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          帶式輸煤機變須調速控制

          2016-01-08 14:57 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:
            任務3  帶式輸煤機變須調速控制

              帶式輸煤機的阻轉矩TL的大小與傳輸速度無關,任何轉速下轉矩總保持恒定或基本恒定。所以屬于恒轉矩負載,如圖6-38所示。例如注塑機、運輸機械、傳送帶、喂料機、攪拌機、擠壓機及加工機械的行走機構等摩擦類負載,這類負載采用通用變頻器控制的目的是實現設備自動化、提高勞動生產率、提高產品質量。
          變頻器拖動恒轉矩負載時,低速下的轉矩要足夠大,并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行,應該考慮通用異步電動機的散熱能力,避免電動機的溫升過高。當在低速且負載較重的情況下,為提高轉矩提升能力而使電壓補償過高,往往容易引起過電流保護動作。選型時應充分考慮這些情況,應選用具有恒轉矩性能的通用變頻器,必要時應將通用變頻器的容量提高一擋,或者采用具有矢量控制或直接轉矩控制的通用變頻器。
          帶式輸煤機
          一、恒轉矩負載的變頻調速
           電力拖動系統的穩態工作情況取決于電動機和負載的機械特性。因此,在設計拖動系統時,首先必須了解負載的機械特性。
          1.恒轉矩負載的特點
          (1)轉矩特點
          恒轉矩負載的轉矩為TI一常數,即負載阻轉矩TL的大小與轉速nL的高低無關,其機械特性曲線如圖所示。
           (2)功率特點
          由式知,負載的功率PL和轉矩TL、轉速NL之間的關系是
                            PL=TLNL/9550        (6-15)
          即負載功率與轉速成正比,其功率曲線如圖6-39 (c)所示。
              2.典型實例
          帶式輸送機是恒轉矩負載的典型例子之一,其基本結構和工作情況如圖6-39所示。負載阻轉矩的大小決定于:
              TL=Fr                                  (6-16)
           
          式中,F為傳動帶與滾筒間的摩擦阻力;r為滾筒的半徑。
          由于F和r都和轉速的快慢無關,所以在調節轉速的過程中,轉矩TL保持不變,即具有恒轉矩的特點。
          恒轉矩負載及其特性
          二、恒轉矩負載實現變頻調速的主要問題
           對恒轉矩負載,在設計變頻調速系統時,必須考慮的主要問題是,調速范圍能否滿足要求,詳述如下:
              1.最低工作頻率
              變頻凋速系統中允許的最低工作頻率除了決定于變頻器本身的性能及運行模式外,還和電動機的負載率及散熱條件有關。
              (1)在不考慮負載率的情況下,能夠穩定運行的最低工作頻率大致如下:
              有反饋的矢量控制模式:不同品牌變頻器的最低工作頻率不盡相同,多數變頻器通?蛇_0. 1Hz。
            無反饋的矢量控制模式:一般說來,多效變頻器在無反饋矢量控制模式下運行時,工作頻率不宜低于5Hz.TD3000系列變頻器可達o.5Hz。
              V/F控制模式:最低工作頻率通常為1Hz。但是,在最低頻率下工作時,電壓的補償量(v/F比)較大,在輕載時,容易引起電動機磁路的飽和,并導致因勵磁電流過大而發熱。
          (2)最低工作頻率與控制模式、負載率的關系見表6-20。
          各種控制模式的最低工作頻率
          這里,負載率的定義是電動機軸上的負載轉矩(負載折算到電動機軸上的轉矩)與電動機額  定轉矩的比值,用σ表示。
                          σ=T’L/TMN                (6-17)
              2.最高工作頻率
              當工作頻率高于額定頻率時,其有效轉矩線具有恒功率的特點。這實際上也說明了,在某一 頻率下,其負載轉矩為TL:
             T’L=9550PMN/kfnN一TMN/kf               (6-18)
              變頻詞速系統允許的負載率為:
                    σ=1/k1                                                 (6-19)
             
