我公司生料磨1 600 kW同異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)改造

白建東，張振華，陳作海，劉 華（山東水泥廠有限公司，山東 濟(jì)南 ）

1 存在的問(wèn)題

我公司2號(hào)生料磨機(jī)采用1 600 kW日本YAS?KAWA（安川）同異步電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)于1979年，運(yùn)行接近40年，該電動(dòng)機(jī)本體基于日本安川的技術(shù)，啟動(dòng)電流平穩(wěn)，無(wú)沖擊，運(yùn)行效率較高，經(jīng)過(guò)維護(hù)保養(yǎng)后，至少可以再服役10年。整套電控系統(tǒng)為日本三菱集團(tuán)設(shè)計(jì)生產(chǎn)。鑒于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，該系統(tǒng)控制復(fù)雜，分立元件較多，勵(lì)磁弱電控制部分經(jīng)多次改造，穩(wěn)定性可靠性較差，在正常生產(chǎn)過(guò)程中，該磨機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)電控系統(tǒng)原因的停車(chē)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為：

（1）故障停車(chē)后查找不到具體原因，再次開(kāi)車(chē)正常；

（2）元器件老化，電機(jī)溫度，軸承溫度監(jiān)控不準(zhǔn)確；

（3）柜內(nèi)特殊原件損壞后無(wú)法替換，只能拆除非關(guān)鍵部位替代；

（4）夏季溫度高后，跳停幾率增加。

上述故障均是由于整體電控部分處于元件老化，線路、繼電器觸點(diǎn)、模擬器件等部分處于元件失效期，由于該產(chǎn)品為日本上世紀(jì)70年代產(chǎn)品，元器件替換困難，維修難度越來(lái)越大，對(duì)生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。

2 解決措施

YASKAWA（安川）公司1 600 kW感應(yīng)同步電機(jī)，由于電機(jī)容量較大，重載起動(dòng)，該電機(jī)起動(dòng)方式采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻方式，保證起動(dòng)過(guò)程中都有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流，該電機(jī)起動(dòng)后到合適時(shí)機(jī)，控制轉(zhuǎn)子線圈換向，之后投入勵(lì)磁電流，電機(jī)轉(zhuǎn)換為同步電機(jī)運(yùn)行方式，提高電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)，而且具備了同步電機(jī)帶載能力強(qiáng)、運(yùn)行功率因數(shù)高等特點(diǎn)。

基于上述工作原理及三菱公司原有設(shè)備工作原理，改造如下：

（1）采用KYN28高壓起動(dòng)柜替代原高壓控制部分，同時(shí)采用專(zhuān)用同步電機(jī)綜合保護(hù)器，監(jiān)控、保護(hù)電機(jī)運(yùn)行，對(duì)電機(jī)運(yùn)行中過(guò)載、低電壓、過(guò)流、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、負(fù)序過(guò)流、電機(jī)失步等進(jìn)行保護(hù)。

（2）采用專(zhuān)用高壓液阻柜，通過(guò)1A開(kāi)關(guān)連接于電機(jī)轉(zhuǎn)子，配合電機(jī)起動(dòng)過(guò)程。

（3）采用大功率合金電阻器，合理連接于電機(jī)轉(zhuǎn)子，配合電機(jī)起動(dòng)。

（4）采用西門(mén)子PLC，控制液阻、起動(dòng)電阻、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、完成電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行等動(dòng)作，同時(shí)監(jiān)控電機(jī)定子溫度、軸承溫度等，對(duì)電機(jī)本體監(jiān)視。

（5）采用TDL-5勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，熱備方式控制大功率可控硅整流元件，輸出合理勵(lì)磁電流，同時(shí)，監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出勵(lì)磁電流，穩(wěn)定電機(jī)運(yùn)行，TDL-5勵(lì)磁調(diào)節(jié)器雙機(jī)熱備切換時(shí)間10 ms，無(wú)擾動(dòng)完成控制切換，減少因?yàn)槿蹼娫虻姆钦Ｍ＼?chē)。

該系統(tǒng)由西門(mén)子PLC作為主控單元，采集電機(jī)各個(gè)階段的運(yùn)行狀態(tài)，并同時(shí)發(fā)命令給當(dāng)前運(yùn)行階段需要配合的部分，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與PLC完美配合，保證機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行，原理見(jiàn)圖1。

（1）第一級(jí)采用水液阻作為繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子的串聯(lián)電阻，完成從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)起動(dòng)過(guò)程；

（2）第二、三級(jí)采用大功率固定阻值的電阻器，作為轉(zhuǎn)子的串聯(lián)電阻；起動(dòng)過(guò)程中勵(lì)磁裝置檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制液阻和二三級(jí)電阻的切換；

