交流电机变频调速传动

交流电机变频调速传动（共9篇）

交流电机变频调速传动 篇1

1 引言

随着现代科技的发展,在许多工业场合提出了对大功率拖动系统的需求,而单电机的功率受制造等原因限制不能做得过大,因此在电气控制中,经常遇到两台电机同时驱动一台设备的情况。从驱动电机之间的连接关系来看一般可以分为3类:第1类是各电机之间相互独立,电机之间不存在物理连接;第2类是各电机间存在柔性的物理连接,像皮带等,各电机的工作状态有相互影响;第3类是两台电机之间硬轴连接,转速严格一致。目前已有一些专家学者对双电机和多电机的同步传动方法进行了一定的研究和总结。提出了基于同一给定电压的串、并联方法、基于补偿原理的控制方法[1,2](差电流负反馈法和差速负反馈法等)和基于现代控制理论的控制方法[3,4]等。两台电机由于制造的原因,参数不可能完全相等。后两种方法较好地解决了前一种方法中因存在的启动速度滞后和偏差问题,且抗干扰性较强。以上一些方法主要针对前两种同步传动方案,且主要针对速度同步问题。但是在双电机同步传动中,每台载荷分配是否合理,电机输出功率是否均衡是必须要考虑的问题。如果两台电机间的功率分配没有很好地得到解决,可能出现在拖动过程中一台过热而另一台却负载不足,而导致烧坏电机的情况发生。

本文提出了一种新的追求功率平衡的双电机同步传动控制方法,以双电机刚性联接为平台,两电机转速严格一致。对两台电机分别进行单独控制,分别采用矢量控制和直接转矩控制算法[5,6,7,8,9]。提出了双电机共同驱动同一负载控制的Matlab模型搭建方法,在高速运行和低速运行情况下进行了仿真,结果验证了本算法的正确性与可行性。

2 双电机同步控制思想

由于矢量控制和直接转矩控制对电动机参数具有依赖性,经常在低速运行,以及无速度传感器控制下调速范围较宽时,需要对电动机进行参数辨识,需要准确的电动机参数实现控制。因此矢量控制和直接转矩控制不能够同时驱动多台电机。本文中对两台电机分别进行控制。基于矢量控制转矩脉动小,稳态转速精度高,直接转矩控制动态特性好,跟随性强的特点,在基于刚性连接的双电机同步控制中,主电机用矢量控制,控制电机的转速。为保证两电机同时做功,输出功率平衡,由式P=T×W可知,只要从电机跟踪主电机的转矩,即可让从电机输出功率跟主电机保持一致,从而防止单电机做功而致使电动机烧坏现象。从电机用直接转矩控制,检测出主电机的转矩,作为从电机的转矩指令给定信号与从电机转矩比较,从而输出控制信号。系统装置框图如图1所示。

3 主电机控制

主电机采用无速度传感器矢量控制。转子磁场定向的矢量控制通过将电机的电流、电压等效变换到转子磁场定向的同步坐标系上,实现电机的转矩和磁通的解耦控制,从而实现快速的转矩响应及高效的运行。规定d-q坐标系的d轴即是沿着转子磁链Ψr的方向,可得到异步电机基本方程式如下:

式中:Tr为转子时间常数,Tr=Lr/Rr。

转矩方程为

式(3)表明,转子磁链Ψr仅由id产生,与isq无关,isd称为定子电流励磁分量,Ψr与isd之间的传递函数是一阶惯性环节,当励磁分量isd突变时,Ψr的变化要受到励磁惯性的阻扰,这和直流电机励磁绕组的惯性作用是一致的。

式(5)中,isq是定子电流的转矩分量,当isd不变,即Ψr不变时,如果isq发生变化,转矩Te立即随之成正比地变化,没有滞后。因此,d-q坐标系按转子磁场定向后,在定子电流的两个分量之间实现了解耦,Ψr唯一由isd决定,isq只影响转矩,与直流电机中的励磁电流和电枢电流相对应,这样大大简化了多变量强耦合的交流变频调速系统的控制问题。图2是矢量控制核心原理结构图。

速度辨识采用基于状态观测器的MARS方法,原理图如图3所示。

参考模型为电机,状态方程如下:

可调模型为状态观测器,状态方程如下:

其中

式中:G为观测器的反馈增益矩阵。

当只考虑式(7)中的转速误差时,由式(6)、式(7)可以得到误差方程为

其中

式(8)中(A+G)是前馈环节的状态方程系统矩阵,后向非线性反馈构造为

误差矩阵△A可写为

其中ω的估计方法是使误差{e,Δωr}收敛为零。

由下式来估计转子转速:

4 从电机控制

从电机用直接转矩控制,通过转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值进行滞环的比较,把转矩波动限制在一定的容差范围内,容差的大小由滞环调节器来控制。在直接转矩控制系统中,参考坐标系是放在定子绕组上的,即通常所说的α-β坐标系。其系统框图见图1中的从电机控制部分。由于两台电机是基于刚性联结,从电机转速跟主电机保持一致,因此从电机系统中不再进行速度闭环,而是直接进行转矩闭环。让主电机的输出转矩作为转矩给定,从电机输出转矩作为反馈,从而进行比较控制产生转矩开关信号,与磁链开关信号和定子磁链区域信号共同作用,查询电压矢量表,选择合理的空间电压矢量信号。电压矢量选取表如表1所示。

定义误差输入信号为

调节器输出标志:FT,FΨ=1表示ΔT>0,ΔΨ>0;FT,FΨ=0表示AT<0,ΔΨ<0。将磁通和转矩两个调节器结合起来,共同控制逆变器的输出矢量,就既能保证电机的磁通在给定值附近变化,又能使电机的输出转矩快速跟随指令值,从而使系统获得高动态响应性能。

5 模型搭建与仿真分析

双电机模型搭建的数学模型如下。规定两台电机磁极对数相同。

本设计中给定的负载转矩为400N·m,分别从低速(90 r/min)和高速(1 500r/min)运转情况下进行了仿真。从图4～图7可以看出,不论是低速还是高速运转时,系统速度调节时间短,且稳定后转速收敛到给定值。从电机转矩跟踪主电机转矩性能好,调节时间短。尤其是在高速运转情况下,无论是启动还是稳态时都表现了很强的跟随性能,且负载分配合理,由此可知两台电机各自承担一半负载,转矩各为200 N·m。

因此,仿真结果表明两台电机都很好地跟踪了给定转速,具有较好的动静态性能,同时做功且输出功率平衡,避免了因单电机做功而烧毁电机的现象,从而验证了本设计的正确性。

6 结论

本文针对基于刚性连接的双电机同步传动中的功率分配问题进行了研究,提出了一种新的控制方案,将无速度传感器矢量控制和直接转矩控制同时引入控制系统,利用各自的性能优点对两台电机进行控制,建立了Matlab仿真模型,结果表明两台电机调速性能好,功率分配合理,本方案是有效和可行的。