          就是說,最高工作頻率的大小與負載率成反比。
            3.調速范固
            調速范圍即最高轉速與最低轉速之比,用an表示,變頻調速系統的最高和最低工作頻率都與負載率有關,所以,調速范圍也就和負載率有關。
          假設某變頻器在外部無強迫通風的狀態下提供的有效轉矩線如圖6-40所示。由圖可知,在拖動恒轉矩負載時,允許的頻率范圍和負載率之間的關系如表6-21所示,說明負載率越低,允許的調速范圍越大。
          某變頻器的有效轉矩線
          不同負載率的轉速范圍
              4.傳動比
              通常,把電動機輸出軸的轉速與負載輸入軸的轉速之比稱為傳動比,用A表示。負載轉矩的折算值是和傳動比有關的,由式T’L= TL/λ可知,傳動比越大,則負載轉矩的折算值越小,電動機軸上的負載率也就越小。
              調速范圍與傳動比的關系由表6-21可知:
              (l)當電動機軸上的負載率為100%時,允許的調速范圍是比較小的。
              (2)在負載轉矩不變的前提下,傳動比λ越大,則電動機軸上的負載率口越小,調速范圍(頻率調節范圍)口。就越大。因此,如果當調速范圍不能滿足負載要求時,可以考慮通過適當增大傳動比λ,來減小電動機軸上的負載率σ,增大調速范圍an。
              (3)傳動比的選擇舉例 
                例如,根據工作需要,某恒轉矩負載要求最高轉速為720r/min,最低轉速為80r/min(調速范圍an=9),滿負載時負載側的轉矩為140N .m。
              原選電動機的數據I  PN =1lW,Nr.=1440r/min。
              原傳動裝置的傳動比為λ=2。
              現采用變頻調速,不增加額外的裝置(如轉速反饋裝置及風扇)等,但可以適當改變帶輪的直徑,在一定的范圍內調整傳動比。
            答:1)計算負載率
            電動機的額定轉矩,根據電動機的額定功率和額定轉速求出
                    TMN=9550*11/144N·m
          2)負載轉矩的折算值,根據負載轉矩與傳動比求出
                      L’T=140/2N·M=70N·M
          3)電動機的負載率,根據電動機軸上的負載轉矩與額定轉矩求出
                     σ=70/72.95=0.96
          4)核實允許的變頻范圍。由圖6-40知,當負載率為o.96時,允許頻率范圍是19~52Hz,調頻范圍為
                   a1=52/19=2.74≤an
            顯然,與負載要求的調速范圍相差甚遠。
            (4)選擇傳動比
            由圖6-37可知,如果負載率為70%的話,則允許調頻范圍為6~70Hz,調頻范圍為                  af=70/6=11.7>an
            電動機軸上的負載轉矩應限制在
            T’L≤72.95N·M*70%=51N·M
          確定傳動比
                              λ≥140/51=2.745
          選擇                   λ=2.75
           校核    

              可見,增大傳動比后,工作頻率在允許范圍內。
              三、帶式輸送機的變頻調速
              1.帶式輸送機的分類
              帶式輸送機的種類很多,這里僅就拖動系統工作特點的不同,作如下區分。
              (1)按運行方式分類
              1)連續輸送式。輸送機連續恒速運行,如輸煤機、生產流水線等。
              2)間歇輸送式。運行和停止不斷她交替。通常,運行的時間和停止的時間都是一定的。如部分流水生產線,每隔一段時間,所有工件同時向下一個工位移動。
              (2)按負載的變化情形分類
              I)負載基本不變式。如有的生產線的帶式輸送機,負載的變化通常是不大的。
              2)負載變動式。如輸煤機和輸礦石機。此外,有的裝配生產線的輸送機,隨著裝載部件的不斷增加,負載也加大。
              3)按輸送的傾斜狀況分類
              有水平輸送、向上輸送、向下輸送。
              2.帶式輸送機的變頻調速要點
              因為帶式輸送機屬于恒轉矩負載,故前面介紹的方法和結論,對帶式輸送機都適用,這里不再贅述。但多數帶式輸送機對調速范圍的要求不高,故在決定電動機容量時,可以簡化。
              (l)電動機起動轉矩TMS的校核
              帶式輸送機在起動時的靜態摩擦系數較大,所以必須校核電動機的起動轉矩TMS是否滿足要求。
          1)    起動階段的負載系數C
          設負載在未考慮靜態摩擦系數時的起動轉矩(折算到電動機軸上的值)為T’L0,則
           T’L0=CT’L                        (6-20)
          負載系數C的大小說明了負載是重載起動,還是輕載起動或空載起動。
          2)    起動時的負載轉矩T’Ls
          設負載的動態摩擦系數為μ1,靜態摩擦系數為μ2,則起動時的負載轉矩(折算到電動機軸上)的大小為  
                T’Ls=(μ2/μ1) T’L0                         (6-21)
          3)變頻時電動機的起動轉矩TMS
          采用無反饋矢量控制功能時,TMS=1.5TMN
          采用V/F控制功能時,TMS=1.5TMN
          4)電動機的起動轉矩滿足的主要條件是TMS> T’rs
          (2)電動機過載能力的校核
          輸煤機和輸礦石機一類的輸送機,短時間的過載是經常發生的(實際工作中,長時間的過載 也常發生,但那不屬于正常工作狀態,這里不予討論).因此,必須校核電動機的過載能力。變 頻調速時電動機的過載能力βx為1.5,設負載的短時過載系數為1.5.則:
              1)若βx≤1.5,電動機的過載能力滿足要求。
              2)若βx>l.5,應考慮加大電動機的容量。
              對于流水生產線用的輸送機,一般不必校核過載能力。
              3)變頻器的選擇
              對于流水生產線類很少過載的輸送機,變頻器的容量只需與電動機容量相符即可。對于輸煤機類時可能過載的輸送機,變頻器容量應加大一擋。
              如上所述,輸送機要求在整個速度范圍內具有恒轉矩特性,且要求有較大的起動轉矩和過載能力,所以最好選用具有無反饋矢量控制功能的變頻器。
          四、帶式輸煤機的變頻調速
          1.負載的特點
          (1)機械特性與負荷圖如圖6-39所示。
          (2)負荷工況屬于連續變動負載,平均負載率σA=0.9
          (3)轉速范圍
          nLmax.=365r/min;nLmin=73r/min (an=5); λ=-4
          2.變頻器選型
          (1)負載對拖動系統的要求如圖6-41所示,可選富士G11系列變頻器。
          (2)變頻器容量
          因為電動機可能短時間過載運行,所以變頻器容量加大一擋,如圖6-42所示。
          變頻器容量的選擇
            3.主要功能的預置
            (1)頻率給定功能
            1)頻率調節電路如圖6-43所示。
          頻率調節電路
          2)相關功能的預置見表6-22。
          相關功能的預置
            (2)轉矩提升功能
            1)富士變頻器的U/f線如圖6-44所示。
          富士變頻器的U/f線
          2)相關功能的預置見表6-23。
          轉矩提升功能的預置
           (3)加減速功能
           1)加、減速時間的預置如圖6-45所示。
           2)相關功能的預置見表6-24。
          )加、減速時間的預置
              (4)保護功能
              1)保護功能的預置如圖6-46所示,其中6-46 (a)為動作電流與輸出頻率的關系,圖6-46 (b)為動作電流的反時限曲線。
          富士變頻器的過載保護
          3)    相關功能的預置見表6-25。
          保護功能的預置

