變頻器在斗輪取料機小車電機控制中的應用

張潘　劉尚孟

【摘 要】論文介紹變頻器的應用情況和技術特點，使用變頻器對斗輪式取料機小車電機控制進行改造，以變頻器優越的調速性能及完善的保護功能，為取料機小車行走機構傳功系統提供有利的保護，延長行走電機及減速機等主要部件的使用壽命，降低了設備的維護量，能夠提高設備的運行穩定性，同時也降低了生產經濟成本。

【Abstract】This paper introduces the application and technical characteristics of the inverter，transformation of bucket wheel reclaimer motor control with frequency converter. The frequency converter can provide favorable protection for the reclaimer trolley traveling mechanism transmission system for its superior speed regulation performance and perfect protection function. Therefore， it can extend the service life of traveling motor and reducer etc. main parts ， and reduce the maintenance and improve the operation stability of the equipment ，and reduce the production cost at the same time.

【關鍵詞】變頻器；斗輪取料機；小車行走電機；運用

【Keywords】inverter； bucket wheel reclaimer； trolley motor； application

【中圖分類號】TF345.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0139-02

1 變頻器的應用及結構特性

變頻技術是先進的電力技術和計算機技術合二為一的高效節能技術。變頻器就是通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備[1]。變頻器主要是由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，具備自動節能器監視變頻器電流的功能，與設置的變頻器最大輸出電流相對比。根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等，從而進一步保護電機在運行過程中的消耗，為生產企業降低生產經濟成本。隨著生產企業的工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

變頻器是由主回路和控制回路兩部分組成：主回路的作用是通過整流電路將交流電轉換成直流電，其次是通過直流中間回路將整流電路的輸出信號進行平滑濾波，最后再通過逆變電路將直流電再次逆變為變流電。控制回路則是完成對主回路的控制，并對轉矩計算的CPU及相應的電壓、電流檢測回路進行控制。變頻器的控制方式為動態矢量控制，就是通過控制系統高速計算給電機驅動所需的最佳控制電壓及電流矢量，最大限度地發揮電機的輸出轉矩[2]。

2 原有的小車電機控制系統

斗輪取料機小車是一臺往復式運動的設備，使用單臺15kW的異步電動機進行驅動，通過牽引鋼絲繩拖動小車進行往復運動。其控制方式最初采用兩個交流接觸器控制小車行走電機正反轉，在小車的兩頭安裝限位開關控制小車的行程。由于電機工作需要頻繁的正反轉切換，啟動時的沖擊力，造成減速機、鋼絲繩等機械設備頻繁損壞，電氣設備中的交流接觸器使用壽命減短，需要經常更換，造成設備的故障停機時間長，維修工作量大，并且在生產運行過程中，由于小車運行速度無法進行調節，造成在取料過程中會出現過載情況，取料量無法控制的問題，嚴重影響了生產。

3 使用變頻器調速控制系統

3.1 變頻器的選用

根據取料機小車的電機參數以及使用環境，我們選用了型號為FRN18.5G11S-4CX的富士FRN系列交流變頻器，它是由富士電機株式會社研發、生產、銷售的世界知名變頻器品牌之一，在世界各地占有率比較高。主要用于三相異步交流電機，用于控制和調節電機速度。該變頻器不但可以通過其鍵盤面板實現正反轉的啟動停機操作以及頻率的給定，也通過外部接線的方式進行控制，在實際應用中，根據生產工藝要求調整變頻器的參數設定，實現設備的保護功能[3]。

3.2 變頻器的接線

針對變頻器主回路的接線，由于原小車電機控制系統中，使用了兩個交流接觸器進行控制，在改為變頻器控制時，需要將原交流接觸器拆除，將電源端接到變頻器主回路電源輸入端L1/R、L2/S、L3/T，將電機線接到變頻器輸出端U、V、W，并且輸出側不能連接進相電容器和電涌吸收器，還有就是接地端子必須有良好接地，一方面可以防止電擊及火警事故，另外也能降低噪聲。

