环冷小车自动放料系统的变频器改造
Reformation
of VFD for
automatic feeding system of ring-cooler
林福圣15081708286
天津天铁冶金集团炼铁厂动仪车间
摘要:变频器由于其卓越的控制性能,已经越来越多的应用于生产过程中。本文详细阐述了变频器在机械定位、行走等方面变频器的优越性能,以及它的工作原理及控制特点,还讲述了变频器在环冷小车上的使用情况和如何维护。
关键词:变频器 工作原理 维护
Abstract:The VFD has been more and more widely used in practical production due
to its superior performance. This paper describes the
superior performance of The VFD in mechanical positioning, walking and other
aspects, as well as its working principle and control characteristics, also
describes the use of The VFD in ring-cooler and how to maintain it.
Keywords:VFD working
principle maintain
1、引言
天铁集团炼铁厂四号烧结机于2006年开工建设,2008年投产,主要为新建设的6#高炉提供烧结矿。环冷系统主要是为刚出来的烧结矿进行降温,而环冷小车主要是对环冷过程中的漏料、碎料进行回收的设备。设计之初,环冷小车采用的是人工控制的方法,对小车进行行走、定位、装料、放料等生产过程进行控制。由于现场粉尘大,工人工作环境差,时间长,对岗位工人身体有比较大的危害,经公司领导决定对环冷小车进行自动化改造,使其具有自动行走、定位、放料等功能。
2、设备概况
天铁集团炼铁厂四号烧结机环冷小车主要部件由矿料收集仓、行走小车、两部分组成,其中矿料收集仓是对环冷过程中的漏料和碎料进行收集的设备,而行走小车则是对矿料收集仓进行运输的设备,行走小车电机为3KW,启动方式为直接启动,机械冲击比较大,而且小车接料口与环冷放料口对位比较麻烦,经常要对几次位才能成功,对位不正就会漏料,既影响环境还增加岗位工人的劳动强度。
3、变频器的工作原理及优点
3.1、变频器工作原理
变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。如图1,变频器工作原理。
图1 变频器工作原理图
3.1.1、 整流器
它的作用就是把三相(或单相)交流电源整流成为直流电源。变频器中的整流器可由二极管或晶闸管单独构成,也可由两者共同构成。大多数中、小容量的变频器中,整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
3.1.2、 逆变器
它的作用与整流器相反,是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电,以实现交流电机变频调速。
3.1.3、控制电路
这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成,它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器,同时它也接收来自这部分的信号。
总的来说,变频器的主要作用就是把三相不可调的交流电通过整流逆变等控制过程,变为频率电压可调的交流电,从而起到电动机的软起软停,控制电动机的转速,以及节能降耗等作用。
3.2、变频器优点
⑴ 控制电机的启动电流,提高绕组的承受力,使电机的维护成本降低,增加电机的使用寿命;
⑵ 降低电力线路电压波动。使用变频调速后,可以在零频零压启动后逐步增加启动电压,从而减小电网电压的波动;
⑶ 降低启动时需要的功率;
⑷ 变频调速能优化工艺过程,还可以远程控制实现速度的变化;
⑸ 变频器具有过载、缺相、过流、三相不平衡等电动机的全面保护,性能更加可靠;
⑹ 数字控制起停,抗干扰性强;
⑺ 停止方式多样,它能减少对机械部件和电机的冲击,增加系统的寿命,使系统更可靠;
⑻ 电机反向控制更加简便。使用变频器控制电动机反向运行时,只需要改变输出电压的相序即可,不用额外的反向控制装置,使维护成本降低;
4、变频器的选型和电路设计
4.1、变频器选型
变频器选型应根据电机容量和使用环境来进行选择(见表1),四烧所应用的变频器主要选用了施耐德ATV71变频器,为了方便和设备的通用性,我们也选择ATV71变频器。
表1 ATVA71变频器与电机容量对照表
电机容量KW
|
线路电源输入(AC380~)
|
变频器输出In
|
ATV71
|
0.75KW
|
3.7 A
|
2.3A
|
ATV71H075N4
|
1.5KW
|
5.8 A
|
4.1 A
|
ATV71HU15N4
|
2.2KW
|
8.2 A
|
5.8 A
|
ATV71HU22N4
|
3KW
|
10.7 A
|
7.8 A
|
ATV71HU30N4
|
4KW
|
14.1 A
|
10.5 A
|
ATV71HU40N4