          MM440變頻器模擬操作信號控制電動機正反轉
          1.訓練目的
          (1)熟悉MM440變頻器的基本操作面板。
          (2)掌握變頻器基本參數的輸入方法。
          (3)熟練掌握變頻器的運行操作。
          2.訓練器材
          (l) MM 440變頻器實訓操作臺1套。
          (2)三相交流籠型異步電動機1臺。
            3.訓練內容
              MM440變頻器可通過基本操作板BOP的,按增加/減少輸出頻率,來設置正反向轉速的大;MM440變頻器可以通過6個數字輸入端口對電動機進行正反轉運行、正反轉點動運行方向控制,也可以由模擬輸入端控制電動機轉速的大小。
              MM440變頻器為用戶提供了兩對模擬輸入端口AIN1+、AINl -和端口AIN2+、AIN2 -,即端口“3”、“4”和端口“10”、“11”,如圖6-47所示,為用戶提供模擬電壓信號輸入給定頻率,經A/D轉換傳給CPU控制。
              端子1l、2提供10V的直流電源,當采用模擬電壓信號輸入給定頻率時,為提高交流變頻系統的調速功能必須配一個高精度的直流電源。
          模擬輸入作為數字輸入時外部線路的鏈接
              模擬輸入回路可以另行配置,用于提供兩個附加的數字輸入(DIN7和DIN8).如圖6-47所示。當模擬輸入作為數字輸入時,電壓門限值如下:
              1. 75 V DC=- OFF
              3. 70 V DC = ON
              用自鎖按鈕SB1和SB2控制MM440變頻器,實現電動機的正轉和反轉功能,由模擬輸入端控制電動機轉速的大小。DINl端口設為正轉控制,DIN2端口設為反轉控制。如圖6-48所示,控制過程如下。
            4.訓練步驟
            (l)電路接線
            如圖6-48所示,MM440變頻器的“l”、“2”輸出端為用戶單元提供了高精度的+10V直流穩壓電源。轉速調節電位器RPI串接在電路中,調節RP1時,輸入端口AINl+給定模擬輸入電壓改變,變頻器的輸出量緊緊跟蹤給定量的變化,平滑無級地調節電動機轉速的大小。
              (2)參數設置
              1)檢查電路接線正確后,合上主電源開關QF。
              2)恢復變頻器工廠默認值:設定POOIO= 30和P0970=1,按下P鍵,開始復位,復位過程大約為3rnin,這樣就保證了變頻器的參數恢復到工廠默認值。
              3)設置電動機參數設置見表6-12。電動機參數設置完成后,設PO010-O,變頻器當前處于準備狀態,可正常運行。
             4)設置模擬信號操作控制參數。模擬信號操作控制參數見表6-26。
          模擬信號操作控制參數
            (3)操作控翩
            1)電動機正轉控制。按下電動機正轉自鎖按鈕SB1.數字輸入端口DINI為“ON”,由外接電位器RP1來控制模擬電壓信號從o~+10V變化,對應變頻器的頻率從0—2800r/min變化,當放開自鎖按鈕SB1時,電動機停止。
            2)電動機反轉控制。按下電動機反轉自鎖按鈕SB2,數字輸入端口DIN2為“ON”,反轉轉速的大小仍由外接電位器RP1來調節,當放開自鎖按鈕SB2時,電動機停止。
              5.實訓考核及成績評定
              參見表6-14。

            1.恒轉矩負載的特點有哪些?
            2.恒轉矩負載變頻調速必須注意的主要問題是什么?
          (責任編輯:laugh521521)
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