参考文献

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交流电机变频调速传动 篇2

1变频器的工作原理

变频器装置的工作原理是将工频交流电源通过整流器变成直流，再经过逆变器将直流变成频率可控的交流电。而对于电动机的调速我们知道，交流电动机的同步转速表达式：

n=60 f(1-s)/p (1)

式中 n———异步电动机的转速;

f———异步电动机的频率;

s———电动机转差率;

p———电动机极对数。

由式(1)可知，改变电动机转速的方法有改变旋转磁场频率f，改变转差率s，改变电动机极对数p三种。而变频器就是利用转速n与频率f成正比，通过改变电源频率f来实现电动机n速度调节的，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽，因此变频器是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2、变频器及容量的选择

由于原料微机配料就是使用华为TD2000系列(也就是现在的艾默生)变频器，经几年的使用，运行状况良好，为此这次也选择了艾默生系列变频器，而容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。根据11#窑特性是属于恒定负载连续运行，是由低频低压起动，最终是完成变频调速。而变频器只用来完成变频调速时，要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即：IFN≥1.1IMN，其中，IFN—变频器额定电流，IMN—电动机额定电流。现场所用的电动机是Y200M-4 22KW,为此所选用的变频器为艾默生EV2000-4T0300G/0370P

3.在回转窑传动系统中的具体应用

EV2000-4T0300G/0370P系列变频控制器在回转窑传动系统中的具体应用

L1 L2 L3接3相380V交流电源，R S T为变频器的一次输入，U V W为逆变后的输出电源接线端子，传动电动机三相绕组，SQ1为电源三相负荷开关,KM1为控制三相380V 电源的交流接触器，SB1 SB2是现场按钮，当按下SB2时KM1线圈吸和，变频器得电，电位器R是设定变频器的频率即设定回转窑传动电动机的速度，

其起动过程的特点有，频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升，如图(2)所示。

转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn限制在一定范围内，则起动电流也将限制在一定范围内，如图(3)所示。另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的冲击。

4.变频器所发挥的作用

4.1. 变频调速是一种比较理想的软起动装置。

交流电动机的起动电流一般为5-7倍额定电流，如果直接起动会对电网引起冲击，影响同一电网上其他电气设备的正常运行。另外巨大的起动电流对电动机和机械设备也会造成严重的电磁应力和机械应力，缩短设备的使用寿命，因此利用变频器已达到软起动的目的。

4.2效益

原用电动机为JO272-6 30kw，现场正常运行时电流20A(现改为Y200M-4 22kw)

现将电动机改为Y200M-4 22kw，用EV2000-4T0300G/0370P型变频器控制，频率平均在25Hz，根据变频器平方转矩负载关系式：P / P0=(n / n0)3计算，式中为P0额定转速n0时的功率;P为转速n时的功率。

所消耗的电能P变= P0 X(n /n0)3= P0 X(f/f0)=22X(25/50)3=2.75kw

节能 P节=P原-P变=11.32-2.75=8.57kw

每年的节电量为W=8.57X24X30X11=67874.4kw·h

每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.39372万元。

由原定数旋转改为可调，在加上窑尾下料系统的改造，每年可多生产产品300多吨，年创效益非常可观。

结束语

变频调速在回转窑传动系统中的应用，改变了以往以固定转数旋转的状况，从而使司窑工操作更加灵活，使产品的质量产量都有的很大的提高，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。

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浅谈交流调速传动的现状和发展 篇3

1 采用新型功率半导体器件和脉宽调制 (PWM) 技术

功率半导体器件的不断进步, 尤其是新型可关断器件, 如BJT (双极型晶体管) 、MOSFET (金属氧化硅场效应管) 、IGBT (绝缘栅双极型晶体管) 的实用化, 使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件, 无功功率将由大电感来缓冲, 它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电) 状态时, 只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网, 构成的调速系统具有四象限运行能力, 可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合, 在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件, 无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言, 电压型变频器相当于一个交流电压源, 在不超过容量限度的情况下, 可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动 (发电) 状态时, 回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网, 要实现这部分能量的回馈, 网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器, 必须采用可逆变流器, 如采用两套可控整流器反并联、采用PWM控制方式的自换相变流器 (“斩控式整流器”或“PWM整流器”) 。网侧变流器采用PWM控制的变频器称为“双PWM控制变频器”, 这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调, 输入电流 (网侧电流) 波形基本为正弦, 功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点, 代表一个新的技术发展动向, 但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点, 只能用于低速 (低频) 大容量调速传动。为此, 矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大, 而且没中间直流环节, 省去了笨重而昂贵的储能元件, 为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。

随着电压型PWM变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛, PWM技术的研究越来越深入。PWM利用功率半导体器件的高频开通和关断, 把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列, 以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类:正弦PWM、优化PWM及随机PWM。正弦PWM包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种PWM方案。正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能, 因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说, 太高的开关频率会导致大的开关损耗, 而且大功率器件如GTO的开关频率目前还不能做得很高, 在这种情况下, 优化PWM技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法 (Selected Harmonic Elimination PWM———SHE PWM) 、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。普通PWM变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分, 谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上, 会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声, 其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围, 将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振, 导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题, 一种方法是提高功率器件的开关频率, 但这种方法会使得开关损耗增加;另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率, 使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内, 从而抑制某些幅值较大的谐波成分, 以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的, 这就是随机PWM技术。

2 应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象, VVVF控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性, 动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程, 不但要控制各变量的幅值, 同时还要控制其相位, 以实现交流电动机磁通和转矩的解耦, 促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外, 为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾, 又提出了一些新的控制方法, 如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展, 现代控制理论中的各种控制方法也得到应用, 如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能, 滑模 (Sliding mode) 变结构控制可增强系统的鲁棒性, 状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息, 自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外, 智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中, 以提高控制的精度和鲁棒性。

3 广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展, 数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高, 这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器 (Digital Signal Processor--DSP) 、专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit--ASIC) 等。其中, 高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现, 为交流传动系统的控制提供很大的灵活性, 且控制器的硬件电路标准化程度高, 成本低, 使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 开发新型电动机和无机械传感器技术

交流电机变频调速传动 篇4

康玉龙

（河北钢铁集团宣钢公司焦化厂 075100）

摘要：本文以现代交流调速技术的应用领域及发展趋势为背景，介绍中压交-直-交电压型H桥级联变频器的工作原理、控制方式和技术优缺点，并通过宣钢焦化厂除尘电机变频与液力耦合器不同调速方式下的对比分析，指出变频调速在高压大功率风机上使用的优越性能和良好的节能效果。

