危廢焚燒設備的電機拖動控制

肖英明

（山東恒信建設監理有限公司，山東 濟南 250014）

危廢焚燒設備的電機拖動控制

肖英明

（山東恒信建設監理有限公司，山東 濟南 250014）

本文就危廢項目電機的電氣拖動控制方式，普通電機與變頻電機的區別，變頻器的組成、選擇、調試、使用，當前存在的問題及解決的方式等問題進行了探討。

危廢設備；普通電機；變頻電機；變頻器；電機拖動

危廢焚燒設備電機的拖動控制通常有3種形式：直接起動、變頻啟動、變頻啟動和運行。三者都有自己的優缺點，不同的拖動形式應該采用不同的電機。部分拖動電機的運轉，根據工藝要求是在低頻的情況下運行，拖動控制在變頻技術應用越來越成熟和普遍的情況下，變頻器和變頻電機的使用就更多，但是由于生產廠家眾多、品牌不同、內部結構也差異較大，這就給使用者的選擇帶來很多困難，設備維護的工程量也增加很多，備品備件的準備也需要增加很多投資。在一個危廢焚燒工程項目中，由于分包商較多，大家各自為政，造成一條危廢焚燒生產線會有6種變頻器的品牌，同時，生產企業電氣維修人員相對較少，生產維護經驗不足，變頻設備檢查維護不及時，造成設備的損壞。這就需要我們從設計階段入手，對變頻器的品牌、功能、使用環境和備品備件進行統一的規定，并且貫穿到設備安裝、工藝生產的整個過程中，從根本上解決問題。

1 危廢焚燒設備電機的運行方式

電動機的拖動形式：直接拖動、變頻器啟動、變頻啟動和運行。

1.1 直接拖動

普通三相異步電動機：如普通電機和消防泵的電氣控制都是采用直接起動的方式進行。這種方式線路簡單，投資少。但是起動電流大，對電網沖擊大、耗能大。雖然啟動電流較大，但是電機的功率較小對于整個供電系統而言還是能夠接受。按照規范規定，消防泵需要直接起動，便于動作迅速，一旦發生火災消防泵能夠立即啟動。同樣是啟動電流過大，對整個供電系統會有沖擊。在選擇空氣開關時，不能單純用額定電流進行選擇。一定要充分考慮電機起動電流過大的因素。

1.2 變頻啟動

在啟動階段采用變頻變壓，只是解決啟動階段啟動電流過大，起動轉矩較大，對設備、電網形成沖擊的問題。運行階段采用全壓普通運行方式，能夠滿足生產工藝要求的需要。頻繁啟停，會對電機造成損害。危廢項目的除臭系統電機只在啟動階段采用變頻啟動，正常運行時不需要變頻。采用普通三相異步電動機。

1.3 變頻啟動和運行

采用變頻器啟動變頻電機，危廢項目的變頻電機主要是針對轉速有要求的設備，如回轉窯電機、引風機電機，急冷塔給水泵。它們大多時間都是在低頻率、低速運行，通過變頻器和變頻電機的使用達到調速的目的，滿足焚燒工藝的要求。

2 普通電機與變頻電機的區別

2.1 普通電機

普通電機按照固定電壓、固定頻率來設計，按照正玄波電壓運行，當他接在變頻器后面，由于變頻器輸出的是非正玄電壓，電機的溫升一般要增加10～20%。效率降低，輸出功率減少。對電機絕緣強度有沖擊，加速電機老化，加大震動和噪聲，易損害電機的定子繞組和軸承。

解決方法。電纜30m以內：增加電抗器；電纜300m以內：增加dv/dt濾波器；增加正玄濾波器；增加尖峰吸收器。

2.2 變頻電機

變頻電機的頻率一般按照電機銘牌的頻率選擇，市場上一般有5～50、50～100、200Hz，額定轉速以上是恒功率調速，額定轉速以下是恒轉矩調試。電機的效率增加10%，對于需要頻繁啟動、頻繁調速、頻繁制動的場合優于普通電機，投資較大。

3 電機拖動的控制線路

3.1 普通電機拖動的控制線路

普通電機最常用的控制線路由空氣開關、交流接觸器和熱繼電器組成。完成電機的啟動、過載、過熱和短路保護。只要根據不同的電機、不同的使用場所，不同的工藝要求選擇合適的參數即可。如焚燒生產線控制過程中，采用普通風機、普通泵、計量泵、螺桿泵、隔膜泵的電機控制。

3.2 變頻電機拖動的控制線路

變頻電機常用的控制線路由空氣開關、變頻器組成。完成變頻電機的啟動、過載、過熱、短路保護和信號傳輸。如焚燒線的回轉窯電機、引風機電機的拖動控制。

4 變頻器的組成、選擇、安裝和調試

4.1 變頻器的組成

變頻器由以下4部分組成：整流電路、直流電路、逆變電路、控制電路。

變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅動電路、外部電路、外部接口電路以及保護電路幾部分組成。控制電路的主要作用是將檢測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據要求為變頻器主電路提供必要的門極驅動信號。控制電路還通過A/D、D/A等外部接口電路，接受、發送多種形式的外部信號和給出系統內部工作狀態，以便使變頻器能夠對外部設備進行各種高性能的控制。

