變頻技術(shù)在堆取料機行走驅(qū)動中的應用研究

史可心 張 超/中材建設有限公司

變頻技術(shù)在堆取料機行走驅(qū)動中的應用研究

史可心 張 超/中材建設有限公司

在當今面臨能源危機的條件下，節(jié)能降耗不僅有近期的直接經(jīng)濟效益，更有著長遠的社會效益，而變頻器作為節(jié)能應用中越來越重要的自動化設備，也得到了快速的發(fā)展和應用。本文筆者主要分析了變頻技術(shù)及其在在堆取料機行走驅(qū)動中應用的優(yōu)勢，并對其在堆取料機行走驅(qū)動中的應用情況作了進一步闡述，以為同行提供參考。

變頻技術(shù)；堆取料機；應用

1.變頻技術(shù)對堆取料機的控制

堆取料行走機構(gòu)采用的是雙速電機驅(qū)動，雙速電機是利用改變定子繞組的接線改變其極對數(shù)的方法變速。改變極對數(shù)分別由不同的接觸器控制完成，控制線路復雜。斗輪堆取料機是大型設備，其行走機構(gòu)的驅(qū)動臺車數(shù)量由工作所需的功率來確定（驅(qū)動臺車的數(shù)量一般是4臺、6臺、8臺、10臺等）。由于電動機臺數(shù)多在快速起動時對供電電源有很大的沖擊，當行走機構(gòu)啟停或變速時，整機振動很大，機器的使用安全存在隱患，還會降低機器的使用壽命。

行走機構(gòu)電機采用變頻電機，變頻電機是由一個單獨的變頻器來控制的，可保證所有的電機啟動同步，行走機構(gòu)運行平穩(wěn)，無振動，可延長行走減速機主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動、手動和定速運行三種控制方式。在堆取料機司機室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實現(xiàn)遠方自動或手動操作,也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進行點動運行操作。

變頻器具有低速軟啟動功能,可平滑地大范圍調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)速,還可根據(jù)堆取料的多少將懸臂回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)至最佳。

2.變頻技術(shù)及其在在堆取料機行走驅(qū)動中應用的優(yōu)勢

2.1 變頻技術(shù)的優(yōu)勢

堆取料機是一種廣泛應用于港口、電力、煤炭、冶金等行業(yè)的大型散料輸送設備，由于工作環(huán)境的限制，常常會出現(xiàn)停電狀況，而在沒有預告停電的情況下電壓瞬時降低，使正在運行的設備無法正常運行，突然的斷電也將導致設備被燒壞;而又不知情的進行供電，使設備電流驟然增加，這些都會使礦井下的工作存在潛在的安全隱患。變頻技術(shù)正好可以解決這樣的問題。由于電動機臺數(shù)多在快速起動時對供電電源有很大的沖擊，當行走機構(gòu)啟停或變速時，整機振動很大，機器的使用安全存在隱患，還會降低機器的使用壽命。行走機構(gòu)電機采用變頻電機，變頻電機是由一個單獨的變頻器來控制的，可保證所有的電機啟動同步，行走機構(gòu)運行平穩(wěn)，無振動，可延長行走減速機主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動、手動和定速運行三種控制方式。在堆取料機司機室內(nèi)可監(jiān)視回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及實現(xiàn)遠方自動或手動操作,也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進行點動運行操作。

2.2 變頻技術(shù)在堆取料機行走驅(qū)動中應用的優(yōu)勢

堆取料機的主要任務是堆料和取料，堆料形狀根據(jù)PLC程序可設定下列三種堆料形狀，均為自動控制。一種是定點移動，一層堆料。堆料機的懸臂按照原料的堆積高度，依次的升高，直到最后堆積高度為止。雖然，系統(tǒng)能對操作進行有效控制，卻不能對系統(tǒng)維持恒減速運行，這種狀況很有可能燒壞某些零件，使設備出現(xiàn)故障。加入變頻技術(shù)以后，變頻調(diào)速可以保證對機電系統(tǒng)進行恒加速或恒減速運行的控制，延長設備的使用壽命。