关键词：交流调速 中压H桥级联变频器 除尘风机 干法熄焦 节能

0前言

电力电子技术的发展产生了采用半导体开关器件的交流调速系统，随着对大规模集成电路和计算机控制技术的研究，以及现代控制理论的应用，促进了各种类型的交流调速技术的飞速发展，如串联调速系统、变频调速系统、无换向器电动机调速系统及矢量控制调速和直接转矩调速系统等。其中变频器作为较为成熟的高科技调速产品，其性能稳定、操作调节方便、自动化程度高、节能效果明显等优点，已普及国民经济各部门的传动领域，得到了广泛的推广应用。

1交流调速技术概况

1.1应用领域

1.1.1通用机械的节能调速

通用机械指风机、泵、压缩机等，量大而广，应用于各行各业。此类机械由交流电动机驱动，经调速改造，替代原有挡板及阀门调节，使其风量、流量可实现连续平滑和快速精确控制，优化了工艺控制过程，有助于提高产品的质量和产量。

1.1.2工艺调速

由于机械设备的工艺需要，要求驱动电动机必须调速运行的传动系统，如金属加工、造纸、提升等机械的传动系统。1.1.3牵引调速

各种电动机车及船舶等运输机械的电驱动系统，要求在运行中及时调速，属于工艺调速范畴，但有许多不同于一般机械的特殊要求，如供电电源、设备尺寸、散热及防护要求等，正由于牵引机械对设备尺寸、防护严格要求及交流较直流调速的优势，交流牵引调速取得更快发展。1.1.4特殊调速

某些应用场合为满足用户对调速特殊要求的调速系统，如转速6000r/min以上的高速系统，调速范围1:50000至1:100000的极宽调速系统，只有采用特殊的永磁交流电动机才能实现。1.2调速用电力电子装置

交流调速用电力电子装置有交流调压装置和变频装置两大类。现有交流调压装置仅晶闸管交流调压器一种，变频装置有交-直-交间接变频器和交-交直接变频器两种，其中交-直-交间接变频器又分为电压型和电流型型两种，电压型储能元件为电容，在控制规律不变而负载变化时输出电压基本不变，电流型储能元件为电感，在控制规律不变而负载变化时输出电流基本不变。1.3发展趋势

1.3.1电力电子器件与材料的更新

在提高现有电力电子开关器件的同时，研发新型大容量电力电子器件，通过降低MOSFET通态电阻，提高电压；研制集成电力电子模块（简称IPEM）实现标准化、模块化、高效率、低成本、低污染、可编程；采用新型半导体材料碳化硅（SiC），其工作温度可达600℃，PN结耐压可达5000KV以上，导通电阻小，导热性能好，漏电流特别小。1.3.2控制策略和手段研究

在以矢量控制和直接转矩控制技术为中心的控制理论不断完善的研究中，开辟了自适应和滑膜变结构控制、模糊控制、神经网络控制、无速度传感器控制系统等。

2中压交-直-交电压型H桥级联变频器

随着交流调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用并取得了良好的效果，其中电压型H桥级联变频器由于其电压畸变率小、功率因数高、逆变模块技术要求低、技术成熟、运行效果好等特点，得到了广泛的应用。2.1工作原理

电压型H桥级联变频器中每一项都由多个H桥功率单元串联而成，串联数取决于变频器输出电压等级，每个H桥由4个IGBT构成，并用独立彼此隔离的整流电源供电。

图一 H桥级联变频器和H级功率单元

2.2控制方式

H桥级联变频器的输出电压电平数多，通常采用三角载波比较法实现PWM（脉宽调制），通过给定频率的等腰三角载波与给定频率的正弦调制波相比较，以二者交点确定功率单元中逆变器的开关时刻，使脉冲宽度按正弦规律变化，输出频率等于且幅值正比于指定调制电压的基波成分。2.3特点及问题

此类H桥级联变频器使用1200V或1700V低压IGBT不需均压措施，且输出电压电平数多，电压畸变率小，电压波形每次跳变幅值小，无需输出滤波器，同时输入整流桥数多，通过输入变压器二次绕组移相，进线交流电流谐波小，功率因数高。

但是由于H桥级联数多，主电路复杂，储能电解电容技术要求高，可靠性受一定影响；整流电源数多，电机制动再生能量吸收或回馈技术实现难度大、成本高。

3除尘高压风机中的应用

除尘风机作为焦化行业环保除尘环节中重要设备，其运行状态将直接影响烟尘回收处理效果。现以河北钢铁集团宣钢公司焦化厂1#、2#干熄焦地面除尘风机调速方式为例，对比分析变频和液力耦合调速方式下的风机运行技术特点。3.1工艺概况

干法熄焦过程中会产生大量焦灰尘和有害物，这些有害物不仅对现场操作人员造成危害，而且将对环境造成严重污染，为消除生产过程中产生的粉尘，由除尘风机负压收集各收尘点含尘气体经管道送至脉冲布袋除尘站，净化后排放至大气。根据宣钢焦化厂干熄焦除尘工艺所需除尘风量，综合考虑系统漏风等因素，选用10KV 800KW单吸入离心式除尘风机。

其中1#干熄焦2010年投产，设计初期，由于考虑高压变频器投资高、技术不够成熟、市场应用不普及等多方面因素，该项目除尘风机设计为液力耦合调速方式；随着电力电子技术的高速发展，高压变频基本成熟，其性能稳定、控制操作方便，节能明显等优点得到普遍认可，2#干熄焦除尘风机2014年设计采用高压变频调速方式，装焦时高速运行，非装焦时低速运行。3.2二者调速性能比较 3.2.1调速效率

液力耦合器是装于电动机轴和负载轴之间的机械无极调速装置，利用油和两个互不接触的金属叶轮的摩擦力传导转矩，带动负载转动，可通过调节油压改变输出转矩，实现调速。当忽略轴承、鼓风损失和工作液体容积损失及摩擦力矩损失等，其调速效率近似为：nT=i；式中i为液力耦合器转速比，因此转速比nB减小调速效率降低，同时作为一种低效调速方法，其转差能量转换为油的热能儿消耗掉，当小于0.4时工作油升温加快，给设备运行带来不稳定状况。

而变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，仅控制电路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全转速范围内保持较高的效率运行。3.2.2启动性能

液力耦合器不能直接改善启动性能，启动电流仍达到电机额定电流的5至7倍，而变频启动可实现软启动，启动电流小，且启动全过程可控，启动点和爬坡时间可设置，可避免启动电流对电网和电动机的冲击。3.2.3运行维护

结合焦化厂1#干熄焦除尘风机调速设备运行情况来看，液力耦合器机械结构和管路系统复杂，日常维护工作量大，且在故障下无法定速运行，必须停机检修；而2#干熄焦除尘风机H桥级联变频调速装置虽电子线路复杂，但技术成熟，尤其是单元自动切换和冗余运行特性，可在单元故障下实现不停机连续运行，运行可靠性较高，且其检修维护只需定期更换进风滤网。3.2.4调节控制特性

