焙燒多功能天車夾具提升系統(tǒng)的變頻器改造

趙偉華

【摘 要】變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。針對(duì)天車夾具系統(tǒng)電氣控制技術(shù)落后的問題，通過采用變頻技術(shù)對(duì)陽極焙燒多功能天車夾具提升系統(tǒng)的改進(jìn)，介紹了變頻器在夾具提升系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān) 鍵 詞】多功能天車 夾具 變頻器 節(jié)能

【中圖分類號(hào)】 E968【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0266-01

1 引言

陽極焙燒多功能天車是陽極焙燒爐的專用操作設(shè)備。它的夾具提升系統(tǒng)用于將已經(jīng)編組好的生塊陽極從生塊輸送鏈填入焙燒爐室，以及將已經(jīng)焙燒好的熟塊陽極從焙燒爐中夾取出放在熟塊輸送鏈上。

夾具提升系統(tǒng)傳統(tǒng)的調(diào)速方法是：采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，通過集電環(huán)和碳刷在轉(zhuǎn)子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉(zhuǎn)速。但存在以下缺點(diǎn)：

（1）串聯(lián)電阻調(diào)速，其調(diào)速變化呈跳躍狀，使得減速機(jī)齒輪、平衡輪、繩輪、夾具與導(dǎo)軌之間，在加減速運(yùn)行階段均受到?jīng)_擊力的作用，設(shè)備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導(dǎo)致維修量大，檢修費(fèi)用增加。

（2）串聯(lián)電阻調(diào)速范圍小，使得夾具速度呈突變，減速后停車時(shí)仍有較高轉(zhuǎn)速，對(duì)制動(dòng)器和限位開關(guān)的調(diào)整精度要求高，且容易發(fā)生越位而影響生產(chǎn)。

（3）串聯(lián)電阻調(diào)速，使得夾具起動(dòng)及減速時(shí)，大部分電能消耗在電阻器上；當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電壓下降時(shí)，力矩下降，轉(zhuǎn)差率增大，嚴(yán)重時(shí)，夾具無法啟動(dòng)，易于產(chǎn)生事故。

（4）能耗高，低速機(jī)械特性軟。因?yàn)檗D(zhuǎn)速的降低是通過轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來實(shí)現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經(jīng)濟(jì)，電網(wǎng)電壓的高低對(duì)速度影響很大。

而變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、精度高、響應(yīng)速度快、靈活性高等特點(diǎn)，具有明顯的節(jié)能效果和完善的保護(hù)功能。

2 現(xiàn)狀

我廠焙燒二車間共有兩臺(tái)陽極焙燒多功能天車，系2000年投產(chǎn)，其夾具提升系統(tǒng)采用的就是轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)。由于焙燒車間高導(dǎo)電性粉塵石墨粉濃度較高，調(diào)速電阻頻發(fā)短路故障；且采用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，接觸器頻繁粘連燒損，經(jīng)常更換，使得天車故障率高，嚴(yán)重影響陽極焙燒的正常生產(chǎn)。

為了保障天車的平穩(wěn)運(yùn)行，適應(yīng)當(dāng)代電氣控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，對(duì)夾具提升系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。

3 項(xiàng)目準(zhǔn)備

陽極焙燒多功能天車夾具提升系統(tǒng)改造費(fèi)用為10萬元/臺(tái)，改造前由于天車電氣故障率高，每年維修費(fèi)用約為25萬元/臺(tái)；改造后設(shè)備故障率將大大降低，不但提高控制水平，而且減少檢修工作量及備件儲(chǔ)備量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 變頻器的選擇

變頻器容量選擇的前提條件是變頻器的額定電流大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。根據(jù)我廠使用變頻器的情況， 選用了日本三菱的FR- A740。調(diào)試時(shí)，變頻器功能參數(shù)的設(shè)置非常重要，是關(guān)系到變頻器與設(shè)備運(yùn)行工況是否配合恰當(dāng)?shù)闹匾h(huán)節(jié)，需要在使用過程中結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況不斷摸索修正。

