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资金及能源浪费,只要能够有效提高电机的起动转矩,回转窑传动电机的容量是可以大幅度减小的。对变频调速系统而言,其低频段(约1/3基频)输出电压很低,输出转矩过小,是调速系统起动失败的主要原因,为此,变频器制造商在此区间设置了有效的转矩提升功能(通过提高输出电压实现),当转矩提升设定不能满足电机所需起动转矩时,将产生过流,变频器检测计时,达到设定后封锁输出,起动失败。可以明,回转窑运行时,在扬料板的作用下物料始终分布在一侧,负载转矩与起动时相差不大而与物料堆积角关系不大,4#水泥窑起动失败时,变频器始终在同一频率下保护动作,但起动时间设定相差很大,每次物料所达到的高度也不相同,水泥窑起动失败的主要原因,并不是发言人所说的因物料堆积造成负荷偏心使窑体转到一定角度时,引起该点负载起动转矩过大而过流跳闸,而是变频器低速时起动提升转矩过小,起动过程中不足以克服物料偏心和窑体热弯产生的附加阻力矩,造成负载下起动失败。
对于选用PLC参与控制的方案,是很不经济的,笔者认为,只要在1/3基频以下的低速区间设置足够的转矩提升,在其他频率段基本保持恒转矩下V/F曲线的斜率,是能够圆满完成回转窑调速控制的。后经了解,水泥厂的技术人员在4#窑运行2个月后,通过反复试验调整转矩提升参数,顺利地解决了这一问题。目前,系统已正常运行了半年,控制简单,节能显著。
2、不同负载采用变
由于变频器的变频变压特性,使得系统对不同负载的起动各有特点,在设定转矩提升时,应事先分析起动过程特点,利用监视器显示起动电流,边确认边调节,一般在满足起动要求的情况下,提升值越小越好,这样做可减小对系统的冲击或避免造成过流保护。
①通风机负载也称平方转矩(转矩与速度的平方成反比)负载,起动条件良好,一般制造商都提供了由弱到强多种减负载特性曲线供用户选择,可按2中原则设定,但对于系统出口存在初始正压的通风机负载,应考虑附加负载转矩的影响,减小减转矩幅值。
②恒转矩负载近似理想的恒转矩负载,因其负载转矩为一恒定值,故按其实际负载转矩的大小在一族恒定斜率的V/F曲线中设定适当的转矩提升即可。
③特殊负载回转窑性质的负载,正常运行时是一大转动贯量的恒转矩负载,其带物料热态下的起动过程中,由于物料偏心和窑体轻微热弯的作用,此时的负载转矩是一与时间有关的复合性转矩,并由此使系统的起动条件恶化,正是回转窑热态起动的这种特殊性,使许多业内人士束手无策,望而却步,这也是变频调速推广应用十年来,至今没在回转窑拖动中推广应用的关键所在。由上述分析可知,要解决回转窑热态起动困难与其调速范围广、正常运行要求节能的矛盾,就要充分了解负载在各种起动状态下的转矩特性,选用具有较高转矩提升性能的变频器(一般变频器在设定转矩提升时,电压提升通常在10%及以下:如明电THY-FREC-VT210S的提升只有5%,有的变频器对恒转矩负载的提升,V/f曲线是一族不同斜率的直线,难以满足回转窑类负载的起动、节能运行要求),合理设定不同频率(转速)段的V/F曲线斜率,从而满足回转窑起动、大范围调速和节能运行的要求(有些*的变频器,低频段提升电压可高达20%)。目前,有些变频器具备了转矩自动提升功能,可望较好的解决这个问题。3、变频器转矩提升设定应当注意的问题
①对起动条件差的传动系统,选用变频器时应注意核查待选*、规格变频器的转矩提升功能能否满足系统要求,其确定的恒转矩U/F曲线是否斜率可变,以免因选型有误造成损失,这一点对电机可能在低速区(1/3基频以下)长时间运行时尤为重要。 ②在设定变频器转矩提升功能时,要事先分析负载的转矩特性和起动条件,选择相应的提升(减弱)方式,设定时应根据监视器显示的起动电流状况,边确认边调节,使系统处于较佳起动状态。③系统在起动过程中跳闸,应注意区分起动加速时间是否合适、机械负荷是否过大(机械制动作用)等原因,确定转矩提升的设定。
④在转矩提升设定时,应注意在满足起动要求的情况下,尽量减少提升量,避免对系统造成冲击和产生过流现象。变频器转矩限制功能概念及调试
变频器转矩限制可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速、恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
