位能負載條件下的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

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摘要：本文分析了位能負載的物理特性，控計了提升機械變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計思想和分析計算方法，對變頻設(shè)備的合理選用進行了研究。

　　關(guān)鍵詞：提升機　變頻調(diào)速　制動

　　一、概述

　　物品提升機械是國民經(jīng)濟各行業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，在各工礦企業(yè)中大量使用，如工廠的行吊、港口碼頭的塔吊、礦井提升機、高爐卷揚機、民用電梯、軋機升降臺、以及油田抽油機等，都是典型的提升機械。這類設(shè)備大多采用繞線式電動機作為主驅(qū)動，用于提升或下放重物，具有典型的位能負載特性。

　　由于啟動及調(diào)速成等方面的需要，通常都是在繞線式電動機的轉(zhuǎn)子回路串接電阻，從而降低電機啟動電流，并實現(xiàn)電動機的分級調(diào)整。這種控制方式帶來如下弊端：

　　1、轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。

　　2、電阻分級切換，實現(xiàn)有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，引起電氣及機械沖擊。

　　3、再生發(fā)電時，機械能回饋電網(wǎng)，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低。尤其在供電饋線較長的應(yīng)用場合，會加大變壓器、供電線路等方面的投資。

　　4、接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，影響接觸器的使用壽命，設(shè)備維修成本較高。

　　5、繞線電動機滑環(huán)存在的接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故。

　　隨著交流電動機變頻調(diào)速器的應(yīng)用和普及，人們已開始淘汰繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速這一落后的調(diào)速方式，采用先進的變頻調(diào)速技術(shù)取而代之，實現(xiàn)了提升機械的平滑調(diào)速和節(jié)能運行，并將電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高到0.95以上，同時省去了調(diào)速接觸器、正反轉(zhuǎn)接觸器等軟件，完全解決了傳統(tǒng)提升機械的存在的固有缺陷，使設(shè)備性能行到極大提高。

　　二、位能負載的調(diào)速特性提升機械用于提升或下降位能負載，無論是過平衡或欠平衡配置，必然存在電動和再生發(fā)電兩個工作區(qū)。

　　變頻調(diào)速特性為一組平行的曲線，同于變頻器的頻率可以連續(xù)可調(diào)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級調(diào)速。

　　三、變頻器的容量選擇提升機械采用變頻器進行控制時，可以遷用鼠籠型電動機，對于原使用繞線式電動機的提升機械，可將繞線式電動機的轉(zhuǎn)子短接，當作籠型電機使用。

　　常用的電動機為ＹＺ系列鼠籠型電動機和ＹＺＲ系列繞線型電動機，這兩個系列的電動機，都是以工作制Ｓ3及負載持續(xù)率40%的定額作為基準定額。電動機的額定值選定后，應(yīng)選擇相應(yīng)的變頻器容量。

　?。伲诤停伲冢蚁盗须妱訖C的過載力矩一般為2.2-2.8倍，為了充分發(fā)揮電動機的負載能力，提高起重設(shè)備的安全性能，采用變頻器進行控制后，必須保證變頻器－電動機系統(tǒng)具有2.2-2.8倍的過載能力。由于普通變頻器的過載能力一般為150%一分鐘，瞬態(tài)過載力矩只能達到180%－200%，因此必須提高所適配的變頻器容量，以便提高變頻器－電動機系統(tǒng)的瞬時過載能力。

　　由上述可知，只要把變頻器的容量提高20%左右，即可使變頻器－電動機系統(tǒng)的瞬時過載能力提高到2.0-2.4倍，基本滿足要求。因此，應(yīng)選擇變頻器額定容量為電動機額定容量的120%以上，即把變頻器的容量提高一個等級。如45KW的電動機，應(yīng)配置55KW的變頻器，且變頻器應(yīng)具有較大的過載能力，過載率在150%一分鐘以上。

　　四、制動組件的合理選用，再生發(fā)電時機械能被轉(zhuǎn)換成電能，回饋到變頻器直流側(cè)的電容器上，其結(jié)果將使直流回路的電壓升高，當電壓升高到某一設(shè)定值（如750V），制動單元自動控制放電用開關(guān)管導(dǎo)通，電能向制動電阻上泄放。制動單元動作后，泄放的能量大于回饋能量，直流回路的電墳開始下降，當它下降到某一設(shè)一值（如630V），則制動單元自動控制放電用開關(guān)管關(guān)閉，停止放電。這一充電與放電過程由變頻器和制動組件自動完成，維持直流回路電壓在一個安全的范圍之內(nèi)。