斗輪堆取料機是大型散裝物料裝卸機械，起制動控制是通過設定加減速斜坡時間、變頻器輸出連續(xù)電壓控制電機升降速來達到堆取料機平穩(wěn)起制動的。其驅(qū)動機構(gòu)中的斗輪與懸臂皮帶機的驅(qū)動電動機選用三相籠型異步電動機，功率較大，起動方式采用直接起動或自耦變壓器減壓起動，但采用直接起動，起動電流大，一般為電動機額定電流的4～8倍,造成供電電壓下降，影響同一電源其他電氣設備的正常運行；采用自耦變壓器降壓起動，起動過程中會出現(xiàn)二次沖擊轉(zhuǎn)矩和電流，不能帶載起動,控制線路復雜,維護不便。

3.變頻技術(shù)在堆取料機上的應用

數(shù)控堆取料機是由數(shù)字控制技術(shù)操縱的一切工作母機的總稱，是集現(xiàn)代機械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、功率電子技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、光電技術(shù)、液壓氣動技術(shù)等

為一體的機電一體化產(chǎn)品，是兼有高精度、高效率、高柔性的高度自動化生產(chǎn)制造設備。

3.1 堆取料機的電力驅(qū)動

這里從節(jié)電的角度來考慮數(shù)控堆取料機的電氣拖動問題。數(shù)控堆取料機的電力驅(qū)動主要分為3種類型：1）進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)；2）主軸驅(qū)動系統(tǒng)；3）電機內(nèi)裝式高速交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。

3.2 主軸變頻交流調(diào)速

使用通用型變頻器可以對標準電機直接變速傳動，所以除去離合器很容易實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。對于通常采用主軸直流調(diào)速的高級機種，引入主軸專用變頻器進行交流調(diào)速。另外，對于通常采用離合器變速的堆取料機，引入通用變頻器后，也可取得如下的效果：簡化了動力傳遞機構(gòu)；能實現(xiàn)精細的恒線速控制；不用對離合器進行維護；使用效果有：與以往方式相比，對機械部件的熱影響降低，速度跟蹤性能提高使線速度變化減小。變頻技術(shù)已深入我們生活的每個角落，變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式包括V/F、矢量控制(VC)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)等。V/F控制主要應用在低成本、性能要求較低的場合;而矢量控制的引入，則開始了變頻調(diào)速系統(tǒng)在高性能場合的應用.

3.3 通用變頻技術(shù)

矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是變頻中的一種，其共同特點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而，省去了體積大、價格貴的電解電容，其實現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。

3.4 矢量控制變頻調(diào)速

矢量控制變頻調(diào)速是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流通過三相—兩相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流，再按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變化，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流，It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，再經(jīng)過相應坐標的反變化，實現(xiàn)對異步電動機的控制。但是，實際應用中，由于難以準確觀測轉(zhuǎn)子磁鏈，系統(tǒng)特性受電機參數(shù)的影響較大。

4.結(jié)語

變頻器的保護功能非常的完善，如欠壓、過壓、斷路、短路以及電機過熱保護等。利用變頻技術(shù)改造煤炭堆取料機的行走驅(qū)動系統(tǒng)，提出具體的改造方案,解決了原系統(tǒng)中存在的振動較大、受力不均、易受損等問題,實現(xiàn)了電機的同步控制。所以變頻調(diào)速技術(shù)在斗輪堆取料機上的應用是穩(wěn)定、可靠的技術(shù),它可以節(jié)能，維護設備，減少工作量，延長設備的使用壽命，能平穩(wěn)高效的完成正常的堆料作業(yè)，起制動及行走，效果明顯，行走系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起停，連續(xù)運行時同步性好，振動明顯減小，行走控制系統(tǒng)故障率明顯降低，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。當然，我們?nèi)匀恍枰Γ尤ネ晟啤?/p>

[1]萬正喜.斗輪堆取料機行走機構(gòu)力學性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].長沙：中南大學，2011.

[2]萬正喜，易春光，孫波，等.斗輪堆取料機行走機構(gòu)電機功率計算及修正[J].煤礦機械，2011，32.

[3]崔本亮.變頻技術(shù)的發(fā)展與應用.信陽農(nóng)業(yè)高等專科學校報,2013,13(3):81.