危废焚烧设备的电机拖动控制

2017-01-19肖英明

中国设备工程 2017年24期

关键词：危废控制柜给水泵

肖英明

（山东恒信建设监理有限公司，山东济南 250014）

危废焚烧设备的电机拖动控制

肖英明

（山东恒信建设监理有限公司，山东济南 250014）

本文就危废项目电机的电气拖动控制方式，普通电机与变频电机的区别，变频器的组成、选择、调试、使用，当前存在的问题及解决的方式等问题进行了探讨。

危废设备；普通电机；变频电机；变频器；电机拖动

危废焚烧设备电机的拖动控制通常有3种形式：直接起动、变频启动、变频启动和运行。三者都有自己的优缺点，不同的拖动形式应该采用不同的电机。部分拖动电机的运转，根据工艺要求是在低频的情况下运行，拖动控制在变频技术应用越来越成熟和普遍的情况下，变频器和变频电机的使用就更多，但是由于生产厂家众多、品牌不同、内部结构也差异较大，这就给使用者的选择带来很多困难，设备维护的工程量也增加很多，备品备件的准备也需要增加很多投资。在一个危废焚烧工程项目中，由于分包商较多，大家各自为政，造成一条危废焚烧生产线会有6种变频器的品牌，同时，生产企业电气维修人员相对较少，生产维护经验不足，变频设备检查维护不及时，造成设备的损坏。这就需要我们从设计阶段入手，对变频器的品牌、功能、使用环境和备品备件进行统一的规定，并且贯穿到设备安装、工艺生产的整个过程中，从根本上解决问题。

1 危废焚烧设备电机的运行方式

电动机的拖动形式：直接拖动、变频器启动、变频启动和运行。

1.1 直接拖动

普通三相异步电动机：如普通电机和消防泵的电气控制都是采用直接起动的方式进行。这种方式线路简单，投资少。但是起动电流大，对电网冲击大、耗能大。虽然启动电流较大，但是电机的功率较小对于整个供电系统而言还是能够接受。按照规范规定，消防泵需要直接起动，便于动作迅速，一旦发生火灾消防泵能够立即启动。同样是启动电流过大，对整个供电系统会有冲击。在选择空气开关时，不能单纯用额定电流进行选择。一定要充分考虑电机起动电流过大的因素。

1.2 变频启动

在启动阶段采用变频变压，只是解决启动阶段启动电流过大，起动转矩较大，对设备、电网形成冲击的问题。运行阶段采用全压普通运行方式，能够满足生产工艺要求的需要。频繁启停，会对电机造成损害。危废项目的除臭系统电机只在启动阶段采用变频启动，正常运行时不需要变频。采用普通三相异步电动机。

1.3 变频启动和运行

采用变频器启动变频电机，危废项目的变频电机主要是针对转速有要求的设备，如回转窑电机、引风机电机，急冷塔给水泵。它们大多时间都是在低频率、低速运行，通过变频器和变频电机的使用达到调速的目的，满足焚烧工艺的要求。

2 普通电机与变频电机的区别

2.1 普通电机

普通电机按照固定电压、固定频率来设计，按照正玄波电压运行，当他接在变频器后面，由于变频器输出的是非正玄电压，电机的温升一般要增加10～20%。效率降低，输出功率减少。对电机绝缘强度有冲击，加速电机老化，加大震动和噪声，易损害电机的定子绕组和轴承。

解决方法。电缆30m以内：增加电抗器；电缆300m以内：增加dv/dt滤波器；增加正玄滤波器；增加尖峰吸收器。

2.2 变频电机

变频电机的频率一般按照电机铭牌的频率选择，市场上一般有5～50、50～100、200Hz，额定转速以上是恒功率调速，额定转速以下是恒转矩调试。电机的效率增加10%，对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合优于普通电机，投资较大。

3 电机拖动的控制线路

3.1 普通电机拖动的控制线路

普通电机最常用的控制线路由空气开关、交流接触器和热继电器组成。完成电机的启动、过载、过热和短路保护。只要根据不同的电机、不同的使用场所，不同的工艺要求选择合适的参数即可。如焚烧生产线控制过程中，采用普通风机、普通泵、计量泵、螺杆泵、隔膜泵的电机控制。