（3）在第三級(jí)電阻切入后，勵(lì)磁裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，合適時(shí)機(jī)FC閉合接入勵(lì)磁電流，同時(shí)起動(dòng)電阻切除，起動(dòng)過(guò)程完成；

（4）運(yùn)行中勵(lì)磁柜實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行工況；（5）正常停機(jī)時(shí)，并聯(lián)的電阻釋放轉(zhuǎn)子中的磁場(chǎng)能量；

（6）異常停車(chē)時(shí)，動(dòng)作FC及2A，3A接入串聯(lián)電阻，保證轉(zhuǎn)子中的磁場(chǎng)能量釋放。

3 改造效果

圖1 改造后的電機(jī)控制原理圖

改造后同步電動(dòng)機(jī)在異步啟動(dòng)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、故障停車(chē)、正常停車(chē)等各種工況下運(yùn)行時(shí)：（1）具備轉(zhuǎn)差逆勵(lì)磁電流極性末尾準(zhǔn)角投勵(lì)；（2）轉(zhuǎn)差率在0.1～0.03內(nèi)任意調(diào)整；（3）投勵(lì)后強(qiáng)勵(lì)時(shí)間可調(diào)；（4）具備時(shí)間后備投勵(lì)模式；（5）長(zhǎng)時(shí)間未投勵(lì)保護(hù)；（6）針對(duì)此電機(jī)的特殊起動(dòng)方式，勵(lì)磁裝置采集電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的參數(shù)，通過(guò)PLC控制2A、3A、FC開(kāi)關(guān)時(shí)序閉合，控制電機(jī)起動(dòng)過(guò)程，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速95%以后，控制FC開(kāi)關(guān)閉合，切換轉(zhuǎn)子線圈，通入勵(lì)磁電流，電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。（7）具備恒勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)功能，轉(zhuǎn)子電阻變化不大于10%時(shí)，勵(lì)磁電流輸出偏差不大于2%；（8）具備恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，在電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，電機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)具備無(wú)功功率限制功能，防止勵(lì)磁電流超上限誤動(dòng)作；（9）具備多種保護(hù)功能：如勵(lì)磁電流上限和下限限制設(shè)定、失步保護(hù)等；（10）滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用大功率電阻，起動(dòng)過(guò)程中改變電阻值，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，起動(dòng)結(jié)束，部分電阻并接在轉(zhuǎn)子線圈中，防止FC開(kāi)關(guān)異常，勵(lì)磁異常造成的電機(jī)失步，保護(hù)電機(jī)轉(zhuǎn)子；（11）系統(tǒng)配備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件，接口分計(jì)算機(jī)串行口通信RS485，標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，可按組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的通信。主橋路采用全控橋整流回路，運(yùn)行可靠，兩臺(tái)勵(lì)磁控制器利用CAN總線，每10 ms通訊一次，同步主機(jī)和備機(jī)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，如果主機(jī)故障時(shí)，備機(jī)在20 ms內(nèi)切換為主機(jī)，無(wú)擾動(dòng)切換，切換速度快，運(yùn)行穩(wěn)定；（12）勵(lì)磁柜具備智能開(kāi)機(jī)自檢，不做“調(diào)試”不能開(kāi)機(jī)，在“調(diào)試”狀態(tài)下對(duì)滅磁電阻、主橋路、輸出脈沖等主要部位自動(dòng)檢測(cè)，如果不具備開(kāi)車(chē)條件，不能開(kāi)車(chē)（特殊條件下可以強(qiáng)制開(kāi)車(chē)）；（13）本柜作用為切換轉(zhuǎn)子繞組的連接方式，利用專(zhuān)用高可靠性開(kāi)關(guān)組成，接收PLC信號(hào)后開(kāi)關(guān)動(dòng)作。轉(zhuǎn)差切換開(kāi)關(guān)，采用永磁機(jī)械閉鎖方式，防止運(yùn)行過(guò)程中意外分?jǐn)?。PLC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如有異常，報(bào)警停機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

生料磨機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)改造后，通過(guò)空載4 h試車(chē)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，帶滿載運(yùn)行24 h后，系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度正常。該系統(tǒng)改造后啟動(dòng)簡(jiǎn)單，并具備自檢能力，避免誤操作，采用新技術(shù)及高性能原件使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提高，通過(guò)PLC的使用，減少中間繼電器的控制節(jié)點(diǎn)，PLC程序具備開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備條件檢索，利于操作及維護(hù)人員開(kāi)機(jī)及維護(hù)。電機(jī)定子溫度、軸承溫度實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控，超溫報(bào)警跳閘，進(jìn)一步保護(hù)電機(jī)。

改造后電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)100%，減少故障停機(jī)次數(shù)約10次，節(jié)省維修費(fèi)30萬(wàn)元，綜合技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升。