液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢（需30秒左右），速度调节精度较低，在干熄焦装焦过程期间灰尘负压回收能力不能及时跟上，影响烟尘回收效果；而变频调速属于数字式控制，频率改变速度快，稳频精度高，可实现精准控制，提高了装焦过程期间烟尘回收率。3.3节能经济效益分析

由于液力耦合器液力效率、转差消耗及变频器自身能量消耗的存在，其二者均存在额外的功率损耗，但变频调速运行效率随输出转速降低变化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且综合轴功率随转速呈三次方比例下降，节能和运行效率均不及变频调速。

下面在忽略液力耦合器辅机（冷油器、油泵等）所消耗功率和设备自身消耗等的理想状态下，对比1#、2#干熄焦除尘风机调速耗能情况：

1#干熄焦除尘风机为24小时工作，电机输入电流平均约为50A，年运行时间为300天，其全年用电量为：

F13UIcosHD1.732105024300=6235200kWh

2#干熄焦除尘风机为24小时工作，高速运行时，电机输入电流平均约为50A，低速运行时，电机输入电流平均约为30A，按每15min装焦一次，装焦时间5min，即每天高速运行时间为8小时，低速运行运行时间为16小时，年运行时间为300天，其全年用电量为：

F213UIcosHD1.73210508300=2078400kWh F223UIcosHD1.732103016300=2494080kWh F2F21F224572480kWh 综上可得：

全年节电量为FF1-F26235200-4572480=1662720kWh 节电率为=F166272027% F162352004结束语

通过中压交-直-交电压型H桥级联变频器与液力耦合器运行节能效果的对比分析，不难发现其在运行效率、启动性能、运行维护等方面有着突出的优势，且随着电力电子技术和控制理论的不断进步，会有更高性能的设备应用到国民经济的电气传动领域。

参考文献：

交流电机变频调速传动 篇5

1 系统方案

主传动电动机的容量较大, 在300~10000k W之间, 而辅传动电动机容量在300k W以下。因此, 辅传动的变频调速系统一般选择交直交形式的变频系统, 而且通常选用商品的通用变频器组成系统。主要有以下几种方案: (1) 四象限单传动装置。此变频器自带整流回馈单元, 其优点是配置灵活, 性能较好, 能量能回馈电网, 主要缺点是体积较大、价格较高。主要用于独立机组单台电动机且要求频繁正反转的负荷。 (2) 单象限单传动加制动单元和制动电阻。这种变频器使用较多, 主要优点是技术要求低, 电路增减灵活, 价格较低, 主要缺点是制动电阻和制动单元需另占较大布置空间, 动态性能略差, 制动能量消耗在电阻上, 此方案主要用于设备较分散、各设备动作的关联性不高、较分散的生产线上。 (3) 多传动方案, 即公共直流母线方案。公共直流母线的供电采用一个公共整流单元, 各电动机电路选择逆变器接在直流母线上。公共直流母线多传动系统优点是节能、动态性能好和不需外置制动电阻和制动单元, 因此, 成套电器柜的数量少、体积较小, 主要缺点是多传动系统比单传动系统技术复杂, 价格也高。这种方案适合设备动作关联程度较高、集中密集型的生产线。

由于辅传动一般涉及多台电动机, 因此, 常用多传动方案, 而多传动系统供电单元一般有以下几种配置方案:一是二极管整流供电单元;二是晶闸管供电单元;三是1GBT供电单元。

因其辅传动数量多, 例如某钢铁厂5m宽厚板轧机生产线调速电动机共2428台, 总装机容量61860k W, 采用330套变频器, 34种容量类型, 为取得满足工艺要求的性能。并降低成本的选择非常重要。

2 实例分析——轧钢工作辊道变频调速系统

轧钢工作辊道是轧线常用的辅传动, 下面以某钢厂新轧钢连铸连轧生产线950粗轧可逆式轧机的前、后工作辊道调速系统为例进行分析。

2.1 系统配置

某钢厂新轧钢连铸连轧生产线950粗轧机为可逆式轧机, 钢坯往返输送由前、后工作辊道负责。前部为25个辊道, 前端5个辊为延伸辊道, 机前20个辊道和机后20个辊道为工作辊道。工作辊道动作频繁, 起动、制动速度较快, 要求控制装置运行可靠性强。工作辊道操作系统采用无触点给定实现无级调速, 工作辊道的全部45个辊道, 用3个控制器进行控制。系统结构如图1所示。

变频器采用的SIMOVERT Master Driver 6SE70系列逆变器及共用直流母线供诙系列变频器DC-AC型, 主要控制方式有:一般频率控制、矢量控制和伺服控制于辊道电动机频繁起动、制动的特点, 选用矢量控制方式。它具有磁通定向控制功能电方式, 动态品质在一定的范围内达到了直流电动机的标准。在1:10的调速范围内不需要速度实际值的反馈, 并且与电动机的温升无关, 能实现高精度的速度和转矩控制, 完全可以满足生产工艺的要求。

工作辊道的传动方式为1台电动机拖动1个辊道。本系统中有2台逆变频分别拖动10个辊道, 1台逆变器拖动5个辊道, 其余20个辊道为1台逆变器拖动1个辊道。为实现良好的起动、制动的效果, 并从系统的经济性考虑, 按电动机容量的1.4-1.5倍选取逆变器的容量。

在电动机减速时, 电动机的动能转化为电能, 回馈到逆变器。若减速时间较短, 制动能量却很大, 可能造成逆变器的直流母线过电压, 不但影响电动机的制动效果, 还可能造成系统故障而影响生产。为满足制动要求, 在选用外加制动单元及外接制动电阻时, 制动能量通常根据电动机容量的1/3选取。同时, 针对多台逆变器中有的处于制动状态、有的处于电动状态, 电动状态的逆变器会吸收回馈到直流母线上的多余能量, 所以, 选取170k W的制动单元, 约为总电动机容量的26%, 以满足制动要求。针对制动单元的特点选取外接制动电阻为2.35Ω, 最大容量1.5×170k W。工作辊道在运行中频繁起动、制动, 在回馈到母线上的制动能量使母线电压升高到设定值时, 制动单元马上自动投入运行, 把多余能量消耗到外接电阻上, 使回馈的电能转化为热能, 使母线上太高的电压降低。

2.2 系统控制要求

SIMOVER Driver Vector Control矢量控制逆变器共有七种控制操作与监测方式, 为提高工作辊道变频系统的动态品质, 控制系统应用了自整角机控制器和相敏桥, 实现模拟量给定方式, 以实现无级调速给定功能, 取代以太网网上给定的控制方式。它利用逆变器的一个模拟量输入通道作为调速指令, 实施对工作辊道的速度控制;逆变器的两个模拟量输出通道用于显示辊道电动机的转速值和电流值。外围联锁控制电路, 应用PLC进行逻辑控制, 通过PLC的数字量输入、输出控制逆变器的预充电电路以及合闸、准备、就绪、使能、运行、故障等状态。

参考文献

[1]李长江.Ф340mm无缝钢管机组单辊传动定径机电气传动系统[J].冶金自动化, 2006.