1、变频器驱动转矩及调试驱动转矩功能提供了强大的启动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在较大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会*过较大设定值。驱动转矩大对电动机启动有利,昌晖仪表在实际调试中,曾遇过由于驱动转矩设定值不符合负载要求时,电动机启动后转速上升*其缓慢,有时设定小于40%,变频器的输出频率甚至到不了额定频率50Hz,驱动转矩设定为60%-80%较妥,设定值再增大时转矩也会增大,但电动机的启动电流也将增大,调试时要两者兼顾。调试变频器转矩限制功能2、变频器制动转矩及调试电动机在运转过程中减少给定频率时,则电动机变为异步发电机作为制动器而工作,这就是再生制动,其再生制动力约为电动机额定转矩的10%-20%。如果外接制动时,制动力可达50%-*。该参数的大小将影响减速时的制动力,其设定大小与制动力成反比,即把该参数设定为0%,相当于有*的制动力,设定为20%,相当于有80%的制动力。制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加、减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于O,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转,而不会跳闸。但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复启动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。
昌晖仪表工程师在某台水泵的调试中,曾将制动转矩设定为20%,但在50Hz频率时断开正转(FWD)开关或调电位器减快时,变频器就出现过压(OU)报警,后将该参数再减小,就没有再出现过压报警。还有一次某公司人员在调试55kw的给水泵时,只要一减速就出现OU报警,反复调整加、减速时间等参数没有改观,后求助昌晖仪表,到现场后,经观察所有参数设定基本是合理的,作者只是把制动转矩参数改为0%,使其制动力较大,就没有再出现过压报警了,并还把原来设定的减速时间又缩短了一点。变频器的参数设定调试应结合现场实际灵活进行。
各型变频器对加、减速时间的定义有所不同,大致有以下两种:加速时间就是变频器的输出频率从0Hz上升到较大频率所需要的时间,减速时间是指从较大频率下降到0Hz所需要的时间。2、加速时间是变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率所需要的时间,减速时间是指从基本频率下降到0Hz所需要的时间。
在多数情况下,变频器的较高频率和基本频率是一致的。通常是用频率设定信号的上升、下降来确定加、减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。
加减速时间设定正确与否将影响到电动机拖动系统的过渡过程,对于过渡过程仪表工并不陌生。变频器加、减速时间的长短决定了频率上升的快慢,加速时间短,则频率上升快,但由于惯性的原因,会出现电动机转子的转速跟不上频率的上升,而使转子中的感应电动势和感应电流加大,使加速电流上升,加速时间如果设定得太短,可能会出现过电流跳闸现象。
通常说变频器加速时易过流,减速时易过压,这是怎么回事?当减速时间设定得太短时,频率下降快,当频率下降时,旋转磁场的同步转速也下降,但转子的转速因为惯性而不可能马上下降,于是会出现转子的转速大于同步转速的情况,转子切割磁力线的方向与原来了,绕组中感应的电动势和电流方向也都这样电动机变成了发电机,处于再生制动状态,而使变频器功率模块上的直流电压升高,而出现过电压。当减速时间设定得太长时,也会有发电机效应,但发电较少,电压升高不多。
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变频器加、减速时间的长短是针对某一特定拖动负载而言的,假设加速时间设定为18s,对于惯性很小的拖动负载,18s可能显得长了;但对于惯性很大的拖动负载,18s可能又显得太短了。设定加、减速时间时,应了解拖动负载的惯性大小,有针对性地来设定加、减速时间,对惯性小的加、减速时间应设定短些,对惯性大的则应设定长些。
变频器加速时间设定要点,将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸。减速时间设定要点,防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加、减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长的加、减速时间,通过启、停电动机观察有无过电流、过电压报警;将加、减速设定时间逐渐缩短,通过启停电动机、空转和带负载运行,再结合实际稍作调整,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出较佳的加、减速时间。
