基于富士變頻器帶式輸煤機變頻調速控制

張瑞林

(德州職業技術學院，山東德州 253000)

基于富士變頻器帶式輸煤機變頻調速控制

張瑞林

(德州職業技術學院，山東德州 253000)

帶式輸煤機的阻轉矩屬于恒轉矩負載，這類負載采用通用變頻器控制的目的是實現設備自動化、提高勞動生產率、提高產品質量。分析了恒轉矩性能的通用變頻器的選型，同時充分考慮低速、大轉矩情況下為提高轉矩提升能力而使電壓補償提的過高及過電流保護動作，必要時應將通用變頻器的容量提高一檔，或者采用具有矢量控制或直接轉矩控制的通用變頻器。

輸煤機;恒轉矩;變頻器

1 恒轉矩負載的變頻調速

電力拖動系統的穩態工作情況取決于電機和負載的機械特性。因此，在設計拖動系統時，首先必須了解負載的機械特性。

恒轉矩負載的特點如下。

(1)轉矩特點:

即，在不同的轉速nL下，負載的阻轉矩TL基本保持不變，其機械特性曲線如圖1(b)所示。

(2)功率特點:

由式(1)知，負載的功率PL、轉矩TL、轉速nL之間的關系是

即，負載功率與轉速成正比，其功率曲線如圖1(c)所示。

圖1 恒轉矩負載及其特性

2 恒轉矩負載實現變頻調速的主要考慮問題

對于恒轉矩負載，在設計變頻調速系統時，必須考慮的主要問題是變頻調速的范圍能否滿足要求，具體選擇如下。

2.1 最低工作頻率的選擇

在電機變頻調速系統中所允許的最低工作頻率除了決定于變頻器本身性能及運行模式外，還與電機的負載率及散熱條件有關。不同運行模式下的最低工作頻率在不考慮負載率的情況下，能夠穩定運行的最低工作頻率大致有如下三種方式。

(1)有反饋矢量控制模式:各種不同品牌變頻器的最低工作頻率不盡相同，多數變頻器通?？蛇_ 0.1 Hz。

(2)無反饋的矢量控制模式:多數變頻器在無反饋矢量控制模式下運行時，工作頻率不宜低于5 Hz。

(3)U/F控制模式:最低工作頻率通常為1 Hz。但是，在低頻率下工作時，由于電壓的補償量較大，所以在輕載時容易引起電機磁路的飽和，造成勵磁電流過大而發熱。

電機的最低工作頻率與電機的控制模式、負載率、散熱的綜合關系如表1所示。

表1 各種控制模式的最低工作頻率

2.2 最高工作頻率的選擇

如果當電機的工作頻率高于額定頻率時，其轉矩就具有恒功率的特點，如式(4)所示。在高于額定頻率的某一頻率下，其負載轉矩的折算值為

表1中所述的負載率是指電機轉軸上的折算轉矩與電機額定轉矩的比值，一般用σ表示，具體如式(3)所示:

由式(2)、式(3)可得出:高頻下變頻調速系統允許的負載率σ如式(5)所示，式(5)說明，電機的最高工作頻率與負載率σ成反比:

2.3 調速范圍的選擇

如上文所述，變頻調速系統的最高和最低工作頻率都和負載率有關，由此推出，電機的調速范圍也與負載率有關。

假設某變頻器在外部無強迫通風的狀態下提供的有效轉矩曲線，如圖2所示。由圖2分析可知，電機在拖動恒轉矩負載時，允許的頻率可調范圍與負載率兩者之間的關系如表2所示，由表2可知負載率越低，允許的電機調速范圍越大。

圖2 某變頻器的有效轉矩線

表2 不同負載率時的轉速范圍

2.4 傳動比的選擇

電機負載轉矩的折算值T'L與傳動比λ有關，如式(6)所示:

由式(2)、式(5)可知，傳動比λ越大，則負載轉矩的折算值T'L就越小，電機軸上的負載率σ也越小。如表2可知，在負載轉矩不變的前提下，傳動比λ越大，則電機軸上的負載率越小，調速范圍越大。因此，如果當調速范圍不能滿足負載要求時，可以考慮通過適當增大傳動比，來減小電機軸上的負載率，增大調速范圍。

