- 相關推薦
位能負載條件下的變頻調速系統設計
摘要：本文了位能負載的物理特性，控計了提升機械變頻調速系統的設計思想和分析，對變頻設備的合理選用進行了．關鍵詞：提升機 變頻調速 制動
一、概述：
物品提升機械是國民各行業不可缺少的生產設備，在各工礦中大量使用，如工廠的行吊、港口碼頭的塔吊、礦井提升機、高爐卷揚機、民用電梯、軋機升降臺、以及油田抽油機等，都是典型的提升機械。這類設備大多采用繞線式電動機作為主驅動，用于提升或下放重物，具有典型的位能負載特性。
由于啟動及調速成等方面的需要，通常都是在繞線式電動機的轉子回路串接電阻，從而降低電機啟動電流，并實現電動機的分級調整。這種控制方式帶來如下弊端：
1、轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。
2、電阻分級切換，實現有級調速，設備運行不平穩，引起電氣及機械沖擊。
3、再生發電時，機械能回饋電網，造成電網功率因數低。尤其在供電饋線較長的場合，會加大變壓器、供電線路等方面的投資。
4、接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，接觸器的使用壽命，設備維修成本較高。
5、繞線電動機滑環存在的接觸不良，容易引起設備事故。
隨著交流電動機變頻調速器的應用和普及，人們已開始淘汰繞線式電動機轉子回路串電阻調速這一落后的調速方式，采用先進的變頻調速技術取而代之，實現了提升機械的平滑調速和節能運行，并將電網側功率因數提高到0.95以上，同時省去了調速接觸器、正反轉接觸器等軟件，完全解決了傳統提升機械的存在的固有缺陷，使設備性能行到極大提高。
二、位能負載的調速特性
提升機械用于提升或下降位能負載，無論是過平衡或欠平衡配置，必然存在電動和再生發電兩個工作區，其調速特性如圖一和圖二所示。
圖一 轉子回路串電阻的調速特性 圖二 交流變頻調速特性
如圖所示，繞線式電動機轉子回路串接電阻調速時，通過電阻的分級切換和正反轉接觸器切換，實現有級調速和正反轉控制。其中，工作點１和工作點２為電動狀態，工作點３為能耗制動狀態，工作點４為再生發電機狀態。
變頻調速特性為一組平行的曲線，同于變頻器的頻率可以連續可調，因而能夠實現平滑無級調速。圖二中１區為電動區，２區為再生發電區，電能回饋至變頻器的直流側，通過制動組件泄放。
三、變頻器的容量選擇
提升機械采用變頻器進行控制時，可以遷用鼠籠型電動機，對于原使用繞線式電動機的提升機械，可將繞線式電動機的轉子短接，當作籠型電機使用。常用的電動機為ＹＺ系列鼠籠型電動機和ＹＺＲ系列繞線型電動機，這兩個系列的電動機，都是以工作制Ｓ３及負載持續率40%的定額作為基準定額。電動機的額定值選定后，應選擇相應的變頻器容量。
ＹＺ和ＹＺＲ系列電動機的過載力矩一般為2.2-2.8倍，為了充分發揮電動機的負載能力，提高起重設備的安全性能，采用變頻器進行控制后，必須保證變頻器－電動機系統具有2.2-2.8倍的過載能力。由于普通變頻器的過載能力一般為150%一分鐘，瞬態過載力矩只能達到180%－200%，因此必須提高所適配的變頻器容量，以便提高變頻器－電動機系統的瞬時過載能力。
由上述可知，只要把變頻器的容量提高20%左右，即可使變頻器－電動機系統的瞬時過載能力提高到2.0-2.4倍，基本滿足要求。因此，應選擇變頻器額定容量為電動機額定容量的120%以上，即把變頻器的容量提高一個等級。如45KW的電動機，應配置55KW的變頻器，且變頻器應具有較大的過載能力，過載率在150%一分鐘以上。
四、制動組件的合理選用
如圖三所示，再生發電時機械能被轉換成電能，回饋到變頻器直流側的電容器上，其結果將使直流回路的電壓升高，當電壓升高到某一設定值（如750V），制動單元自動控制放電用開關管導通，電能向制動電阻上泄放。制動單元動作后，泄放的能量大于回饋能量，直流回路的電墳開始下降，當它下降到某一設一值（如630V），則制動單元自動控制放電用開關管關閉，停止放電。這一充電與放電過程由變頻器和制動組件自動完成，維持直流回路電壓在一個安全的范圍之內。
由上述可知，選擇制動組件的基本原則是：
1、制動組件的最大瞬時放電能量大于等于最大瞬時回饋能量。
2、制動組件的平均放電能量大于等于平均回饋能量。
通常，制動組件的最大瞬時放電能力由其放電開關管的額定電流所決定，而平均放電能力則取決于制動電阻的額定功率大小。
以工礦常用的行吊為例，說明制動組件的選取。
圖三 變頻系統示意圖
圖四是一個典型的行吊作業速度圖。行吊在某個地點以速度Ｎ１提升重物，平移到另一個地點，然后以速度Ｎ１下放重物，再回到原地繼續作業，如此往復。設工作周期為Ｔ，在下放重物時電動機再生發電，持續時間為Ｔｂ，重物在電動機軸上形成的負載轉矩為Ｍｚ，機械效率為η，則：
最大瞬時回饋能量pm=ηMzN1
制動時間Ｔｂ內的平均回饋能量Ｐｂ＝ηMzN1
周期Ｔ內的平均回饋能量Ｐａ＝ηMzN1Tb/T
按下弄算法選取組件的額定參數：
1、放電開關管額定電流Ibe
Ibe
【位能負載條件下的變頻調速系統設計】相關文章：
變頻空調壓縮機及變頻調速系統的技術現狀12-07
基于DSP感應電機變頻調速控制系統設計03-07
基于PLC的電機調速系統設計12-07
變頻調速技術在礦山中的應用03-18
北京地區供水系統變頻調速應用例分析01-06
探討變頻調速異步電動機的設計要點03-18
單相電機變頻調速技術綜述03-21