交流电机变频调速传动 篇6

1 轧钢主机的分类

随着我国工业的不断发展, 人们对轧钢的要求也越来越高。在不断提高要求的过程中, 轧钢设备在传统基础上发生了重大变化。目前, 我国的轧钢设备越来越趋向于大型化、自动化、高速化和连续化。加之网络科技在轧钢技术中的应用, 我国的轧钢技术也在不断地更新改变。就目前的情况而言, 用于轧钢生产的轧钢主机主要包括三类:低速可逆类、中高速不可逆类和中高速可逆型。

(1) 低速可逆类。低速可逆类型的轧钢主机在实践生产中具有比较广泛的应用基础。此类型的轧钢主机主要包括三个重要类型, 分别是开坯初轧机、板坯初轧机和中厚板轧机。此类型的轧钢主机在运行过程中有个特点, 即必须要结合钢材的实际情况来进行控制。此外, 在轧钢主机的生产过程中, 一方面要保证轧钢主机的运行范围, 另一方面还要时时对轧钢的运动形态进行观察。总体而言, 低速可逆类型的轧钢主机在生产过程中的控制追求实效化。

(2) 中高速不可逆类。中高速不可逆类型的轧钢主机也是轧钢主机中的重要主体。此类轧钢主机也具有三个重要类型, 分别是带钢热逆轧机、热冷两扎和冷逆轧机。此类型的轧钢主机最大的优势就是自动化程度较高, 主要是因为该类型的轧钢主机在运行过程中, 自身能够积极响应主机系统发出的命令, 从而对轧钢精度做到严格控制。此外, 此类型的轧钢主机拥有的调速范围较广。总体而言, 中高速不可逆类型的轧钢主机在实践生产中具有更大的优势地位。

(3) 中高速可逆型。中高速可逆性轧钢主机在轧钢的实践生产中发挥着重要作用。此类型的轧钢主体主要包括单组架可逆冷轧类型。实际运行中, 此类型的轧钢主机拥有更高的自动化能力, 不仅具备非常大的调速范围, 而且可以在第一时间内响应主体系统发生的号令。从综合效益而言, 中高速可逆性的轧钢主机具备更高的应用价值。

2 轧钢主机的传动方案

轧钢主机的运行需要必需的传动, 而传统的传动方案已经远远不能满足目前轧钢主机的传动。随着科学技术的进步, 轧钢主机的传动方案不断进行了调整。就目前的调整情况来看, 主要运行的方案有两种:“交—交”变频方案和“交—直—交”三电平PWM变频方案。

(1) “交—交”变频方案.该方案采用低速大功率电机来驱动低速轧机。此变频方案在运行的时候, 必须要有同步机配合使用。当然, 在条件允许的情况下, 配合异步机使用也可以。此种变频方案针对的主要是直接变频的可控硅并联交流结构。为了推动整个运行活动的进行, 电机需要使用无环流的接入方式, 利用设备的内在结构, 实现对交流电压的控制。在运行过程中, 只需要配置相应的无功补偿措施, 便可以保证轧钢主机的正常运行。从运行实际情况来看, “交—交”变频方案的显著优势就是设备运行较快、控制范围较广, 而且能够利用一定的操作对设备运行速度进行控制。但是, 此种变频方案也存在三方面的缺陷:首先, 对无功补偿装置和滤波装置的要求较高;其次, 对电缆工程的要求也有相应的提高, 一定程度上增加了运行的成本;最后, 此种变频方案的用地面积较大。

(2) “交—直—交”三电平PWM变频方案.“交—直—交”三电平PWM变频方案是重要的轧钢主机传动方案。在这个方案中, 运行的核心之处在于, 当关断电力电子器件的时候, 整流器和逆变器的结构构成具有一致性, 其形成的主回路结构比较简单。在三电平PWM变频方案的实际使用过程中, 使用规格一般都是按照元件的具体使用情况进行确定。在条件允许的情况下, PWM的载波频率可由操作人员进行适当降低, 以此达到降低整个开关损耗的目的。此种变频方案的突出优势在于可以不受谐波的影响。之所以有此优势, 主要原因是“交—直—交”三电平PWM变频方案所使用的是高阻抗输入的变压器。这种变压器的好处就是能够将无功控制的使用功率因素控制到1左右。此外, 在此种方案中的容量配置中, 由GTO或GCT原件作为4MW以上电机采用的超大功率基础。此种方案虽然具有很大优势, 但是其自身的结构比较复杂, 设备的维修和更换都存在着巨大难度。所以, 此方案在国内的实际生产中应用非常少。

3 变频传动系统的控制技术

在轧钢生产中, 变频传动系统发挥着非常重要的作用。而在变频调控传动技术运行的整体过程中, 对整个系统进行科学有效的控制, 会对轧钢主机的实际运行情况产生直接影响。而变频调控传动技术主要包括三个方面:矢量控制、直接力矩控制和改善系统特性控制技术。

(1) 矢量控制。矢量控制是最为常用的变频调控传动技术之一。在变频调度交流电机的使用过程中, 进行操作调度的人员必须严格按照《使用说明》来进行独立控制的操作。只有这样, 才能保证将矢量控制的优势发挥到最大。矢量控制的基本思想是通过交流电机的数学模型, 构造和求解变量与参数之间的关系, 从而实现对整个设备运行过程中所产生的变量当做矢量来进行控制, 由此完成整个力矩的控制。在矢量控制进行输出后, 需要将电流控制调整为闭环模式, 这样才能保证设备的正常化运转。另外, 在进行对整个速度闭环的控制中, 必须要由操作人员利用磁通进行控制。就目前的变频传动系统控制而言, 矢量控制被广泛应用的主要原因在于, 其具有运行方便、操作简单的突出特点。

(2) 直接力矩控制。直接力矩控制是目前一种比较新的变频控制方式。这种控制方式具有控制的目的的根源主要在于, 它对定子的空间坐标系中分析出了电动机的数字模型, 对定子磁链的辅值及其矢量相对于转子磁链的夹角进行了直接控制。在实际应用中发现, 传统的操作控制方式已经满足不了轧钢主机的运行需要。而这种直接力矩控制通过自身两点式的控制, 可以有效将转矩波动控制在一定范围内。简单而言, 直接力矩控制一方面可以保证轧钢主机的运行质量, 另一方面又可以实现经济效益。轧钢生产是由钢铁企业来进行。所以, 为了降低企业成本投入, 提高企业的经济效益, 往往需要在各个生产环节牢牢控制产出。直接力矩控制的变频控制方式能够帮助企业实现经济效益, 所以在目前的控制技术中广受欢迎。