對于控制回路的接線，可將原控制回路的正反轉開關接到變頻器的正轉運行/停止命令端FWD、反轉運行/停止命令端REV以及變頻器的接點輸入公共端CM[4]。當端子FWD與CM端之間閉合（ON）時，電機正轉運行，斷開時（OFF），電機減速停止；當端子REV與CM端之間閉合（ON）時，電機反轉運行，斷開時（OFF），電機減速停止。同時將小車行程兩端的限位串聯到控制回路中，利用限位進行自動正反轉控制。在操作臺上增加調速電位器，接入變頻器模擬輸入端子13、12、C1、11，實現變頻器的調速。在檢查主回路和控制回路接線正確無誤，并且試運行小車行走機構沒有電機旋轉不平衡、加速或者減速不平穩等異常后，即可給變頻器送電設置參數。根據電機的參數設定電機額定電壓、電機額定電流、電機額定頻率、電機額定轉速等，根據機械設備負載性能的要求設定相應的加減速時間。由于生產工藝的需求，還要對變頻器的運行頻率進行限制，所以需要設置頻率的上限[5]。針對運行中的過載保護，利用變頻器的報警輸出繼電器，設定相應的報警電流，實現超電流快速跳閘，從而保護設備不受損壞。

3.3 變頻器常見故障判斷及檢查方法

①變頻器報OC1、OC2、OC3則是過流故障，主要檢查電機連接端U、V、W有無相間短路或者對地短路，未發現短路現象則復位變頻器，并運行電機查看運行電流是否過載；

②變頻器報OU1、OU2、OU3則是過電壓，檢查電源電壓是否超出參數設置范圍，詢問操作人員是否突然加速運行而突然停止設備，檢查設備動作時主電路直流回路電壓是否在保護值以上[6]；

③變頻器報OH3則是變頻器內過熱故障，檢查變頻器風扇是否運作，散熱片是否堵塞，測量變頻器工作環境溫度是否在規定值內；

④變頻器報OL則是過載故障，檢查電機功率與變頻器內電子熱繼電器額定值是否匹配，電子熱繼電器設定值是否合適，電機運行是否有機械卡阻；

⑤變頻器報FUS則是熔斷器短路，檢查變頻器內部熔斷器是否斷路；

4 總結

變頻器調速系統的使用為機械設備、電氣設備提供了很好的保護，減少了設備的故障率，提高了系統的可靠性，利用變頻器的調速系統實現了取料機小車運行速度的控制，速度變化平滑[7]。變頻器在保護跳閘后，鍵盤面板上將顯示相應的故障信息，在處理故障時可根據故障信息進行排查，大大減少了維修時間，變頻器的使用還有節能降耗的功能，降低企業的生產經濟成本，再降低了電氣維護人員的勞動強度的同時提高了檢修和排查的工作效率。

【參考文獻】

【1】金延斌. 變頻器在斗輪堆取料機行走控制系統中的應用[J]. 現代經濟信息，2009（11）：244.

【2】楊珉. 變頻技術在煤場斗輪堆取料機上的應用[J]. 廣東電力，2004（02）：83-85+88.

【3】郭輝. 高壓變頻器在煤礦主扇風機節能改造中的應用與節能分析[A]. 全國冶金自動化信息網，《冶金自動化》雜志社.全國冶金自動化信息網2015年會論文集[C].全國冶金自動化信息網，《冶金自動化》雜志社，2015：5.

【4】李俊. 高壓變頻器在循環風機節能改造中的應用[J]. 水泥，2015（04）：55-56.

【5】矯健. 中壓變頻器在新燒結除塵風機節能改造中的應用[A]. 中國金屬學會.第九屆中國鋼鐵年會論文集[C].中國金屬學會，2013：6.

【6】潘照富，劉麗敏，王偉，等. 高壓變頻器在電廠引風機節能改造中的應用[J]. 變頻器世界，2013（11）：69-72.

【7】劉朝紅. 火力發電廠風機變頻器節能改造的應用與效果評價[J]. 中國科技信息，2013（16）：109.