带式输煤机变须调速控制

2016-01-08 14:57 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:
  任务3  带式输煤机变须调速控制

    带式输煤机的阻转矩TL的大小与传输速度无关,任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。所以属于恒转矩负载,如图6-38所示。例如注塑机、运输机械、传送带、喂料机、搅拌机、挤压机及加工机械的行走机构等摩擦类负载,这类负载采用通用变频器控制的目的是实现设备自动化、提高劳动生产率、提高产品质量。
变频器拖动恒转矩负载时,低速下的转矩要足够大,并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行,应该考虑通用异步电动机的散热能力,避免电动机的温升过高。当在低速且负载较重的情况下,为提高转矩提升能力而使电压补偿过高,往往容易引起过电流保护动作。选型时应充分考虑这些情况,应选用具有恒转矩性能的通用变频器,必要时应将通用变频器的容量提高一挡,或者采用具有矢量控制或直接转矩控制的通用变频器。
带式输煤机
一、恒转矩负载的变频调速
 电力拖动系统的稳态工作情况取决于电动机和负载的机械特性。因此,在设计拖动系统时,首先必须了解负载的机械特性。
1.恒转矩负载的特点
(1)转矩特点
恒转矩负载的转矩为TI一常数,即负载阻转矩TL的大小与转速nL的高低无关,其机械特性曲线如图所示。
 (2)功率特点
由式知,负载的功率PL和转矩TL、转速NL之间的关系是
                  PL=TLNL/9550        (6-15)
即负载功率与转速成正比,其功率曲线如图6-39 (c)所示。
    2.典型实例
带式输送机是恒转矩负载的典型例子之一,其基本结构和工作情况如图6-39所示。负载阻转矩的大小决定于:
    TL=Fr                                  (6-16)
 
式中,F为传动带与滚筒间的摩擦阻力;r为滚筒的半径。
由于F和r都和转速的快慢无关,所以在调节转速的过程中,转矩TL保持不变,即具有恒转矩的特点。
恒转矩负载及其特性
二、恒转矩负载实现变频调速的主要问题
 对恒转矩负载,在设计变频调速系统时,必须考虑的主要问题是,调速范围能否满足要求,详述如下:
    1.最低工作频率
    变频凋速系统中允许的最低工作频率除了决定于变频器本身的性能及运行模式外,还和电动机的负载率及散热条件有关。
    (1)在不考虑负载率的情况下,能够稳定运行的最低工作频率大致如下:
    有反馈的矢量控制模式:不同品牌变频器的最低工作频率不尽相同,多数变频器通常可达0. 1Hz。
  无反馈的矢量控制模式:一般说来,多效变频器在无反馈矢量控制模式下运行时,工作频率不宜低于5Hz.TD3000系列变频器可达o.5Hz。
    V/F控制模式:最低工作频率通常为1Hz。但是,在最低频率下工作时,电压的补偿量(v/F比)较大,在轻载时,容易引起电动机磁路的饱和,并导致因励磁电流过大而发热。
(2)最低工作频率与控制模式、负载率的关系见表6-20。
各种控制模式的最低工作频率
这里,负载率的定义是电动机轴上的负载转矩(负载折算到电动机轴上的转矩)与电动机额  定转矩的比值,用σ表示。
                σ=T’L/TMN                (6-17)
    2.最高工作频率
    当工作频率高于额定频率时,其有效转矩线具有恒功率的特点。这实际上也说明了,在某一 频率下,其负载转矩为TL:
   T’L=9550PMN/kfnN一TMN/kf               (6-18)
    变频词速系统允许的负载率为:
          σ=1/k1                                                 (6-19)
   