(3) 改善系统特性控制技术。改善系统特性技术也是控制技术的重要形式。这种控制技术是质量控制和直接力矩控制的补充和完善。在这种控制技术体系中, 主要是要求操作人员要根据各自的特点和轧钢主机的运行环境进行针对性的调整控制。此种控制技术在两种控制方案中都得到了应用。在“交—交”变频方案中, 主要是利用环流轧钢主机变频调速传动技术来进行改善控制;而在“交—直—交”三电平PWM变频控制方案中, 不仅要进行整流器输入交流电的控制, 还要进行整流器的矢量控制。就综合情况而言, 改善系统特性控制技术由于是对矢量控制和直接力矩控制的补充和完善, 所以其使用的条件限制比较多, 一般都是在上述两种控制技术使用的环境发生改变而不能满足实际需求的时候, 此种控制技术才会派上用场。目前, 虽然此技术只是一种补充和完善, 运行条件也有限制, 但是其作用效果却不容忽视。

4 轧机的变频主电机特点

轧机的变频主电机在整个轧钢生产中具有重要地位, 而其本身也具有非常显著的特点。首先, 在主电机的日常运行中, 针对轧钢主机变频过程的需要, 要利用电机容量中的同步机。这是因为同步机要比异步机小, 在体积和质量方面占据着绝对优势。其次, 在轧机的变频主电机运行的过程中, 同步机的运行是以整体情况进行的, 而同步机的定子由于大部分呈现出分瓣的结构, 刚性相比会有所下降, 所以在运行的时候, 需要工作人员在工作现场安装相应的电阻进行绝缘处理。另外, 需要注意的是, 在同步机的运行过程中, 要避免其与电磁的接触。最后, 当同步机进行变频工作的时候, 必须要考虑两方面的因素:一方面是实际容量问题, 另一方面是实际机械程度与设备的结合。轧机的变频主电机是整个轧钢生产环节中的重要部分, 所以要充分了解其特点, 在其特点的基础上进行变频调整和控制, 才能更好地实现轧钢的安全生产和高效率生产。

5 结束语

轧钢生产对我国工业的发展和社会经济发展具有重要意义。而在轧钢生产过程中, 利用变频调控传动技术, 一方面可以实现生产的安全性, 另一方面能够保证生产的效率性。所以, 为了建设更高效率的轧钢生产工程, 必须要对变频调控传动技术进行深入分析, 在了解其原理和特点的基础上, 进行改进和完善, 这对轧钢生产而言具有重要价值。

摘要：钢铁是现代化社会生产生活的必备品。因为作用需求不同, 使用过程中需要对钢坯进行压力加工, 使其能够达到不同功用的要求, 而这个压力加工的过程即轧钢。轧钢是钢铁生产体系中的一个重要环节。在轧钢生产中, 技术的先进与否决定了轧钢生产的质量和效率。而在目前的轧钢生产中, 普遍使用变频调速传动技术。本文主要探讨现代轧钢生产中变频调速传动技术的应用。

关键词：轧钢生产,变频调速,传动技术

参考文献

[1]刘廷安.带回馈多传动变频调速技术在矿用电动挖掘机上的推广应用[J].矿业装备, 2012, (2) :100-102.

[2]李永生, 毛伟.交流变频传动技术在轧钢生产线中的应用及发展趋势[A].中国金属学会.2014年全国轧钢生产技术会议文集 (下) [C].北京:中国金属学会, 2014.

[3]彭涛.变频调速技术在PETG生产中的应用[J].科技创新与应用, 2013, (18) :48.

变频传动装置外部控制器的研发 篇7

在钢铁行业中,变频传动技术应用广泛。当前,高性能变频传动装置多采用矢量控制方式,其特点是结构完善、性能优越、技术先进。但是,迄今为止其核心装置都是由少数国外厂商供货,国内冶金用高性能大中功率变频产品开发与制造却近乎于零。因此,有必要系统地研究变频传动装置。

变频传动系统硬件结构如图1所示,主要介绍外部控制器(OPS)。

1 功能需求

为满足钢铁行业使用现场对变频器操作方式、控制方法等方面的特殊要求,OPS在具体设计中需遵循:OPS既可以固定于控制柜上使用,又可以手持使用;OPS使用点阵式液晶屏显示字符即可,无需图形显示功能;OPS的配置作用定位于调试及维护工具,软件功能应尽可能全。

OPS基本功能如图2所示。由于OPS的主要服务对象是用户操作人员及工程调试人员,因此OPS软件设计的基本原则是功能强大、操作简单、美观实用。

2 硬件设计

OPS的硬件主要由控制器、液晶屏、薄膜键盘等构成,结构如图3所示。

控制器CPU采用MICROCHIP公司的dsPIC30F6014,其程序内存为144K字节,可以满足OPS设备的程序容量。SRAM容量为8K字节,为了防止SRAM容量不足,扩展了128K字节的SRAM,另扩展了1Mbit的FRAM用于保存和记录数据。

液晶屏采用郎睿公司的LR035AR/F系列产品,拥有-70～+20℃宽工作温度范围,符合工业恶劣条件所需;其内预置16*16宋体字库,提供SDK开发包,可以应用C、C++编程;可选用RS-485串行接口,用于数据的传输。键盘部分采用思尔德公司定制的薄膜键盘,外形轻巧,按键触感极好。

设计完成的OPS操作面板主要包括液晶显示屏、状态指示灯、控制键盘三部分,如图4所示。

3 软件功能设计

3.1 系统参数维护模式

在此工作模式下,可配合操作面板对变频器相关参数进行读取、修改、设定等操作,包括参数分类、参数的修改、参数的读取及显示、设置参数密码保护及操作权限、参数的上下限设置及保存多组成套参数等。

参数编号规则:参数编号由5位字符组成,第一位是字母,不同的字母代表不同的参数组别,如A代表控制相关设置,B代表电机参数,C代表运行参数等;第二位也是字母,代表此参数是只读还是可写,如P代表可写,R代表只读;后三位为数字,代表参数序号。

参数维护模式界面如图5所示。

3.2 设备运行模式

在此工作模式下,可对变频器的工作状态进行控制操作,具体控制命令包括电机的启动、电机的停止、电机点动运行、励磁的投入/切断、电机正反转切换、速度指令变更、运行方式选择、紧急制动及复位等。