變頻器有直接U/F控制變頻器、轉差率控制變頻器和矢量控制變頻器。目前，危廢設備生產線中的變頻器主要是無傳感器矢量控制變頻器。

無傳感器矢量控制，性能特性接近閉環，省去了速度傳感器，維護成本低。與U/F相比，低速運行特性得到改進，變負載下的速度調節能力得到改善，同時還能獲得高的起動轉矩，在高摩擦與慣性負載的啟動中有明顯優勢。回轉窯啟動的質量和慣性很大。引風機長期在低頻運行，采用ABB變頻器非常適合設備的需要。

啟動向導-指導用戶設置參數，無需進入參數列表；診斷向導-故障時激活，利于快速查找故障；維護向導-監視運行小時或電機旋轉；進線電纜直接接到變頻器，變頻器出線電纜接到電機上即可。助手型控制盤11kW以下標配制動斬波器，便于安裝在控制柜面板上。

4.2 變頻器的選擇

變頻器的選擇原則：電流匹配，功率匹配。

（1）變頻器功率。變頻器功率等于電機的功率。大一規格也可以。（2）變頻器額定電流。變頻器的額定電流大于電動機的最大運行電流。（3）選擇變頻器時，應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率作為參考。（4）選擇變頻器要考慮負載的類型。負載類型主要分為3種。①恒轉矩負載。鏈板輸送機、傳送帶、攪拌機。②恒功率負載。風機、機床主軸。③水泵負載。風機、水泵、油泵。（5）當變頻器控制羅茨風機時，由于起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。（6）當變頻器后接的電纜過長時，應當充分考慮長電纜對地耦合電容的影響。（7）當負載慣性過大時，要增加制動單元和制動電阻。（8）電機的極數多于4極時，要加大變頻器容量一擋，避免變頻器出力不夠，或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。（9）當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，變頻器到電動機的電纜的長度總和要在變頻器的允許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V／F控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。（10）變頻器的防護等級要與現場的情況相匹配。要充分考慮焚燒生產線現場的粉塵、腐蝕性氣體、高溫對變頻器的影響，確保變頻器的長期無故障運行。（11）如果用于矢量閉環控制，變頻器與電機必須匹配，不能大也不能小，如果是重負載可以選重載型。

4.3 變頻器的安裝

4.3.1 安裝在室內控制柜中

（1）危廢項目安裝在控制柜的變頻器包括：鏈板輸送機電機變頻控制器、回轉窯供風機電機變頻控制器、回轉窯電機變頻控制器、二燃室風機電機變頻控制器、除渣機電機變頻控制器、石灰給料機電機變頻控制器、活性炭給料機電機變頻控制器、引風機電機變頻控制器。（2）變頻器應該垂直安裝在控制柜的中部，上部和下要留出排風、進風的空間。（3）變頻器上部邊緣距離控制柜頂部、下部邊緣距離控制柜底部、側面距離隔板的最小距離應該大于300mm。（4）在變頻器比較集中的車間，建議采用集中整流，直流共母線的供電方式。建議用戶采用12脈沖整流模式，優點是諧波小、節能，特別適用于頻繁起動、制動。

4.3.2 安裝在現場

（1）危廢項目安裝在現場的變頻器包括：急冷塔給水泵變頻控制器、給水泵變頻控制器、污水羅茨風機變頻控制器、實驗室除臭風機變頻控制器。（2）變頻器控制柜有時安裝在現場的鋼結構平臺上，這樣就存在以下隱患：發熱、潮濕、灰塵、腐蝕、振動、機械沖擊。（3）腐蝕：空氣中存在酸、堿性氣體易對電子元器件造成腐蝕。（4）發熱：急冷塔入口是550°，屬于高溫會使電子元器件老化。（5）潮濕：周圍是急冷補水罐，急冷補水泵，會有水泄漏。（6）振動、機械沖擊：控制柜布置在20m平臺上，設備電機振動會對控制柜造成振動。可能造成組件、連接件連的連接松動，形成短路。（7）在多粉塵的車間內使用變頻器時，要求對控制柜進行整體密封，控制柜頂部出風口應該有防護網和防護頂蓋；控制柜底部進風口應該有底板和防護網、進線孔必須密封。建議采用雙層門進行密封。（8）危廢項目的變頻器長期運行在粉塵、腐蝕、潮濕和振動的惡劣環境下，金屬結構件、電器元件和導電銅排易產生銹蝕，特別是微機控制板和電源板的細小銅導線銹蝕后會造成損壞。因此在選擇變頻器時，一定要求變頻器廠家對變頻器所使用的印刷電路板必須進行防潮濕、防霉變的噴涂處理，結構件要鍍鎳鉻。（9）當需要把變頻器的鍵盤安裝在控制柜的前門上時，留下的空洞要嚴格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進入變頻器內部。

