离心机中变频器的分析

1、引言

　   从整体上看，我国分离机械技术水平与国外先进水平相比存在较大差距。主要表现在：分离机械品种、规格少，不能完全满足国内生产需要，特别是分离物料粘度大、精度细的机械，效率高、生产能力大、自动化程度高的分离机械绝大多数依赖进口，从分离机械的发展来看，数字交流变频器将替代原来的电磁调速、直流调速、液力偶合调速、多速电机，而逐步成为分离机械的主要驱动装置。　　

        本文采用的ACS550是ABB公司最新推出的智能性变频器，该系列变频器用于0.75KW～355KW低压交流传动。它能精确地控制速度和转矩，能匹配现有的标准鼠笼异步电动机。ACS550具有三种控制方式，即标量V/F控制、无传感器矢量控制、转矩控制，所以该款变频器不仅能够适合于最简单的电机运转，同时也可以应用在复杂的工作场合。其可靠的过载能力设计，也可以同时满足普通负载和重载工作。分离机械的驱动电机一般分为单电机驱动和多电机驱动两种，本文将主要介绍ACS550变频器在作为单电机驱动的典型案例三足式离心机的应用和作为多电机取得驱动的典型案例卧螺离心机的应用。

　　2、变频器在三足式离心机中的应用

　　三足式离心机是一种结构简单、对物料的适应性很强、应用面最广的立式离心机。分沉降型和过滤型两大类。在本应用中，变频器驱动的是离心机的转鼓，启动平稳，分离因数可调;彻底克服了传统直流碳刷式离心机噪音大、故障率高、使用寿命短、转速不稳定等缺点，是重力沉降分离设备更新换代产品。交流变频离心机在减震系统和变频电机等几项重要指标上具有鲜明的特色和独创性。常见的三足式离心机的单机驱动功率在3KW与55KW之间，ACS550完全可以胜任。

　　ACS550在三足式离心机中的应用原理　ACS550变频器的原理，在其外围线路中，主要分三个部分：

　　(1)直流母线UDC+、UDC-端接制动单+、—端，然后根据不同的选择(如回馈制动接电网三相、能耗制动则接制动电阻)，Tk为制动单元的内部继电器，当本单元出现故障时，Tk动作，通过变频器的端子DI4定义，瞬间封锁U/V/W输出。

　　(2)控制回路输入、输出端子中，采用宏9902=5的定义

　　DI1：手动/自动起动/ 停车 ( 手动): 得电起动

　　DI2：正转/ 反转( 手动): 得电转向为反转

　　DI3：EXT1/EXT2 选择: 得电选择自动控制

　　DI4：运行允许: 一旦断开变频器将停车

　　DI5：正转/ 反转( 自动): 得电转向为反转

　　DI6：起动/ 停车 ( 自动): 得电起动

　　AI1：外部速度给定 1: 0…10 V ( 手动控制，电位器、参考电压 10 VDC )

　　AI2：外部速度给定 2: 0…20 mA ( 自动控制，参考信号: 0…20 mA )

　　AI1：外部速度给定 1: 0…10 V ( 手动控制，参考电压 10 VDC )

　　AI2：外部速度给定 2: 0…20 mA ( 自动控制，参考信号: 0…20 mA )

　　RO2C/2B：继电输出2， 可编程(默认动作：运行)

　　RO3C/3B：继电输出3， 可编程(默认动作：故障)

　　AO1：直流数显仪(频率或转速指示)

　离心机使用变频器时，制动方式应优先考虑向电网回馈能量的再生制动，电能回馈制动是将制动的能量反馈回电网再利用，从节能的角度来看，是一种最好的方式，而且没有热量产生，非常适合安装在易燃场合(因为能耗制动会有大量热量产生)。在不宜采用这种再生制动装置的地方，如有电网谐波要求(因为一般的能量回馈制动单元谐波系数不尽理想)，应安装足够容量的制动电阻器，并采取散热措施;当然在非易燃场合，从节省一次性安装成本考虑，也大都采用能耗制动。

　　 [!--empirenews.page--]一般的能耗制动单元都具有如下的基本功能#e#一般的能耗制动单元都具有如下的基本功能：

　　(1)参数设定

　　动作电压设定：通过拨码开关可以设定动作电压设定值660V或710V(进线为380V级)。

　　制动使用率：通过拨码开关可以设定制动单元的工作使用率，一般的能耗制动单元默认值为10%，但由于系统对制动要求的不同，可以设置不同的制动率，最大到100%。

　　(2)状态结点

　　模块异常：当直流回路发生短路、过载或IGBT模块损坏时制动单元报警，故障继电器Tk动作。散热器过热：制动单元散热器过热报警，故障继电器Tk动作。

　　制动单元运行正常时，Tk闭合，变频器处于使能状态可以正常工作;遇故障动作时，Tk打开，通过对变频器输入端子DI4的定义,，即可瞬间封锁U/V/W输出，起到保护作用。

　　对于直接回馈制动，目前已经有了成熟的产品，但造价普遍高出能耗制动的几倍。在实现变频器的直流回路与进线电网电源间的双向能量传递，一种最有效的办法就是采用有源逆变技术：即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动，它采用了电流追踪型PWM整流器，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度。同时，这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功的交换。当然不同的产品有不同的控制方式，我们必须同时注意到功率因数、谐波分量、输出相位等。

　　3、ABB变频器在卧螺离心机上的应用

　　在本方案中，由于辅机传动电机需要的无功励磁电流和副电机偶尔作为电动机运行(例如启动阶段和加减速过渡过程)时的有功电流都要由主变频器提供，因此，选取主变频器的功率时应予以考虑进线整流桥的容量，必须保证通过电流为两电机电动电流之和。本设计方案的特点是电路简单，不需要调试，动作可靠性极高。本离心机控制的特点：(1)离心机速度的矢量控制方式保证了速度控制的正确性;(2)可以使用公共直流母线;(3)速度差控制，取消了编码器，而采用开环的无传感器矢量控制可以解决昂贵的带编码器的反馈控制方案;(4)筒轴传动的负载补偿。

　　综合看来，卧螺离心机的变频应用具有以下特点：

　　(1)节能：共母线双电机双变频器驱动在卧螺离心机上广泛应用，即主、副电机各用一台普通变频器驱动，其直流母线用适当的方式并接，较好的解决了这个问题,在能源日益紧缺的今天,有特别重要的意义。现代离心机螺旋与转鼓之间的速差可以根据进料的变化自动调节，变频调速相对于涡流制动和液力耦合制动来说对电能的利用率高，在耗能方面比较节省。

　　(2)动态响应快：差转速调节过程从PID调节器的数分钟减小为变频无传感器矢量控制的数秒钟，速差调节精确(甚至可以达到±0.05转/分)，从而大大提高了卸料物中干物质含量(以处理污泥而言在2%左右)。

　　(3)转矩控制功能：利用ACS550的转矩控制可以非常容易实现速度与转矩切换，并处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积，从而提高工作效率。采用ACS550的离心机其有效扭矩更大，最小持续扭矩为5,000Nm，瞬间负载扭矩可达27,000Nm。

        以上就是离心机中变频器的分析结果。