3.2 变频电机拖动的控制线路

变频电机常用的控制线路由空气开关、变频器组成。完成变频电机的启动、过载、过热、短路保护和信号传输。如焚烧线的回转窑电机、引风机电机的拖动控制。

4 变频器的组成、选择、安装和调试

4.1 变频器的组成

变频器由以下4部分组成：整流电路、直流电路、逆变电路、控制电路。

变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部电路、外部接口电路以及保护电路几部分组成。控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器主电路提供必要的门极驱动信号。控制电路还通过A/D、D/A等外部接口电路，接受、发送多种形式的外部信号和给出系统内部工作状态，以便使变频器能够对外部设备进行各种高性能的控制。

变频器有直接U/F控制变频器、转差率控制变频器和矢量控制变频器。目前，危废设备生产线中的变频器主要是无传感器矢量控制变频器。

无传感器矢量控制，性能特性接近闭环，省去了速度传感器，维护成本低。与U/F相比，低速运行特性得到改进，变负载下的速度调节能力得到改善，同时还能获得高的起动转矩，在高摩擦与惯性负载的启动中有明显优势。回转窑启动的质量和惯性很大。引风机长期在低频运行，采用ABB变频器非常适合设备的需要。

启动向导-指导用户设置参数，无需进入参数列表；诊断向导-故障时激活，利于快速查找故障；维护向导-监视运行小时或电机旋转；进线电缆直接接到变频器，变频器出线电缆接到电机上即可。助手型控制盘11kW以下标配制动斩波器，便于安装在控制柜面板上。

4.2 变频器的选择

变频器的选择原则：电流匹配，功率匹配。

（1）变频器功率。变频器功率等于电机的功率。大一规格也可以。（2）变频器额定电流。变频器的额定电流大于电动机的最大运行电流。（3）选择变频器时，应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率作为参考。（4）选择变频器要考虑负载的类型。负载类型主要分为3种。①恒转矩负载。链板输送机、传送带、搅拌机。②恒功率负载。风机、机床主轴。③水泵负载。风机、水泵、油泵。（5）当变频器控制罗茨风机时，由于起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。（6）当变频器后接的电缆过长时，应当充分考虑长电缆对地耦合电容的影响。（7）当负载惯性过大时，要增加制动单元和制动电阻。（8）电机的极数多于4极时，要加大变频器容量一挡，避免变频器出力不够，或在变频器的输出端安装输出电抗器。（9）当变频器用于控制并联的几台电机时，变频器到电动机的电缆的长度总和要在变频器的允许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。在此种情况下，变频器的控制方式只能为V／F控制方式，并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。（10）变频器的防护等级要与现场的情况相匹配。要充分考虑焚烧生产线现场的粉尘、腐蚀性气体、高温对变频器的影响，确保变频器的长期无故障运行。（11）如果用于矢量闭环控制，变频器与电机必须匹配，不能大也不能小，如果是重负载可以选重载型。

4.3 变频器的安装

4.3.1 安装在室内控制柜中

（1）危废项目安装在控制柜的变频器包括：链板输送机电机变频控制器、回转窑供风机电机变频控制器、回转窑电机变频控制器、二燃室风机电机变频控制器、除渣机电机变频控制器、石灰给料机电机变频控制器、活性炭给料机电机变频控制器、引风机电机变频控制器。（2）变频器应该垂直安装在控制柜的中部，上部和下要留出排风、进风的空间。（3）变频器上部边缘距离控制柜顶部、下部边缘距离控制柜底部、侧面距离隔板的最小距离应该大于300mm。（4）在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线的供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式，优点是谐波小、节能，特别适用于频繁起动、制动。