3.3 状态监控模式

在此工作模式下,可以通过设定对变频器的部分状态变量、内部数据进行跟踪显示,并可显示故障状态和故障内容等信息。

3.4 参数辨识模式

在此工作模式下,可以进行电机数据计算、电机参数静态辨识、电机参数动态辨识、PI参数自整定等。

3.5 其它功能

除以上具体工作模式外,OPS还具有账号登陆、密码及权限设置、通信设置、显示版本信息等功能。

另外,为保证OPS与变频装置主控制器之间的通信,采用了RS-485通信方式。通信采用统一格式,只是在传输数据部分有所差别。通信共分为5种情况,分别是上线过程、读参数、写参数、故障上报及当前状态检测。通信协议帧基本格式如图6所示,命令码列表如表1所示,其中校验码值=(命令码+数据内容)⊕0FFh+1。

4 结语

该外部控制器应用于实验样机上,其控制精度高、响应时间短,满足了工艺现场的控制需要,极大地丰富了变频传动装置的控制方式。对于仅需要修改几个参数的场合,使用外部控制器维护参数,方便快捷、简单实用,省去了现场调试必须应用PC机调试软件的繁琐,极大地方便了现场人员,具有良好的实际效果和应用前景。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1999

[2]阮毅,陈维均.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2006

[3]亿恒科技公司.亿恒科技(西门子)单片机应用指南[M].2000

交流电机变频调速传动 篇8

冶金轧制工程建设, 如高速线材、棒材、中厚板、中厚板轧机前后的辊道、冷轧带钢、热轧带钢、型材热轧、钢轨热轧、无缝热轧钢管等生产线的轧机传动都是使用的直流电动机驱动, 其电动机功率大到几千千瓦, 小到几十千瓦。直流电动机的速度调节、电流调节和控制系统都离不开调试、试验、参数整定和试车。经过多年和多个工程的建设, 直流电动机调速调试试车已基本形成了一套可行地调试方法和步骤, 本文就是对直流传动调速系统的调试技术进行研讨。

直流电动机调速系统发展了三代, 电子技术发展后, 形成了第一代自动控制 (调节) 系统, 这个系统是由一块一块插件板构成系统, 插件板中的电子元器件基本都是分立的, 这些分立元件在生产后就存在参数离散性较大, 系统抗干能力扰较弱, 系统运行稳定性较差。为了解决分立元件存在的缺陷, 80年代中期成了第二代, 即大板结构, 将一些元器件集成在两大块板上, 这样就提高了电子元器件抗干扰能力, 从而提高了控制 (调节) 系统稳定性。但是, 用唯物辩证法去看, 用分立元器件组成的控制 (调节) 系统, 在调试、检查和措施整定, 能学以致用, 从而可提高电气调试工程师讲师水平, 在实际的应用中能够起到保证人身和设备安全。随着微电子科技研发和发展, 到了90年代, 直流传动调速系统发展成第三代, 控制 (调节) 系统中应用了微处理器和应用软件, 这是直流电动机传动控制系统技术革命。但是, 还是要进行试验和参数整定等特殊工作。无论是第一代还是第三代直流调速控制系统的调试都离不开本文所提及的调试试车的步骤和方法[1,2,3]。

1 系统原理框图简介

系统框图如图1所示。

轧机采用直流电动机驱动, 用于轧制生产线上, 其优势是轧制速度调节性能快, 从而达到稳定速度生产, 保证产品质量, 即使轧机接受到钢的热度不一时, 轧机在直流电动机控制系统自动调节下, 迅速进行速度、电流调节, 其轧制运行速度和功率得到快速调节, 保证了生产产量和品种质量。

直流电动机传动系统由三大部分组成。

1.1 主回路

包括交流主电源、双并联晶闸管整流桥、直流供电回路。

1.2 电流速度调节系统

速度、电流调节、脉冲发生和脉冲放大环节、主回路过电流和超速保护环节、励磁电流调节和保护环节。

1.3 保护系统

继电保护装置、过电流机械保护装置 (快速开关) 、介质情况等。

2 调试方法及其操作

调试分为静态和动态。

2.1 静态调试方法及其操作

(1) 熟悉设计 (包括工厂和设备设计图纸) 和设计意图, 了解生产工艺;

(2) 编制调试、试验方案;

(3) 准备调试试验仪器仪表;

(4) 按设计技术要求和施工规程规范检查和校对设备安装情况和系统主回路、一二次线路、各元器件;

(5) 检查直流电动机物理中心线, 其目的是防止电动机旋转换向器还火, 而损坏换向器;

(6) 搭设调试试验台, 检查仪器仪表准确度, 试验线路搭接;

(7) 上述第 (1) 项~第 (6) 项工作完成后, 分系统给受电部位一步步上电 (不要送出) , 检查各受电部位的电压值, 并做好记录。每完成一步的检查工作必须切断电源, 保证人身安全, 此项正确无误工作完成后, 便可按设计技术要求分系统进行正常受送电和调试试验;

(8) 交流电源主回路在各种检查工作完成, 确认正确后方可上电, 并设置好安全警示标识, 保证人身和设备安全;

(9) 操作、调节和继电系统上电, 按调试方案开始一步步进行静态检查、调试、实验;

(10) 控制系统的保护环节要首先调整好, 如过电流保护、截止电流整定, 过电压保护、失磁和欠磁保护等各种保护。

2.2 电流和速度调节系统调试

直流电动机调节系统有三环:电流环、电压环、速度环, 在此只讨论电流环和速度环。控制系统的静态调试是为了打通各个调节环节和电子保护的各种信号通路, 也就是为动态调试作可靠的准备工作。

2.2.1 电流环调试准备:将电动机转子堵转 (不让其转动) , 励磁电流不送入电动机;

2.2.2 电流环调试:将电流反馈回路断开, 电流调节器的比例积分环节换接成线性比例环节, 即输入与输出信号按线性比例控制, 按设计要求和电动机电流参数设置整流电流的截止值和保护值, 并调整整流回路保护装置快速 (机械) 开关;

2.2.3 电流闭环:在第2.2.2项工作完成后, 将电流比例环节换回比例积分调节, 电流反馈信号加入调节器, 在调节器的输入端突加信号, 在调节器反馈端用示波器观察反馈信号的波形;

2.2.4 第2. 2.2项工作完成后拆除转子的固定装置, 使转子成自由状态;

2.2.5 速度环调试:将速度环比例积分 (PI) 器的比例积分环节接成输入与输出的信号按1:1线性控制, 速度反馈信号断开, 在输入端施加给定信号 (由0 V上升至满给定值10 V) , 用示波器观察触发脉冲移项角α和逆变角β, 并将α和β设置完成;

2.2.6 电动机失励磁保护调整;

2.2.7 在完成第2.2.4项调试试验设置完成后, 将全部电源送上, 在速度调节器的输入端缓慢施加速度 (+) 给定信号, 使电动机 (空载) 由低速旋转至额定速度, 同时在低速试运转时检查速度反馈信号大小和极性, 并检查系统有无异常现象, 再在速度调节器的输入端施加速度-给定信号, 使电动机由低速至额定速度反转;