用于驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)電機(jī)的變頻器容量的計(jì)算公式如下：（1）

式中cosφ———電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)， 約0.75

η———電動(dòng)機(jī)的效率， 約0.85

K———電流波形的修正系數(shù)， PWM方式取1.05～1.10

PM———負(fù)載所要求的電機(jī)的軸輸出功率， kW

K1———容量補(bǔ)償系數(shù)， 取1.1～1.2

PCN———所需變頻器容量， kV·A

卷揚(yáng)提升電機(jī)37kW， 根據(jù)式（1） 計(jì)算可得變頻器容量為55kV·A。

根據(jù)我廠多功能天車的性能參數(shù)：起重量：2噸；工作級(jí)別：M8；起升高度：6.57m；調(diào)速方式：變頻；制動(dòng)器：YWZ4B-300/50；選擇：電動(dòng)機(jī)：YZP-250M-8C IP55 P=37KW；變頻器：FR-A740-55K；制動(dòng)力矩：630n.m；減速機(jī)：M3PSF50。

5 工作原理

（1）接線方式：如圖所示：參考三菱變頻器接線圖，控制部分接正轉(zhuǎn)啟動(dòng)STF、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)STR、高速RH、中速RM、低速RL、輸出停止MRS、復(fù)位RES和抱閘輸出A1-C1，外接制動(dòng)斬波器和配套制動(dòng)電阻即可滿足生產(chǎn)要求。

（2）工作原理：天車工在聯(lián)動(dòng)臺(tái)發(fā)出信號(hào)，操作手柄打到上升或下降某一個(gè)檔位，通過中間繼電器，將信號(hào)傳輸給PLC，PLC在接收到信號(hào)后，執(zhí)行控制程序，把上升或下降信號(hào)送給變頻器，同時(shí)把檔位速度信息也送給變頻器，變頻器接收指令后開始工作。首先通過整流電路將交流整流為直流，然后再通過控制回路有規(guī)則地控制逆變電路的導(dǎo)通與截止，即令帶有脈寬調(diào)制功能的逆變電路中的6個(gè)晶體管開關(guān)元件有規(guī)則地交替輪流切換導(dǎo)通，則在變頻器輸出端得到交流電壓。通過改變晶體管開關(guān)元件的通斷周期，使得變頻器輸出端交流電壓頻率得以改變，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)加減速時(shí)間可以通過改變變頻器的設(shè)定參數(shù)來調(diào)整。

（3）對(duì)再生制動(dòng)能量的處理有2 種方式： 一種是用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來吸收；另一種是通過在直流側(cè)設(shè)置公共母線的逆變橋使之回饋到電網(wǎng)。我廠主要采用能耗電阻的方式，在制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選擇上考慮到起升機(jī)構(gòu)屬位能性負(fù)載特性，不能使用制造廠商推薦的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的容量，必須增大制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的容量，電阻的阻值決定著制動(dòng)電流，也就決定著制動(dòng)時(shí)間的長短。起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中長時(shí)間的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值， 而是它的功率， 即在設(shè)計(jì)中把制動(dòng)電阻的功率增加一倍，以保證再生制動(dòng)能量的迅速釋放。

6 改造后的效果

從改造后運(yùn)行來看，卷揚(yáng)提升機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，減少負(fù)載的波動(dòng)；操作靈活易掌握。卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩的使用壽命也明顯延長。由于去掉了外接啟動(dòng)電阻和能耗制動(dòng)電阻，因而提高了系統(tǒng)的用電效率，經(jīng)測(cè)算節(jié)電率達(dá)5%以上。

7 結(jié)論

多功能天車夾具提升系統(tǒng)改進(jìn)后，制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠，夾具運(yùn)行平穩(wěn)，故障率大幅降低，維修量也減少了。變頻調(diào)速徹底避免了繞線式異步電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)速度無法準(zhǔn)確控制的缺點(diǎn)，可靠性大為提高。隨著電子元器件性能不斷飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)必將更廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械上，同時(shí)變頻調(diào)速也必將獲得更大的發(fā)展。

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