用變頻器對屢損電機的問題攻關

葛興巖

摘? ?要：移動平臺車是生產過程中常用的短途運輸工具，普遍采用全壓啟動、可逆控制方式驅動電機運行。該控制方式存在電器元件易損，頻繁啟、停造成電機過流發(fā)熱而加速絕緣老化，機械傳動慣性沖擊損壞的缺點。利用變頻器先進的技術優(yōu)勢對傳統(tǒng)控制方式進行改造，通過實際使用證明完全可以取代使用星角降壓啟動、自耦降壓啟動以及需要調速的各種設備。

關鍵詞：渣翻車? 電磁制動電機? 參數(shù)設置? 多段速

中圖分類號：TM921? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0093-03

2012年北營煉鐵上馬320t混鐵車（魚雷罐）項目，正式運行后出現(xiàn)渣翻車電機頻繁損壞的現(xiàn)象。一個月內燒損電機10余臺、次，甚至3天壞1臺。為保證生產正常運行，維修人員在生產間隙對機械和電氣線路反復排查，沒有找到電機損壞的故障原因。經作業(yè)區(qū)上報到公司后，聯(lián)系設備生產制造單位到現(xiàn)場對設備整體檢查也沒有找到具體原因。為確保生產順行和避免更大的經濟損失，公司決定抽調技術骨干成立攻關小組，組織對渣翻車屢損電機的問題進行技術攻關。

1? 渣翻車電機頻繁損壞原因的查找分析

設備的工作流程如下：魚雷罐倒完鐵水以后，內部殘留煉鐵后產生的物料需要定期排出，由在地下坑道運行的渣翻車接收物料。渣翻車接渣后，沿總長23m的軌道運行到出料口用吊車吊運處理。該渣翻車由寬2.358m、長5.19m的平臺車和渣罐固件構成，平臺車自重25t，載重63t以上，由電磁制動電機驅動減速機運行，電氣部分是典型的全壓直接啟動可逆控制方式。電機工作原理如網上下載的圖1所示，電機參數(shù)如表1所示。

電磁制動電機的直流圓盤制動器YB安裝在電機非軸伸出端的端蓋上，當電機接入電源工作時YB也同時通入直流電工作，YB電源由電機接線盒內的整流器（輸入交流電壓380V，輸出直流電壓170V）供給，由于電磁力的作用，電磁鐵吸引銜鐵移動并壓縮彈簧，制動盤與銜鐵端蓋脫開，電機開始運轉。當切斷電源時，電磁鐵失去磁吸力，彈簧推動銜鐵壓緊制動盤，在磨擦力矩作用下，電機立即停止運轉。

根據(jù)測繪的電氣原理圖如圖2所示：（原理敘述從略）檢查電氣元件及線路正常。

為查找故障重新更換電機后，運行渣翻車35s內走完18m軌道全程，沒有機械卡阻和聲音異常現(xiàn)象。根據(jù)機械部分給定技術數(shù)據(jù)：速比80，每分鐘運行30m，測量渣翻車車輪輪徑為φ840mm，根據(jù)已知條件：

i=80，V=30m/min，d=φ840mm

∵C=πd

∴C=3.14×840mm≈2.64m

∵V=m/s

∴V=18m÷35s≈0.514m/s

n2=18m÷2.64m÷35s×60s≈13.196 r/min

i=n1/n2=970r/min÷13.196r/min≈73.5 r/min

i=73.5<80

C-圓周長;V-線速度;i-總速比;r/min-轉速;n1-電動機轉速;n2-減速機輸出轉速。

通過上述計算證明渣翻車實際運行速度比技術給定速度快8%，機械部分基本滿足設備的運行要求。

攻關小組仔細觀察崗位人員正常生產情況，發(fā)現(xiàn)魚雷罐傾翻出渣時操作人員頻繁點動SB3和SB5按鈕，接渣的渣罐車前后劇烈串動，監(jiān)視電機工作電流的量程300A的電流表指針在超出量程極限位置大幅波動。

正常電機的啟動電流應為額定電流的4～7倍，現(xiàn)場實際情況嚴重超出正常啟動電流，而為了不影響正常的接渣生產，熱繼電器的保護觸點已經人為短接。另外，渣翻車的平臺車構件自重25t，渣罐自重22t，再加上15t左右的物料，電機每次都需驅動近60t以上的負荷。

經詢問操作人員得知，渣翻車在接渣口位置反復移動對位來防止濺渣。而正反向頻繁點動使電機處于交替全壓直接啟動和制動狀態(tài)，過大電流使電機絕緣迅速老化直至燒損，是電磁制動電機損壞的根本原因。