就是说,最高工作频率的大小与负载率成反比。
  3.调速范固
  调速范围即最高转速与最低转速之比,用an表示,变频调速系统的最高和最低工作频率都与负载率有关,所以,调速范围也就和负载率有关。
假设某变频器在外部无强迫通风的状态下提供的有效转矩线如图6-40所示。由图可知,在拖动恒转矩负载时,允许的频率范围和负载率之间的关系如表6-21所示,说明负载率越低,允许的调速范围越大。
某变频器的有效转矩线
不同负载率的转速范围
    4.传动比
    通常,把电动机输出轴的转速与负载输入轴的转速之比称为传动比,用A表示。负载转矩的折算值是和传动比有关的,由式T’L= TL/λ可知,传动比越大,则负载转矩的折算值越小,电动机轴上的负载率也就越小。
    调速范围与传动比的关系由表6-21可知:
    (l)当电动机轴上的负载率为100%时,允许的调速范围是比较小的。
    (2)在负载转矩不变的前提下,传动比λ越大,则电动机轴上的负载率口越小,调速范围(频率调节范围)口。就越大。因此,如果当调速范围不能满足负载要求时,可以考虑通过适当增大传动比λ,来减小电动机轴上的负载率σ,增大调速范围an。
    (3)传动比的选择举例 
      例如,根据工作需要,某恒转矩负载要求最高转速为720r/min,最低转速为80r/min(调速范围an=9),满负载时负载侧的转矩为140N .m。
    原选电动机的数据I  PN =1lW,Nr.=1440r/min。
    原传动装置的传动比为λ=2。
    现采用变频调速,不增加额外的装置(如转速反馈装置及风扇)等,但可以适当改变带轮的直径,在一定的范围内调整传动比。
  答:1)计算负载率
  电动机的额定转矩,根据电动机的额定功率和额定转速求出
          TMN=9550*11/144N·m
2)负载转矩的折算值,根据负载转矩与传动比求出
            L’T=140/2N·M=70N·M
3)电动机的负载率,根据电动机轴上的负载转矩与额定转矩求出
           σ=70/72.95=0.96
4)核实允许的变频范围。由图6-40知,当负载率为o.96时,允许频率范围是19~52Hz,调频范围为
         a1=52/19=2.74≤an
  显然,与负载要求的调速范围相差甚远。
  (4)选择传动比
  由图6-37可知,如果负载率为70%的话,则允许调频范围为6~70Hz,调频范围为                  af=70/6=11.7>an
  电动机轴上的负载转矩应限制在
  T’L≤72.95N·M*70%=51N·M
确定传动比
                    λ≥140/51=2.745
选择                   λ=2.75
 校核    

    可见,增大传动比后,工作频率在允许范围内。
    三、带式输送机的变频调速
    1.带式输送机的分类
    带式输送机的种类很多,这里仅就拖动系统工作特点的不同,作如下区分。
    (1)按运行方式分类
    1)连续输送式。输送机连续恒速运行,如输煤机、生产流水线等。
    2)间歇输送式。运行和停止不断她交替。通常,运行的时间和停止的时间都是一定的。如部分流水生产线,每隔一段时间,所有工件同时向下一个工位移动。
    (2)按负载的变化情形分类
    I)负载基本不变式。如有的生产线的带式输送机,负载的变化通常是不大的。
    2)负载变动式。如输煤机和输矿石机。此外,有的装配生产线的输送机,随着装载部件的不断增加,负载也加大。
    3)按输送的倾斜状况分类
    有水平输送、向上输送、向下输送。
    2.带式输送机的变频调速要点
    因为带式输送机属于恒转矩负载,故前面介绍的方法和结论,对带式输送机都适用,这里不再赘述。但多数带式输送机对调速范围的要求不高,故在决定电动机容量时,可以简化。
    (l)电动机起动转矩TMS的校核
    带式输送机在起动时的静态摩擦系数较大,所以必须校核电动机的起动转矩TMS是否满足要求。
1)    起动阶段的负载系数C
设负载在未考虑静态摩擦系数时的起动转矩(折算到电动机轴上的值)为T’L0,则
 T’L0=CT’L                        (6-20)
负载系数C的大小说明了负载是重载起动,还是轻载起动或空载起动。
2)    起动时的负载转矩T’Ls
设负载的动态摩擦系数为μ1,静态摩擦系数为μ2,则起动时的负载转矩(折算到电动机轴上)的大小为  
      T’Ls=(μ2/μ1) T’L0                         (6-21)
3)变频时电动机的起动转矩TMS
采用无反馈矢量控制功能时,TMS=1.5TMN
采用V/F控制功能时,TMS=1.5TMN
4)电动机的起动转矩满足的主要条件是TMS> T’rs
(2)电动机过载能力的校核
输煤机和输矿石机一类的输送机,短时间的过载是经常发生的(实际工作中,长时间的过载 也常发生,但那不属于正常工作状态,这里不予讨论).因此,必须校核电动机的过载能力。变 频调速时电动机的过载能力βx为1.5,设负载的短时过载系数为1.5.则:
    1)若βx≤1.5,电动机的过载能力满足要求。
    2)若βx>l.5,应考虑加大电动机的容量。
    对于流水生产线用的输送机,一般不必校核过载能力。
    3)变频器的选择
    对于流水生产线类很少过载的输送机,变频器的容量只需与电动机容量相符即可。对于输煤机类时可能过载的输送机,变频器容量应加大一挡。
    如上所述,输送机要求在整个速度范围内具有恒转矩特性,且要求有较大的起动转矩和过载能力,所以最好选用具有无反馈矢量控制功能的变频器。
四、带式输煤机的变频调速
1.负载的特点
(1)机械特性与负荷图如图6-39所示。
(2)负荷工况属于连续变动负载,平均负载率σA=0.9
(3)转速范围
nLmax.=365r/min;nLmin=73r/min (an=5); λ=-4
2.变频器选型
(1)负载对拖动系统的要求如图6-41所示,可选富士G11系列变频器。
(2)变频器容量
因为电动机可能短时间过载运行,所以变频器容量加大一挡,如图6-42所示。
变频器容量的选择
  3.主要功能的预置
  (1)频率给定功能
  1)频率调节电路如图6-43所示。
频率调节电路
2)相关功能的预置见表6-22。
相关功能的预置
  (2)转矩提升功能
  1)富士变频器的U/f线如图6-44所示。
富士变频器的U/f线
2)相关功能的预置见表6-23。
转矩提升功能的预置
 (3)加减速功能
 1)加、减速时间的预置如图6-45所示。
 2)相关功能的预置见表6-24。
)加、减速时间的预置
    (4)保护功能
    1)保护功能的预置如图6-46所示,其中6-46 (a)为动作电流与输出频率的关系,图6-46 (b)为动作电流的反时限曲线。
富士变频器的过载保护
3)    相关功能的预置见表6-25。
保护功能的预置

