引言
水泥电杆厂的电杆成型离心机大多采用三相并励式整流子电机, 它具有整流子电机启动电流小、启动转矩大, 并能调速的特点。但整流子电机结构复杂、换向困难、维修成本高, 调试繁琐, 空载电流曲线图调试不好, 会在换向器表面形成较大火花, 影响电机正常运行, 缩短电机运行寿命。
通过对某电杆厂现场的调研和操作者的反馈,我们发现该厂整流子电机经多年的运行, 整流子磨损严重, 几乎每月都需对整流子和炭刷进行研磨和更换, 平均无故障连续运行时间缩短, 绕组因整定调试不好也易烧坏, 加大了成本。另外, 我们还发现在电杆成型时, 速度的变换是靠操作者手工调动整流子电机的变速机构实现, 致使人为因素太大, 不能保证严格执行工艺流程和标准, 给产品质量留下很大隐患。基于以上原因, 我们对l台机组采用普通三相鼠笼型感应电机配用变频器进行调速系统改造。
1 电杆成型离心机的工作过程
当电机带动钢模旋转产生的离心力等于或稍大于混凝土的自重力时, 混凝土就能克服重力的影响, 远离旋转中心产生沉降分布于杆模四周而不塌落, 当速度继续升高时,离心力使混凝土混合物中的各种材料颗粒沿离心力的方向挤向杆壁四周,达到均匀密实成型。其工艺步骤分为3步: 慢速阶段2~3min,使混凝土分布钢模内壁四周而不塌落; 中速阶段0.5~lmin, 防止离心过程混凝土结构受到破
坏, 这是从低速到高速的一个短时过渡阶段; 高速阶段6~l 5min,将混凝土沿离心力方向挤向内模壁四周,达到均匀密实成型, 并排除多余水分? 。各阶段的运行速度和运行时间视不同规格和型号的电杆而有所不同, 其运行速度图如图l。
2 变频调速系统的设计
2.1交流电机的选型
原整流子电机的功率为40kW , 速度变化范围为l 60一l 400r/min。按离心机负载最大静态阻转矩、离心机的最高旋转速度n、传动装置的效率,7,由式尸=T/(975·,7)计算, 选用Y225S-4,37kW (额定电流69.9A,额定电压380V, 额定转速l480r/min,功率因数0.8 7)三相交流感应电机可满足工作需
求。
2.2变频器的选用
变频器的选用应满足以下规则: 变频器的容量应大于负载所需的输出; 变频器的容量不低于电机的容量; 变频器的电流大于电机的电流。因电机的计算功率小于所选用功率,按变频器容量选用公式P。=1.05P。/(P COS )(P,为负载功率,P 为电机额定功率), 可选用37kW,额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方案的可行性,调速系统的稳定性及性价比, 我们采用西门子MM440,37kw, 额定电流为75A 的通用变频器。该变频器采用高性能矢量控制技术, 提供低速高转矩输出和良好的动态特性, 同时具备超强的过载能力, 可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3 S,200% 的过载能力 。
2.3变频器参数的设置
负载为一大惯性负载, 在停车时, 为防止因惯性而产生的回馈制动使泵升电压过高的现象, 加入制动电阻, 斜坡下降时间设定长一些。外接制动电阻的阻值和功率可按公式R ≥2Ud/1 P ≥(0.3—0.5) 选取。式中:U 为变频器直流侧电压,, 为变频器的额定电流。本次设计采用西门子与3 7 k W 电机配套的制动电阻响和对转速调整的要求, 系统用模拟量输入作为附加给定, 与固定频率设定相叠加以满足不同型号模具特殊要求。调速系统电路图如图2。制动电阻的热敏开关4BD22-2EAO,1.5 Q,2.2kW。变频器的各项参数设置见表1。
2.4控制系统
为保证生产工艺标准的统一, 电机在低、中、高速段的速度采用变频器设定的固定频率, 按时间控制原则由外接时间继电器控制转速的切换; 另外,为防止由于模具差异在运行中出现跳动而带来的影响和对转速调整的要求, 系统用模拟量输入作为附加给定, 与固定频率设定相叠加以满足不同型号模具特殊要求。
调速系统电路图如图2。制动电阻的热敏开关K与接触器KM 线圈串联, 当制动电阻过热时, 热敏开关K 断开,使接触器KM 线圈失电, 切断变频器电源。当按下起动按钮SB 后, 变频器按照时间继电器KT。、KT,、KT 的整定时间依次切换,控制电机进入低、中、高速运行, 工艺流程执行完毕自动停止,等待下一次运行。变频器工作中若发生故障由KA2输出故障信号, 并使电机停转, 变频器正常工作时由KA3给出工作指示。由于系统在设置参数P1 300时选用的是无速度反馈的矢量控制方式, 在这种方式下, 用固有的滑差补偿对电机的速度进行控制, 可以得到大的转矩、改善瞬态响应特性、具有优良的速度稳定性, 而且在低频时可以提高电机的转矩。
3结束语
该系统通过试运行表明, 采用变频调速系统的离心机与整流子电机拖动的离心机相比,提高了系统运行的平稳性、工作的可靠性、操作与维护的方便性; 采用时间整定和运行速度设定的方法使电杆成型的工艺流程与标准得以实施, 避免了原手动调速的不安全性和随机性, 提高了产品质量; 以整流子电机在最佳运行曲线时的电流和采用变频调速时额定电流相比, 可节电1 2% 。本次技改的投资不到4万元, 产生的效益数倍增加。若追加技改投资, 将现有的3台机组全改为变频调速并采用PLC集中控制, 将会给企业带来更大的经济效益。
作者简介:王兵(1965一),男,高级讲师,硕士研究生,研究方向为工业电气自动控制。