基于富士变频器带式输煤机变频调速控制

张瑞林

(德州职业技术学院，山东德州 253000)

基于富士变频器带式输煤机变频调速控制

张瑞林

(德州职业技术学院，山东德州 253000)

带式输煤机的阻转矩属于恒转矩负载，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。分析了恒转矩性能的通用变频器的选型，同时充分考虑低速、大转矩情况下为提高转矩提升能力而使电压补偿提的过高及过电流保护动作，必要时应将通用变频器的容量提高一档，或者采用具有矢量控制或直接转矩控制的通用变频器。

输煤机;恒转矩;变频器

1 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。

恒转矩负载的特点如下。

(1)转矩特点:

即，在不同的转速nL下，负载的阻转矩TL基本保持不变，其机械特性曲线如图1(b)所示。

(2)功率特点:

由式(1)知，负载的功率PL、转矩TL、转速nL之间的关系是

即，负载功率与转速成正比，其功率曲线如图1(c)所示。

图1 恒转矩负载及其特性

2 恒转矩负载实现变频调速的主要考虑问题

对于恒转矩负载，在设计变频调速系统时，必须考虑的主要问题是变频调速的范围能否满足要求，具体选择如下。

2.1 最低工作频率的选择

在电机变频调速系统中所允许的最低工作频率除了决定于变频器本身性能及运行模式外，还与电机的负载率及散热条件有关。不同运行模式下的最低工作频率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有如下三种方式。

(1)有反馈矢量控制模式:各种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 0.1 Hz。

(2)无反馈的矢量控制模式:多数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5 Hz。

(3)U/F控制模式:最低工作频率通常为1 Hz。但是，在低频率下工作时，由于电压的补偿量较大，所以在轻载时容易引起电机磁路的饱和，造成励磁电流过大而发热。

电机的最低工作频率与电机的控制模式、负载率、散热的综合关系如表1所示。

表1 各种控制模式的最低工作频率

2.2 最高工作频率的选择

如果当电机的工作频率高于额定频率时，其转矩就具有恒功率的特点，如式(4)所示。在高于额定频率的某一频率下，其负载转矩的折算值为

表1中所述的负载率是指电机转轴上的折算转矩与电机额定转矩的比值，一般用σ表示，具体如式(3)所示:

由式(2)、式(3)可得出:高频下变频调速系统允许的负载率σ如式(5)所示，式(5)说明，电机的最高工作频率与负载率σ成反比:

2.3 调速范围的选择

如上文所述，变频调速系统的最高和最低工作频率都和负载率有关，由此推出，电机的调速范围也与负载率有关。

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曲线，如图2所示。由图2分析可知，电机在拖动恒转矩负载时，允许的频率可调范围与负载率两者之间的关系如表2所示，由表2可知负载率越低，允许的电机调速范围越大。

图2 某变频器的有效转矩线

表2 不同负载率时的转速范围

2.4 传动比的选择

电机负载转矩的折算值T'L与传动比λ有关，如式(6)所示:

由式(2)、式(5)可知，传动比λ越大，则负载转矩的折算值T'L就越小，电机轴上的负载率σ也越小。如表2可知，在负载转矩不变的前提下，传动比λ越大，则电机轴上的负载率越小，调速范围越大。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，来减小电机轴上的负载率，增大调速范围。

3 带式输送机的变频调速

因为带式输送机属于恒转矩负载，故前面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，故在决定电机容量时，可以简化。

带式输送机的变频调速要点如下。

(1)电机起动转矩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

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

③变频时电机的起动转矩TMS。采用无反馈矢量控制功能时，TMS=1.5TMN;采用U/F控制功能时，TMS=1.5TMN。

④电机的起动转矩满足要求的主要条件是TMS＞T'LS。

(2)电机过载能力的校核。

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，长时间的过载也时时发生，但那不属于正常工作状态，这里不予讨论)，因此，必须校核电机的过载能力。变频调速时电机的过载能力βx为1.5，设负载的短时过载系数为 1.5，则:

① 若 βx≤1.5，电机过载能力满足要求;

② 若 βx＞1.5，应考虑加大电机的容量。

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。

①变频器的容量。对于流水生产线类很少过载的输送机，变频器的容量只须与电机容量相符即可。对于输煤机类可能过载的输送机，变频器容量应加大一档。

②变频器的类型。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，故，最好选用具有无反馈矢量控制功能的变频器。

4 带式输煤机的变频调速

4.1 负载的特点

(1)负荷工况，属于连续变动负载，平均负载率 σA=0.9。

(2)转速范围:

4.2 变频器选型

(1)负载对拖动系统机械特性及动态响应的要求见图3，经分析可选富士G11系列变频器。

图3 恒转矩负载对拖动系统的要求

(2)变频器容量。因为输煤机电机可能短时间过载运行，所以变频器容量加大一挡，见图4。

图4 变频器容量的选择

4.3 主要功能的预置

4.3.1 频率给定的相关功能

(1)频率调节电路如图5所示。

图5 频率调节电路

(2)相关功能的预置如表3所示。

4.3.2 转矩提升功能

(1)富士变频器的转矩提升功能如图6所示。

(2)相关功能的预置如表4所示。

4.3.3 加、减速时间的预置

(1)加、减速时间的预置如图7所示。

(2)相关功能的预置如表5所示。

4.3.4 保护功能

(1)保护功能的预置如图8所示。

(2)相关功能的预置如表6所示。

表3 频率给定的功能设置

图6 富士变频器的转矩提升功能

表4 转矩提升功能设置

图7 加、减速时间的预置

表5 加减速时间功能设置

图8 富士变频器的过载保护

5 结语

如上所述，当变频调速系统用于拖动恒转矩负载时，适当加大传动比，可以扩大变频调速系统的允许调速范围，使之满足负载对调速范围的要求，这种方法也可用于适当提高负载在最低速时的运行频率，当变频调速系统用于拖动恒功率负载时，增大传动比，从而也提高电机的工作频率，可收到减小系统容量的效果。

表6 保护功能设置

［1］胡宗岳.现代交流调速技术［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［2］肖朋生.变频器及其控制技术［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［3］张燕宾.变频器460问［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［4］李方圆.变频器行业应用实践［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［5］丁斗章.变频器调速技术与系统应用［M］.北京:机械工业出版社，2005.

Belt Type Conveyer Variable Frequency Speed Regulation Control Based on Fuji Inverter

ZHANG Ruilin
(Dezhou Vocational and Technical College，Dezhou 253000，China)

The resistance belt drive turn coal are constant torque load，such load frequency control using a common objective is to achieve equipment，automation，improve labor productivity，improve product quality.The performance of general-purpose constant torque converter selection was analyzed，taking full account of low-speed，high torque situations to enhance the ability to increase torque to mention leaving the high voltage compensation and over-current protection action，if necessary，should be selected with GM should increase the capacity of a file converter，or the use of the vector control or direct torque control of general purpose inverter.

coal;constant torque;inverter

TM 921.51

A

1673-6540(2012)09-0060-05

2011-09-13