4.3.2 安装在现场

（1）危废项目安装在现场的变频器包括：急冷塔给水泵变频控制器、给水泵变频控制器、污水罗茨风机变频控制器、实验室除臭风机变频控制器。（2）变频器控制柜有时安装在现场的钢结构平台上，这样就存在以下隐患：发热、潮湿、灰尘、腐蚀、振动、机械冲击。（3）腐蚀：空气中存在酸、碱性气体易对电子元器件造成腐蚀。（4）发热：急冷塔入口是550°，属于高温会使电子元器件老化。（5）潮湿：周围是急冷补水罐，急冷补水泵，会有水泄漏。（6）振动、机械冲击：控制柜布置在20m平台上，设备电机振动会对控制柜造成振动。可能造成组件、连接件连的连接松动，形成短路。（7）在多粉尘的车间内使用变频器时，要求对控制柜进行整体密封，控制柜顶部出风口应该有防护网和防护顶盖；控制柜底部进风口应该有底板和防护网、进线孔必须密封。建议采用双层门进行密封。（8）危废项目的变频器长期运行在粉尘、腐蚀、潮湿和振动的恶劣环境下，金属结构件、电器元件和导电铜排易产生锈蚀，特别是微机控制板和电源板的细小铜导线锈蚀后会造成损坏。因此在选择变频器时，一定要求变频器厂家对变频器所使用的印刷电路板必须进行防潮湿、防霉变的喷涂处理，结构件要镀镍铬。（9）当需要把变频器的键盘安装在控制柜的前门上时，留下的空洞要严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。

4.4 变频器的现场调试

内容包括：控制柜送电检查、分体调试、带电机空载调试、电机带负载调试，投运调试。

4.4.1 送电检查

（1）检查电气主线路接线正确。（2）检查电气元件接地线正确。（3）控制信号线接线正确。

4.4.2 分体调试

（1）送电检查。（2）运行变频器。（3）观测并记录5、10、20、30、40和50Hz时变频器输出线电压波形，记录结果。

4.4.3 空载调试

（1）设定基准电压、基准频率。（2）5Hz运行检查相序，确定电机正方向运行。（3）工频运行时，电机在空载及最大负载情况下的轴向、水平、垂直的3个方向的振动参数值。（4）测量电机轴温。（5）变频器运行过程中，功率模块散热器进风口温度。（6）观测并记录5、10、20、30、40和50Hz时变频器输出线电压波形，记录结果。

4.4.3 电机带负载调试

（1）电机就地控制、远程控制观测并记录5、10、20、30、40和50Hz时变频器输出线电压波形，记录结果。（2）测量电机轴温。（3）变频器运行过程中，功率模块散热器进风口温度。（4）电机轴向、水平和垂直方向的振动。

5 危废项目电机变频控制

5.1 变频器安装位置、环境及产生效果

安装在控制室、频率5～50Hz、环境温度常温、湿度正常的变频器如：链板输送机变频器、回转窑电机变频器、窑头供风机电机变频器、二燃室风机电机变频器、石灰给料泵变频器、活性炭给料泵变频器、除臭电机变频器、实验室除臭风机变频器。

安装在控制室、恒转矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常温、湿度正常的变频器如：除渣机电机变频器、引风机电机变频器。安装在现场控制室、恒转矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常温、湿度大的变频器如：污水罗茨风机电机变频器。

安装在现场、频率5～50Hz、环境温度高温、腐蚀、振动的变频器如：急冷塔给水泵变频器。

安装在现场、频率5～50Hz、环境温度常温、潮湿的变频器如：给水泵变频器。

5.2 变频器控制变频电机

对于功率大，需要长期低频运行的电机采用变频器控制，如回转窑电机、回转窑供风机、链板输送机、二燃室风机电机、除渣机电机、石灰给料机电机、活性炭给料机电机、急冷塔给水泵电机、引风机电机、罗茨风机电机。拖动回路采用空气开关、变频器、变频电机。

5.3 给水泵控制

给水泵是单台电机变频保压，其它是工频启动、运行。变频器在控制器的控制下变频启动，如达不到目标压力，转入工频，2号泵启动，同理启动3号泵，在达到目标压力后，通过延时，退出工频，单台变频稳压。由于多采用变频器控制普通电机而不是变频电机，这样就造成电机长期在低频运行，易损坏电机。建议采用一台变频电机，其余采用普通电机。延长电机的使用寿命。