MM440变频器模拟操作信号控制电动机正反转
1.训练目的
(1)熟悉MM440变频器的基本操作面板。
(2)掌握变频器基本参数的输入方法。
(3)熟练掌握变频器的运行操作。
2.训练器材
(l) MM 440变频器实训操作台1套。
(2)三相交流笼型异步电动机1台。
  3.训练内容
    MM440变频器可通过基本操作板BOP的,按增加/减少输出频率,来设置正反向转速的大小;MM440变频器可以通过6个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制,也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。
    MM440变频器为用户提供了两对模拟输入端口AIN1+、AINl -和端口AIN2+、AIN2 -,即端口“3”、“4”和端口“10”、“11”,如图6-47所示,为用户提供模拟电压信号输入给定频率,经A/D转换传给CPU控制。
    端子1l、2提供10V的直流电源,当采用模拟电压信号输入给定频率时,为提高交流变频系统的调速功能必须配一个高精度的直流电源。
模拟输入作为数字输入时外部线路的链接
    模拟输入回路可以另行配置,用于提供两个附加的数字输入(DIN7和DIN8).如图6-47所示。当模拟输入作为数字输入时,电压门限值如下:
    1. 75 V DC=- OFF
    3. 70 V DC = ON
    用自锁按钮SB1和SB2控制MM440变频器,实现电动机的正转和反转功能,由模拟输入端控制电动机转速的大小。DINl端口设为正转控制,DIN2端口设为反转控制。如图6-48所示,控制过程如下。
  4.训练步骤
  (l)电路接线
  如图6-48所示,MM440变频器的“l”、“2”输出端为用户单元提供了高精度的+10V直流稳压电源。转速调节电位器RPI串接在电路中,调节RP1时,输入端口AINl+给定模拟输入电压改变,变频器的输出量紧紧跟踪给定量的变化,平滑无级地调节电动机转速的大小。
    (2)参数设置
    1)检查电路接线正确后,合上主电源开关QF。
    2)恢复变频器工厂默认值:设定POOIO= 30和P0970=1,按下P键,开始复位,复位过程大约为3rnin,这样就保证了变频器的参数恢复到工厂默认值。
    3)设置电动机参数设置见表6-12。电动机参数设置完成后,设PO010-O,变频器当前处于准备状态,可正常运行。
   4)设置模拟信号操作控制参数。模拟信号操作控制参数见表6-26。
模拟信号操作控制参数
  (3)操作控翩
  1)电动机正转控制。按下电动机正转自锁按钮SB1.数字输入端口DINI为“ON”,由外接电位器RP1来控制模拟电压信号从o~+10V变化,对应变频器的频率从0—2800r/min变化,当放开自锁按钮SB1时,电动机停止。
  2)电动机反转控制。按下电动机反转自锁按钮SB2,数字输入端口DIN2为“ON”,反转转速的大小仍由外接电位器RP1来调节,当放开自锁按钮SB2时,电动机停止。
    5.实训考核及成绩评定
    参见表6-14。

  1.恒转矩负载的特点有哪些?
  2.恒转矩负载变频调速必须注意的主要问题是什么?
(责任编辑:laugh521521)
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