2.2.8 第2. 2.5项调试工作完成后, 将速度反馈信号接入调节器;

2.2.9 速度闭环:将比例积分调节器接成比例积分调节环, 在速度给定输入端施加阶跃按10%、30%、50%、100%给定信号, 用示波器观察电动机速度响应的过渡过程;

2.2.1 0 电动机带轻负载 (机械) 精调试。

2.3 调试实验方法 (案例)

(1) 整流角α和逆变角β设定 (定相) 试验简图见图2。

(2) 脉冲序列检查调试试验简图见图3。

(3) 电流环调试试验简图见图4。

电流调节动态响应特性曲“0”是电流信号给定, “3”是电流反馈信号。

(4) 速度环调试试验简图。

如图5, 速度调节动态响应特性曲线中的0……阶跃给定信号;1……R1值过大, C1值过小;2……R1值过小, C1值过大;3……R1值和C1值最佳。

(5) 电动机速度动态精调试

电流和速度调节系统是采用成熟了的可控硅可逆调速控制系统, 它们都有一套相同的比例积分调节器。如图6所示。

动态精度调试系统:包括调节系统, 控制系统。在空中板面突加满速度给定信号 (10 V) , 并用视波器打印出速度反馈信号与速度给定信号的响应临摹曲线图7, 比较速度响应时间的快慢, 是否满足工艺运行要求。

静态参数已选好, 由于电子元器件的参数分散性较大, 因此, 速度比例积分调节器的比例电阻R1和比例积分电容C1要根据多次试验才能确定这两个元件的合适参数, 这也就是动态调试。

3 调节系统原理分析

由于速度比例记分调节器是一阶惯性环节, 不可能有在突加速度给定信号时, 电动机的转速在0+时刻上升到额定速度或超速的特性, 而是非要在一段时间内电动机转速才能建立起来。

速度比例记分调节器在静态时, 比例记分电容C1积分回路相当于开路状态 (相当于频率特性上ω=0) 。放大器的放大倍数Kp≈R1′/R0, 这时PI的放大倍数很大, 近似开环状态, 使静差减少到几乎等于零。这时对启动有好处, 但调节器的随动特性不佳, 在动态时, 电容器C1相当于短路 (相当于频率特性ω=∞) , 这时侯放大器的放大倍数Kp≈R1′/R0, 放大倍数大大降低, 这时对调节器的随动性有益。

在具体调试时, 关心的是R1和C1这两个元件参数的配合。用示波器观察电动机在突加速度给定信号情况下的速度反馈信号波形, 即电动机的速度特性。速度调节器R1的数值过大, C1的数值过小, 电动机的启动时间就长, 反之则电动机启动过程振荡的厉害, 对机械不利。前面提到过, 计算的理论值只是R1C1是理想值, 由于电子元器件参数分散性较大。因此, 只有通过反复的调试试验才能得到或选出R1C1实际最佳值, 即电动机启动和运行状态才能最佳。

3.1 电动机速度调节基本原理如下:

直流传动整流装置和调节系统是世界上比较先进的可控硅整流装置和调节系统, 见系统框图图1。

这套整流装置的控制、调节、保护系统各有一个Z80CPU微处理机, 它们各负其责, 并相互通迅, Z80CPU程序是可调试和设定的, 试运行后便存入RAM固化。

3.2 试运行速度特性曲线 (临摹)

通过多次精调试和热负荷试运行, 调试的结果满足生产要求。

4 结束语

本文是通过多个工程建设的电气调试经验而总结, 阐述了直流传动系统控制系统, 及其自动化从理论到实践的一个转化, 把书本理论运用到实际工作中。工厂电气系统无处不存在电气理论中所说的电容、电感、电阻三大参数, 这些参数是无法测得的, 系统设计参数只是理论数据, 是未考虑系统电气元器件参数分散性, 也是无法考虑的。因此, 这些设计的参数是不能直接设置到系统中的, 要靠调试试验和试车来设定适合本系统的参数。实践证明运用该文所述的方法和步骤, 既可以节省调试工期, 又能够做到设备和人身安全。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]刘星平.电力电子技术及电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 1999.

交流电机变频调速传动 篇9

1宏观分析

齿轮齿牙损坏情况见图2、图3、图4,在25个齿牙中就有12个齿牙崩角脱落,其余未崩者也有明显可见的裂纹。仔细观察齿面,靠近崩角部位都有一三角形偏磨带,见图4中的A部。

从碎裂部位和偏磨带的情况表明,该齿轮在运转过程中接触不良而引起局部过载,是导致齿轮损坏的重要原因之一。

用扫描电镜观察:

崩角部位的形貌见图5,崩角部位属脆性破坏,在齿顶和螺旋面上均有明显可见的裂纹。裂而未崩的齿牙形貌见图6,齿顶和端面上均可见到裂纹。

2金相分析

用光学显微镜观察,在靠近齿角部位的齿面也存在崩落现象,氮化层深度为0.12mm～0.15mm,见图7,裂纹在向沿铁素体带扩展,见图8,齿轮部位也存在裂纹,见图9,心部组织为索氏体十较多条状铁素体,见图10。

3硬度测试

硬度梯度测试采用NMT-3型显微硬度计算,负荷选用0.49牛顿,测试结果见图11及表1。

表面硬度测试采用HVA-10A型小负荷维氏硬度计,负荷选49牛顿,表面硬度HV986,脆性1级,心部硬度HV232。

硬度测试及金相分析结果都表明,氮化层浅及心部硬度低,不利于承受较大负荷。

4分析与结论

1、齿轮在运行过程中接触不良,使得局部应力过大,超过了材料的强度极限。

2、氮化层浅,图纸虽规定氮化层深度为0.25mm～0.35mm,而本例齿轮实测仅为0.12mm0.15mm;且心部硬度低,存在较多的铁素体,使得承载能力差,在承受较大负荷的情况下,薄氮化层就易崩落。

3、齿角未倒圆,也是造成过载的原因之一。

5改进建议

1、提高齿轮加工精度,提高组装质量,以确保齿面在运转过程中均匀接触。

2、提高氮化层质量，氮化层深度在图纸规定范围内。

3、改善心部组织,减少铁素体量,使之<1%,以提高心部承载能力。

4、对齿角的锐利尖棱最好倒成圆角。

6验证

上述分析结果及改进建议在实验中的得到了证实。

1、通过解剖与该齿轮相匹配的另一只未损坏的齿轮,测其氮化层深度为0.25mm,未出现齿牙碎裂现象,这说明保持一定的氮化层深度很重要。

2、经检查,发生损坏的齿轮其齿牙加工几何精度确实不符合要求。

3、就在齿轮发生损坏期间,氮化层质量确实不稳定,连续几炉氮化层浅,仅有0.10mm～0.15mm。