變頻器在水平推動篦式冷卻機上的應(yīng)用

1　原設(shè)備情況

　　我公司擁有5臺Φ3.5m×145m濕法回轉(zhuǎn)窯，采用2.2m×12.6m水平推動篦式冷卻機，減速機為ZQ750型，速比48.57，采用的Z₂-81型直流電動機功率為17kW，電源部分是由北京整流器廠生產(chǎn)的KGSA11-100/230型可控硅整流設(shè)備。由于水平推動篦式冷卻機的工作特性和生產(chǎn)工藝要求，普遍使用直流調(diào)速系統(tǒng)，而且直流電動機起動性能和調(diào)速性能都很好，所以保障了生產(chǎn)的正常進行。但由于直流電動機日常維護工作量大，特別是工作在粉塵較大的場合，整流子、碳刷磨損較快，需經(jīng)常停機檢修、維護，不僅需要投入較多工作量，檢修成本較高，而且由于停機造成熟料不能快速冷卻，冷卻機篦床因高溫損壞。

2　改造方式

　　1999年3月我們采用高性能的三相交流變頻器對冷卻機進行了改造嘗試。考慮到試驗中的風險，同時為了保證試驗成功，改造時保留了直流電動機的安裝底座和可控硅整流設(shè)備。

2.1　電動機的選擇
　　因直流電動機較三相交流異步電動機起動力矩大，特性硬，過載能力強，所以電動機的功率應(yīng)加大。
　　原直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩:
　　M_ZN=P/Ω_ZN=P/(2πn_ZN/60)
　　=(60/2π)×(P_ZN/n)
　　=9.55×(17×103/1000)
　　=162.35N·m
式中:M_ZN———直流電動機額定轉(zhuǎn)矩；
　　P_ZN———直流電動機額定功率；
　　Ω_ZN———直流電動機額定角速度；
　　n_ZN———直流電動機額定轉(zhuǎn)速。
　　應(yīng)選用的交流電動機的功率:
　　P_N=0.83M_ZNΩ₁
　　=0.83M_ZN(2πn₁/60)
　　=0.83×162.35×(2π×1500/60)
　　=21155.83W
式中:P_N———交流電動機額定功率；
　　Ω₁———交流電動機額定角速度；
　　n₁———交流電動機同步轉(zhuǎn)速。
　　所以選用Y180L-4型、22kW交流電動機。
2.2　變頻器的選擇
　　

由于我們已使用了多臺富士FRENIC變頻器，且使用效果良好，所以我們?nèi)赃x用了富士產(chǎn)品。根據(jù)富士產(chǎn)品說明書，選擇了FRN22G9S4型，并利用公司庫存的1臺FRN030G7-4(額定容量46kVA、額定輸出電流60A、使用電動機30kW)。
　　2000年2月又改造了1臺，變頻器使用了ABB公司的ACS60100253型(使用ACS4010253X型即可)，改造后一切正常。

2.3　改造步驟
　　1)22kW交流電動機的軸頭直徑與17kW直流電動機的軸頭直徑不同，需另加工1個聯(lián)軸器(最好加工1對)。
　　2)根據(jù)原17kW直流電動機安裝支座和22kW交流電動機底座尺寸，制作1個夾墊，放在它們之間，用螺絲分別加以固定。
　　3)如使用富士變頻器，需配1只0～1500r/min(0～10VDC)的轉(zhuǎn)速表、1只75/5的電流互感器和1只0～75A的電流表，但由于電流互感器安裝在一次線路上，這時的電流只能作為參考；如使用ABB變頻器，需配1只0～1500r/min(0～20mADC)的轉(zhuǎn)速表和1只0～75A(0～20mADC)的電流表，這樣測得的電流比較準確。
　　4)將原電纜改為VV-1、3×16mm²二芯屏蔽線若干；原按鈕和電位器仍可利用。

3　有關(guān)參數(shù)設(shè)定簡介

1)電動機參數(shù):根據(jù)所選銘牌，輸入變頻器需要的參數(shù)。
　　

2)保護:根據(jù)工作性質(zhì)平均負荷情況確定，設(shè)定為變頻器額定輸出電流的70%左右。
　　

3)輸出頻率:根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，沖程量經(jīng)減速機速比折算得出，設(shè)定上限為40Hz，下限為30Hz，設(shè)定完畢后用電位器能調(diào)速的范圍在30～40Hz(900～1200r/min)之間，已能滿足生產(chǎn)要求。
　　

4)加速時間:根據(jù)起動負荷大小、電動機起動力矩大小和變頻器最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(百分比)確定起動加速時間，由于變頻器具有良好的保護性能，所以加速時間可通過實踐來確定，我公司設(shè)定為10s。
　　

5)減速時間:減速時間理論上可設(shè)為0s，但由于水平推動篦式冷卻機停機時會出現(xiàn)過壓報警，所以應(yīng)適當延長停機時間，我公司設(shè)定為30s。
　　

6)再生回饋控制:電動機在起動后，轉(zhuǎn)速自零開始，經(jīng)10s后加速達到900r/min(30Hz)，此時突然出現(xiàn)跳閘，變頻器無輸出，顯示器顯示電動機轉(zhuǎn)速達到900r/min時出現(xiàn)了過電壓現(xiàn)象。我們試驗了幾個下限頻率(如25Hz、20Hz等)，都出現(xiàn)了電動機轉(zhuǎn)速達到下限時因過電壓跳閘，變頻器無輸出情況。經(jīng)分析其原因如下:由于水平推動篦式冷卻機篦床是水平往復(fù)式運動，每個運動周期由正向加速-正向減速-停止-反向加速-反向減速-停止循環(huán)組成，如果此時電動機處在加速狀態(tài)(0～900r/min)，電動機的作用力大于篦床等的阻力，電動機正常工作；當電動機轉(zhuǎn)速達到900r/min后，篦床由停止-反向加速(或停止-正向加速)過渡時，由于篦床受物料的阻力作用和傳動力臂重力作用，會對電動機產(chǎn)生一個反向加速力，使電動機在此時處在發(fā)電狀態(tài)，由此產(chǎn)生回饋再生電動勢疊加在電動機定子上，變頻器產(chǎn)生過壓保護動作，所以應(yīng)適當調(diào)整該參數(shù)(富士變頻器調(diào)參數(shù)34，ABB變頻器調(diào)參數(shù)20.05)。
　　

在實際應(yīng)用中我們也發(fā)現(xiàn)變頻器設(shè)定輸出1200r/min(40Hz)時，實際工作在1140～1260r/min(約38～42Hz)之間變化，這也是以上原因產(chǎn)生的。

4　效果

　　經(jīng)過24個月的連續(xù)使用(第2臺13個月)，證明這樣的改造是成功的，不但保障了冷卻機的安全運行，還減少了日常維護工作和維修配件等成本，同時也有節(jié)能效果。