对于加速时间需要较长的负载,则应设定“长时间加速”功能,这样对于60s以上的加速运行过程,变频器将自动延长加速时间,该功能动作时,加速时间将自动延长至所设定加速时间的3倍。该设定是防止由于过电流使变频器内部温度上升而跳闸。
变频器加速模式和减速模式选择变频器加速模式和减速模式选择又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、S形、半S形等几种模式,各模式的特点和用途如下。
1、线性模式该模式使变频器的输出频率随时间成正比上升,通常大多选择线性曲线,其可适应大多数的负载。 2、S形模式
该模式在加、减速的起始和终了阶段,频率的上升、下降较缓慢,加、减程呈S形,目的是为了减少机械系统的冲击和振动。S曲线适用于恒转矩负载。
3、半S形模式该模式有两种方式,一种方式是在加、减速的起始或终了阶段,按线性模式进行加、减速,对于变转矩负载如风机等,由于在低速时负荷较轻,故可按线性模式加速,而高速时负荷较重加程应减缓,以减少加速电流。而另一种方式是在起始或终了阶段,按S模式进行加、减速。其常用于惯性较大的负载。
选择变频器加、减速模式时可根据负载转矩特性,选择相应的模式即可。但有时也有例外,如昌晖仪表工程师在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速模式选择为半S形模式,一启动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,改为S模式后就正常了。究其原因,启动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这时选择S模式,使刚启动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有启动直流制动功能的变频器所采用的方法。为方便用户正确理解和调试变频器“转矩矢量控制”和“节能控制”功能,云南昌晖仪表制造有限公司工程师在本文对变频器“转矩矢量控制”和“节能控制”功能做详细介绍。
1、转矩矢量控制直流电动机的调速特性公认是较好的,它的主磁场和电枢磁场在空间是相互垂直的,它的励磁电路和电枢电路是相互独立的,在调速时只需调节其中的一个电路的参数即可。有人就设想能否参考直流电动机的调速特点,来调节异步电动机的磁场电流和转矩电流,并假想其为两个旋转着的直流磁场信号,当频率给定信号改变时,也和直流电动机一样,只改变其中的一个信号,从而使异步电动机的调速控制具有直流电动机的特点,并能得到与直流电动机类似的机械特性,来解决低频率时的带负载能力。
转矩矢量控制矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。具体的矢量控制方法就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,将两者合成后的定子电流输出给电动机。从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出较大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。矢量控制主要用于:对动态响应要求较高的机械、有硬机械特性的机械,在四象限运行的起重机与电梯等设备。
矢量控制可根据现场应用是否需要转速反馈信号,而分为无反馈和有反馈的矢量控制。但不管采用什么形式的控制,要实现矢量控制,就必须根据电动机的参数进行等效变换和计算。由于矢量控制要根据电动机的参数进行运算,其使用有其特殊性,矢量控制只适用于一台变频器拖动一台电动机的场合,无法用于一拖多的场合;有的变频器对电动机的磁*数还有规定,用得较多的是4摄电动机;电动机和变频器的容量一定要匹配,否则可能就无法使用矢量控制功能。大多变频器都采用无反馈矢量控制,因为变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。
矢量控制功能的设定较简单,只需根据现场的情况选择“有效”和“无效”即可。但能否实施关键在于对电动机数据的手动输入或自动读取工作,这是实现矢量控制的必要条件,如果被控电动机的参数不能准确地提供给变频器进行运算,那矢量控制就难以实现了。