，在其外圍線路中，主要分三個(gè)部分：

　　(1)直流母線UDC+、UDC-端接制動(dòng)單+、—端，然后根據(jù)不同的選擇(如回饋制動(dòng)接電網(wǎng)三相、能耗制動(dòng)則接制動(dòng)電阻)，Tk為制動(dòng)單元的內(nèi)部繼電器，當(dāng)本單元出現(xiàn)故障時(shí)，Tk動(dòng)作，通過變頻器的端子DI4定義，瞬間封鎖U/V/W輸出。

　　(2)控制回路輸入、輸出端子中，采用宏9902=5的定義

　　DI1：手動(dòng)/自動(dòng)起動(dòng)/ 停車 ( 手動(dòng)): 得電起動(dòng)

　　DI2：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)( 手動(dòng)): 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)

　　DI3：EXT1/EXT2 選擇: 得電選擇自動(dòng)控制

　　DI4：運(yùn)行允許: 一旦斷開變頻器將停車

　　DI5：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)( 自動(dòng)): 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)

　　DI6：起動(dòng)/ 停車 ( 自動(dòng)): 得電起動(dòng)

　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V ( 手動(dòng)控制，電位器、參考電壓 10 VDC )

　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA ( 自動(dòng)控制，參考信號(hào): 0…20 mA )

　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V ( 手動(dòng)控制，參考電壓 10 VDC )

　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA ( 自動(dòng)控制，參考信號(hào): 0…20 mA )

　　RO2C/2B：繼電輸出2， 可編程(默認(rèn)動(dòng)作：運(yùn)行)

　　RO3C/3B：繼電輸出3， 可編程(默認(rèn)動(dòng)作：故障)

　　AO1：直流數(shù)顯儀(頻率或轉(zhuǎn)速指示)

　離心機(jī)使用變頻器時(shí)，制動(dòng)方式應(yīng)優(yōu)先考慮向電網(wǎng)回饋能量的再生制動(dòng)，電能回饋制動(dòng)是將制動(dòng)的能量反饋回電網(wǎng)再利用，從節(jié)能的角度來看，是一種最好的方式，而且沒有熱量產(chǎn)生，非常適合安裝在易燃場合(因?yàn)槟芎闹苿?dòng)會(huì)有大量熱量產(chǎn)生)。在不宜采用這種再生制動(dòng)裝置的地方，如有電網(wǎng)諧波要求(因?yàn)橐话愕哪芰炕仞佒苿?dòng)單元諧波系數(shù)不盡理想)，應(yīng)安裝足夠容量的制動(dòng)電阻器，并采取散熱措施;當(dāng)然在非易燃場合，從節(jié)省一次性安裝成本考慮，也大都采用能耗制動(dòng)。

　　 [!--empirenews.page--]一般的能耗制動(dòng)單元都具有如下的基本功能#e#一般的能耗制動(dòng)單元都具有如下的基本功能：

　　(1)參數(shù)設(shè)定

　　動(dòng)作電壓設(shè)定：通過撥碼開關(guān)可以設(shè)定動(dòng)作電壓設(shè)定值660V或710V(進(jìn)線為380V級(jí))。

　　制動(dòng)使用率：通過撥碼開關(guān)可以設(shè)定制動(dòng)單元的工作使用率，一般的能耗制動(dòng)單元默認(rèn)值為10%，但由于系統(tǒng)對制動(dòng)要求的不同，可以設(shè)置不同的制動(dòng)率，最大到100%。

　　(2)狀態(tài)結(jié)點(diǎn)

　　模塊異常：當(dāng)直流回路發(fā)生短路、過載或IGBT模塊損壞時(shí)制動(dòng)單元報(bào)警，故障繼電器Tk動(dòng)作。散熱器過熱：制動(dòng)單元散熱器過熱報(bào)警，故障繼電器Tk動(dòng)作。

　　制動(dòng)單元運(yùn)行正常時(shí)，Tk閉合，變頻器處于使能狀態(tài)可以正常工作;遇故障動(dòng)作時(shí)，Tk打開，通過對變頻器輸入端子DI4的定義,，即可瞬間封鎖U/V/W輸出，起到保護(hù)作用。

　　對于直接回饋制動(dòng)，目前已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品，但造價(jià)普遍高出能耗制動(dòng)的幾倍。在實(shí)現(xiàn)變頻器的直流回路與進(jìn)線電網(wǎng)電源間的雙向能量傳遞，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術(shù)：即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，它采用了電流追蹤型PWM整流器，這樣就容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，且具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。同時(shí)，這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控制交流側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功的交換。當(dāng)然不同的產(chǎn)品有不同的控制方式，我們必須同時(shí)注意到功率因數(shù)、諧波分量、輸出相位等。

　　3、ABB變頻器在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用

　　在本方案中，由于輔機(jī)傳動(dòng)電機(jī)需要的無功勵(lì)磁電流和副電機(jī)偶爾作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行(例如啟動(dòng)階段和加減速過渡過程)時(shí)的有功電流都要由主變頻器提供，因此，選取主變頻器的功率時(shí)應(yīng)予以考慮進(jìn)線整流橋的容量，必須保證通過電流為兩電機(jī)電動(dòng)電流之和。本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是電路簡單，不需要調(diào)試，動(dòng)作可靠性極高。本離心機(jī)控制的特點(diǎn)：(1)離心機(jī)速度的矢量控制方式保證了速度控制的正確性;(2)可以使用公共直流母線;(3)速度差控制，取消了編碼器，而采用開環(huán)的無傳感器矢量控制可以解決昂貴的帶編碼器的反饋控制方案;(4)筒軸傳動(dòng)的負(fù)載補(bǔ)償。

　　綜合看來，臥螺離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：

　　(1)節(jié)能：共母線雙電機(jī)雙變頻器驅(qū)動(dòng)在臥螺離心機(jī)上廣泛應(yīng)用，即主、副電機(jī)各用一臺(tái)普通變頻器驅(qū)動(dòng)，其直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔樱^好的解決了這個(gè)問題,在能源日益緊缺的今天,有特別重要的意義?，F(xiàn)代離心機(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的速差可以根據(jù)進(jìn)料的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速相對于渦流制動(dòng)和液力耦合制動(dòng)來說對電能的利用率高，在耗能方面比較節(jié)省。

　　(2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程從PID調(diào)節(jié)器的數(shù)分鐘減小為變頻無傳感器矢量控制的數(shù)秒鐘，速差調(diào)節(jié)精確(甚至可以達(dá)到±0.05轉(zhuǎn)/分)，從而大大提高了卸料物中干物質(zhì)含量(以處理污泥而言在2%左右)。

　　(3)轉(zhuǎn)矩控制功能：利用ACS550的轉(zhuǎn)矩控制可以非常容易實(shí)現(xiàn)速度與轉(zhuǎn)矩切換，并處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積，從而提高工作效率。采用ACS550的離心機(jī)其有效扭矩更大，最小持續(xù)扭矩為5,000Nm，瞬間負(fù)載扭矩可達(dá)27,000Nm。

        以上就是離心機(jī)中變頻器的分析結(jié)果。