4.4 變頻器的現場調試

內容包括：控制柜送電檢查、分體調試、帶電機空載調試、電機帶負載調試，投運調試。

4.4.1 送電檢查

（1）檢查電氣主線路接線正確。（2）檢查電氣元件接地線正確。（3）控制信號線接線正確。

4.4.2 分體調試

（1）送電檢查。（2）運行變頻器。（3）觀測并記錄5、10、20、30、40和50Hz時變頻器輸出線電壓波形，記錄結果。

4.4.3 空載調試

（1）設定基準電壓、基準頻率。（2）5Hz運行檢查相序，確定電機正方向運行。（3）工頻運行時，電機在空載及最大負載情況下的軸向、水平、垂直的3個方向的振動參數值。（4）測量電機軸溫。（5）變頻器運行過程中，功率模塊散熱器進風口溫度。（6）觀測并記錄5、10、20、30、40和50Hz時變頻器輸出線電壓波形，記錄結果。

4.4.3 電機帶負載調試

（1）電機就地控制、遠程控制觀測并記錄5、10、20、30、40和50Hz時變頻器輸出線電壓波形，記錄結果。（2）測量電機軸溫。（3）變頻器運行過程中，功率模塊散熱器進風口溫度。（4）電機軸向、水平和垂直方向的振動。

5 危廢項目電機變頻控制

5.1 變頻器安裝位置、環境及產生效果

安裝在控制室、頻率5～50Hz、環境溫度常溫、濕度正常的變頻器如：鏈板輸送機變頻器、回轉窯電機變頻器、窯頭供風機電機變頻器、二燃室風機電機變頻器、石灰給料泵變頻器、活性炭給料泵變頻器、除臭電機變頻器、實驗室除臭風機變頻器。

安裝在控制室、恒轉矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常溫、濕度正常的變頻器如：除渣機電機變頻器、引風機電機變頻器。安裝在現場控制室、恒轉矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常溫、濕度大的變頻器如：污水羅茨風機電機變頻器。

安裝在現場、頻率5～50Hz、環境溫度高溫、腐蝕、振動的變頻器如：急冷塔給水泵變頻器。

安裝在現場、頻率5～50Hz、環境溫度常溫、潮濕的變頻器如：給水泵變頻器。

5.2 變頻器控制變頻電機

對于功率大，需要長期低頻運行的電機采用變頻器控制，如回轉窯電機、回轉窯供風機、鏈板輸送機、二燃室風機電機、除渣機電機、石灰給料機電機、活性炭給料機電機、急冷塔給水泵電機、引風機電機、羅茨風機電機。拖動回路采用空氣開關、變頻器、變頻電機。

5.3 給水泵控制

給水泵是單臺電機變頻保壓，其它是工頻啟動、運行。變頻器在控制器的控制下變頻啟動，如達不到目標壓力，轉入工頻，2號泵啟動，同理啟動3號泵，在達到目標壓力后，通過延時，退出工頻，單臺變頻穩壓。由于多采用變頻器控制普通電機而不是變頻電機，這樣就造成電機長期在低頻運行，易損壞電機。建議采用一臺變頻電機，其余采用普通電機。延長電機的使用壽命。

5.4 除臭系統電機變頻控制

采用變頻器啟動，普通電機運行，只是在啟動階段降低起動電流，運行過程正常滿負荷運行，減少對電網的沖擊。但是在滿足投資的情況下建議將普通電機更換為變頻電機，延長電機的使用壽命，達到節能的效果。

6 當前危廢項目存在的問題及解決方法

6.1 品牌問題

由于工程的不同工序分屬不同的承包商，變頻器共有6種品牌：焚燒設備電機變頻控制、污水處理設備電機變頻控制、除臭系統電機變頻控制、固化設備電機變頻控制、給水泵電機變頻控制、實驗室風機變頻控制。

這種問題的解決需要在設計階段由業主和設計單位做出統一規定，雖然負載性質不同，需要選擇的變頻器不同，但是為了便于生產階段的設備備品備件的貯備和維修方便，應該盡可能去選擇同一品牌。

6.2 環境問題

變頻器盡可能裝在控制室的控制柜中。裝在現場的變頻器應該裝在控制柜中，而且必須有防塵、防腐和防潮措施，不能裸露在環境中。

6.3 變頻器拖動普通電機問題

普通電機只能在啟動階段降低起動電流的情況下采用，不能在需要調速的控制過程中使用，避免損壞電機。

7 結語

采用變頻器控制變頻電動機的電力拖動系統，雖然增加了投資，但是能夠最大化的滿足工藝要求。節能效果顯著，調解控制方便，維護簡單，長期低頻運行不損害電機，可網絡化集中遠程控制，可與PLC組成控制系統。

[1]ABB變頻器說明書.

[2] 陳伯時,陳敏遜.交流調速系統[M].機械工業出版社,1998.

[3] 王進野.電機拖動與控制[M].天津大學出版社,2008.

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：1671-0711（2017）12（下）-0208-03