3 帶式輸送機的變頻調速

因為帶式輸送機屬于恒轉矩負載，故前面的方法和結論對帶式輸送機都適用，這里不再贅述。但多數帶式輸送機對調速范圍的要求不高，故在決定電機容量時，可以簡化。

帶式輸送機的變頻調速要點如下。

(1)電機起動轉矩TMS的校核。

帶式輸送機在起動時的靜態摩擦系數較大，所以必須校核電機的起動轉矩TMS是否滿足要求。

①起動階段的負載系數C。設負載在未考慮靜態摩擦系數時的起動轉矩(折算到電動機軸上的值)為T'L0，則

負載系數C的大小說明了負載是重載起動，還是輕載起動或空載起動。

②起動時的負載轉矩T'LS。設負載的動態摩擦系數為μ1，靜態摩擦系數為μ2，則起動時的負載轉矩(折算到電動機軸上)的大小為

③變頻時電機的起動轉矩TMS。采用無反饋矢量控制功能時，TMS=1.5TMN;采用U/F控制功能時，TMS=1.5TMN。

④電機的起動轉矩滿足要求的主要條件是TMS＞T'LS。

(2)電機過載能力的校核。

輸煤機和輸礦石機一類的輸送機，短時間的過載是經常發生的(實際工作中，長時間的過載也時時發生，但那不屬于正常工作狀態，這里不予討論)，因此，必須校核電機的過載能力。變頻調速時電機的過載能力βx為1.5，設負載的短時過載系數為 1.5，則:

① 若 βx≤1.5，電機過載能力滿足要求;

② 若 βx＞1.5，應考慮加大電機的容量。

對于流水生產線用的輸送機，一般不必校核過載能力。

(3)變頻器的選擇。

①變頻器的容量。對于流水生產線類很少過載的輸送機，變頻器的容量只須與電機容量相符即可。對于輸煤機類可能過載的輸送機，變頻器容量應加大一檔。

②變頻器的類型。如上所述，輸送機要求在整個速度范圍內具有恒轉矩特性，且要求有較大的起動轉矩和過載能力，故，最好選用具有無反饋矢量控制功能的變頻器。

4 帶式輸煤機的變頻調速

4.1 負載的特點

(1)負荷工況，屬于連續變動負載，平均負載率 σA=0.9。

(2)轉速范圍:

4.2 變頻器選型

(1)負載對拖動系統機械特性及動態響應的要求見圖3，經分析可選富士G11系列變頻器。

圖3 恒轉矩負載對拖動系統的要求

(2)變頻器容量。因為輸煤機電機可能短時間過載運行，所以變頻器容量加大一擋，見圖4。

圖4 變頻器容量的選擇

4.3 主要功能的預置

4.3.1 頻率給定的相關功能

(1)頻率調節電路如圖5所示。

圖5 頻率調節電路

(2)相關功能的預置如表3所示。

4.3.2 轉矩提升功能

(1)富士變頻器的轉矩提升功能如圖6所示。

(2)相關功能的預置如表4所示。

4.3.3 加、減速時間的預置

(1)加、減速時間的預置如圖7所示。

(2)相關功能的預置如表5所示。

4.3.4 保護功能

(1)保護功能的預置如圖8所示。

(2)相關功能的預置如表6所示。

表3 頻率給定的功能設置

圖6 富士變頻器的轉矩提升功能

表4 轉矩提升功能設置

圖7 加、減速時間的預置

表5 加減速時間功能設置

圖8 富士變頻器的過載保護

5 結語

如上所述，當變頻調速系統用于拖動恒轉矩負載時，適當加大傳動比，可以擴大變頻調速系統的允許調速范圍，使之滿足負載對調速范圍的要求，這種方法也可用于適當提高負載在最低速時的運行頻率，當變頻調速系統用于拖動恒功率負載時，增大傳動比，從而也提高電機的工作頻率，可收到減小系統容量的效果。

表6 保護功能設置

［1］胡宗岳.現代交流調速技術［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［2］肖朋生.變頻器及其控制技術［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［3］張燕賓.變頻器460問［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［4］李方圓.變頻器行業應用實踐［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［5］丁斗章.變頻器調速技術與系統應用［M］.北京:機械工業出版社，2005.

Belt Type Conveyer Variable Frequency Speed Regulation Control Based on Fuji Inverter

ZHANG Ruilin
(Dezhou Vocational and Technical College，Dezhou 253000，China)

The resistance belt drive turn coal are constant torque load，such load frequency control using a common objective is to achieve equipment，automation，improve labor productivity，improve product quality.The performance of general-purpose constant torque converter selection was analyzed，taking full account of low-speed，high torque situations to enhance the ability to increase torque to mention leaving the high voltage compensation and over-current protection action，if necessary，should be selected with GM should increase the capacity of a file converter，or the use of the vector control or direct torque control of general purpose inverter.

coal;constant torque;inverter

TM 921.51

A

1673-6540(2012)09-0060-05

2011-09-13