|
5.5KW
|
20.3 A
|
14.3 A
|
ATV71HU55N4
|
7.5KW
|
27 A
|
17.6 A
|
ATV71HU75N4
|
11KW
|
36.6 A
|
27.7 A
|
ATV71HD11N4
|
15KW
|
48 A
|
33 A
|
ATV71HD15N4
|
18.5KW
|
45.5 A
|
41 A
|
ATV71HD18N4
|
22KW
|
50 A
|
48 A
|
ATV71HD22N4
|
30KW
|
66 A
|
66 A
|
ATV71HE30N4
|
37KW
|
84 A
|
79 A
|
ATV71HD37N4
|
45KW
|
104 A
|
94 A
|
ATV71HD45N4
|
55KW
|
120 A
|
116 A
|
ATV71HD55N4
|
75KW
|
167 A
|
160 A
|
ATV71HD75N4
|
由于环冷放料小车的行走电机功率为3KW,所以由选型表我们选择ATV71HU30N4变频器。
4.2、主回路和控制回路的设计
ATV71变频器在环冷小车中的主回路和控制回路如图2
图2 主回路和控制回路原理图
(1)L11、L12、L13是主回路输入端子,连接的是三相电源;
(2)U、V、W是主回路输出端子,连接的是三相异步电动机;
(3)KM为变频器的上电接触器,现场选择开关无论选择手动或连锁,KM接触器都上电,变频器得电。K1、K2分别为控制小车前后移动方向的继电器,给变频器信号后,可以控制小车前进或后退。变频器的R1B-R1C常闭触点为变频器故障监控触点,当变频器故障时,故障继电器Kf得电,从而在PLC或监控电脑上可以显示出来。变频器上R2A-R2C常开触点为变频器运行监控触点,变频器运行时,运行继电器KR得电,从而可以由PLC或监控电脑进行查询。KA2继电器为联调继电器,当KA2得电后,可以由PLC或监控电脑进行电机调速,控制小车速度,当KA2没有得电时,可以由现场进行电位器调速。
4.3、参数设定
在ATV71的使用时,我们应该对对应的参数进行整定,主要设定参数为:
控制模式
电机设定
起始电压
加速时间
电机频率设定
变频器运行、故障设定
4.3.1控制模式
ATV71变频器主要有以下几种控制方式:
Term:端子
HMI:图形显示终端
MDB:集成Modbus总线
CAN:集成CANopen总线
NET:通信卡
在环冷小车电机控制上,我们主要应用了Term端子控制、HMI图形显示终端和MDB这三种控制方式。端子控制方式,主要是由电工进行参数设定和调试时应用的控制方式。Term端子控制,主要是岗位工人进行手动操作时应用。操作室进行控制则是通过MDB集成Modbus总线的方式。
4.3.2电机设定
在变频器上我们主要设点电机的额定功率、额定电流、额定转速。这部分设置主要对应电机的铭牌。
4.3.3起始电压
电动机起动的过程中,电动机输出的转矩随着电压的增大而增加的。当变频器输出的电压较低时,电动机的转矩小于负载的静摩擦的力矩,电动机不能转动;随着它输出电压的增大,当电动机的转矩克服负载的静摩擦力矩时,电动机就开始转动。环冷放料小车电机主要带动的是轨道轮,摩擦力较小,因此,在实际应用过程中,可适当的减小变频器的起始电压(一般设定为110V),这样电动机的机械的冲击比较小,延长了电动机和机械的使用寿命。
4.3.4加速时间
加速时间指的是由变频器由起始电压上升到全压时所用的时间。起始时间要根据实际生产来设定,过长或过短都不行,过短了可能引起电机加速时间过短导致启动电流过大缩短电机的使用寿命,甚至可能引起过电流跳闸。
4.3.5电机频率设定
频率设定主要进行预设速度的设定,这里我们主要设定两个预设速度50Hz和20Hz。第一个频率50Hz是对小车电机正常行走时频率的设定,第二个频率20Hz是对小车减速和对位时的频率设定。
4.3.6变频器运行、故障设定
对R1和R2进行设定分配分别为故障和运行。
变频器运行是对变频器内部继电器R2进行设定,用于监视和控制变频器运行,故障设定是对内部继电器R1设定,用于监视变频器的故障报警。
5、日常维护
(1)定期清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘,检查变频器冷却风扇旋转是否正常。
(2)检查变频器环境是否过热、过潮,冬天有无结露,如有结露,则会降低变频器的绝缘等级,有可能引起变频器的短路等故障。
(3)检查螺丝钉、螺栓以及插件等是否松动,变频器及马达是否有异响。
(4)检查输入输出电抗器、接触器是否过热、是否有短路打火痕迹。
6、效果
在环冷小车电机加装变频器改造后,电动机在启动时更加平顺,再无小车突然向前冲的现象。在小车到达减速位时,平滑的减速也减少了机械对电机的冲击,过程更加平稳。小车到达停止位停车时,因为提前的减速,时小车能更精准的停在料斗的下方,岗位工人的工作量明显下降。
通过对环冷小车的变频器改造的监控显示,设备运行可靠,稳定性高,机械故障率有显著的下降,降低了岗位工人的工作强度。对于电工来说,变频器的中文操作面板,操作与维护都更加简便。由变频器的诸多优点可知,它将越来越多的应用的生产生活中。
参考文献
[1] 王延才.变频器原理及应用.机械工业出版社.2009.07
[2] 施耐德电气公司ATV71安装手册