2? 采用變頻器對設備進行改造的原理與實施

2.1 采用變頻器對設備進行改造的原理

既然操作人員需要不斷在接渣口位置移動渣翻車對位，就是在實際生產時需要的操作工藝要求，也說明原來的裝備設計已經不符合生產現(xiàn)場的需求。在盡可能少變更現(xiàn)場設備的情況下，如何解決損壞電機的問題而又能滿足操作工藝要求，正是攻關小組面臨且必須解決的問題。由于電磁制動電動機工作在S1（連續(xù)工作制）下，通用變頻器的軟啟動特性和調速功能，完全能滿足其工作要求。

經主管部門調撥一臺日本富士FRENIC5000G系列FRN15G11S-4CX通用變頻器 。其主要技術數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)變頻器使用原理，首先按預計使用要求設計繪制改造后的控制電路原理圖如圖3所示。

簡述工作原理如下：主回路QF和控制回路QF1合閘，SB旋轉復位。按下SB2接觸器KM吸合，KM輔助觸點KM-1吸合自保，變頻器上電，同時KM輔助觸點KM-2接通，電源指示燈HL點亮、表示變頻器處于待機狀態(tài)。

按下前進點動按鈕SB4，變頻器X7端子與變頻器接點輸入信號的公共端子CM形成回路，變頻器以10Hz的低速驅動電機正向運行，同時變頻器內繼電器觸點Y5A和Y5C閉合吸合HL1點亮，表示變頻器處于運行狀態(tài)。松開SB4，電機停止運行。按下后退點動按鈕SB5，X8端子與CM形成回路，變頻器以10Hz的低速驅動電機反向運行，同時變頻器運行指示燈HL1點亮，松開SB5，電機停止運行。

SB4和SB5在電路中完成的就是點動運行的作用，SB6為故障復位按鈕，起到和變頻器控制面板一樣的復位作用。自鎖式主令開關SB3共分3檔，低速擋（I擋20Hz）、中速檔（II檔35Hz）與高速檔（III檔50Hz），變頻器正轉端子FWD和反轉端子REV與變頻器接點輸入信號的公共端子CM形成回路時為I擋，F(xiàn)WD與增命令端子X1和REV與減命令端子X2與CM形成回路時為II擋， FWD與X1和REV與X2加上多段速頻率選擇端子X3與CM形成回路時為III擋。

2.2 采用變頻器對設備進行改造的實施

按照變頻器使用手冊的要求安裝好變頻器，首先拆掉電磁制動電機內的制動器的直流供電模塊并鎖緊制動器的手動釋放機構，使電機處于自由旋轉狀態(tài)。將電機電源線接到主接觸器KM下端;拆除KM1和KM2的主線和線圈連接線;拆除原3號線和SB3、SB4、SB5的連接線;將SB3更換成多檔位主令開關;按設計原理圖對變頻器控制回路接線;經復檢合格后，硬件安裝工作結束。

因為變頻器本身既有強電又有弱電，由硬件和軟件組成，只有設置合適的參數(shù)才能讓變頻器發(fā)揮應有的作用。利用變頻器無級調速特性在需要渣翻車對位時實現(xiàn)低頻點動運行，渣翻車在軌道中段運行時選擇多段速運行。

經上述改造試車運轉正常、各項指標合格，圓滿完成公司交予的任務。從查找故障到改造設備的整個過程中深深體會到各工種技術人員相互協(xié)調、配合的重要性，如果有軟件方面的技術人員，在設備上安裝個小型PLC（可編程邏輯控制器）控制變頻器的運行，本次設備改造將更加完美。

3? 結語

變頻器是電氣傳動控制系統(tǒng)重要的組成部分，是電力電子技術、微電子技術和現(xiàn)代控制理論在交流變頻調速領域的綜合應用。隨著變頻器的普及和性價比的提高，如果你工作的范圍有傳統(tǒng)的星角降壓啟動、自耦降壓啟動以及需要調速的電路、并且故障頻發(fā)，完全可以用變頻器取代。

各品牌變頻器在企事業(yè)單位的應用日益廣泛，需要技術人員充分了解其在設備使用上的特點和運行狀態(tài)，不但要使用和維護好，更要善于利用它對存在的老舊設備進行合理的改造和升級，讓設備保持完好、保證生產順行是提高經濟效益的保障，也是廣大維修技術人員的追求。

致謝：本文是在本鋼工學院孟紹峰老師悉心指導下完成的。值此，向孟老師表示誠摯謝意！此次設備改造得到設備主管史守峰同志大力支持和幫助，一并表示衷心的感謝。

參考文獻

[1] 張燕賓.常用變頻器功能手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 富士FRENIC5000G11S/P11S變頻器操作說明書[Z].