变频器在机械加工行业磨床上的应用（共6篇）
1.变频器在机械加工行业磨床上的应用 篇一
一、前言
锅炉节能降耗主要的控制指标在於煤耗及用电效率，传统方法多用风门档板、阀门和机械调速来控制鼓(引)风机、给水泵、循环泵的流量及炉排的运行速度，其设计上并未考虑节能目的，同时，工艺及生产任务的不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤(喷降)量，以达到高效率燃烧，传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度低，且易因操作不当而产生环境污染(烟囱冒黑烟)，
二、锅炉供水控制系统的改造
水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N三次方成正比，电机的转速N与电源频率F成正比，因此改变电源频率，可改变电动机即给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。
原设备工况
现锅炉给水泵是连续恒速运行的，且流量的控制是通过调节管路中调节阀和支路回流实现的，采用调节阀调节时，由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力上升，阀门两边的压差将增大，造成能量的浪费同时还易损害阀门和轴承的磨损;采用支路回流调节时，大量水的回流也同样造成能量的消耗。
给改造方案
原系统加装伟创AC32水泵、风机专用变频器，并保留原系统工频设备做备份，变频器故障输出继电器常开触点连延时继电器再连原工频主回路接触器，确保变频器故障情况下锅炉给水系统正常运行，同时控制室声、光报警，提示操作人员及时排除问题;变频器设下限频率，保证锅炉给水量在安全值以上运行;
变频器工作状态
操作人员在控制室可根据汽包水位的变化实时对变频器进行频率调整，满足蒸发量和给水量的同时力求变频器运行在最佳经济状态。
现场实测：给水泵相对原调节筏控制节电率达24%，并且水泵磨损大大减少，延长设备使用寿命。
三、锅炉鼓(引)风控制系统的改造
原现场工况
锅炉的鼓(引)风机的风量随汽量变化而经常产生变化的，原现场采用阀门调节，锅炉的控制室到阀门的距离较远，操作不便还不易控制准确，风量调节过大，空气含氧量超标，浪费了热能;风量调节过小，煤渣残留碳份超标燃烧不尽又增加了煤耗;高速运行的风机产生的噪音对环境也产生极大的污染;由于长时间高速运行，风机轴承和电机温升都很高，设备的使用寿命降低。
变频器工作状况
安装伟创AC32系列变频器后，操作人员在控制室根据用汽量的变化，随时调整鼓(引)风机的转速，减少了噪音对环境的污染(电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降)，由于鼓引风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降，
停机时间减少，节约了大量的维修费用。
节能效果
一般设计中风机、水泵设备额定的风量、流量通常都超过实际需要的风量、流量，且运行中风量、流量都是实时变化的，而目前，采用档板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
从流体力学原理知道，风机风量与转速及电机功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q-风量(流量)H-风压(扬程)P-轴功率n-转速
当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低，例如风量下降到80%，转速(n)也下降到80%时其轴功率则下降到额定功率的51%;若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大，因此对风量、流量调节范围较大的风机水泵，采用变频调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。
变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大，精度高、无级调速。容易实现协调控制和闭环控制，由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合于对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机水泵节能的最理想的方法。
四、炉排电机的变频改造
原现场工况
炉排电机因为比较小，许多厂家都忽略了对其的改造。炉排电机是控制煤在炉内的停留时间，其速度的快慢和煤的燃烧率息息相关。传统的调速方式是机械换档，精度低，煤燃烧后留碳份超标严重。
现场其炉排三级调速档已锈死，只有高速档可以运行，煤渣出来呈黑灰色且脚踩有硬感，明显没有燃烧完全。
变频改造效果
采用变频调速后情况大为改观，由于可实时调整，煤块燃烧充分，热效提高，煤渣出炉后呈灰白色，同时烟囱冒黑烟的现象也基本没有，煤耗降低10%左右。
综上：使用伟创变频调速器取代风门、档板、阀门控制流量，并控制炉排后，其整体改造效果如下：
1、综合节电约35%，约9个月回收投资。
2、提高燃烧效率，节省用煤10%左右。
3、降低排烟浓度，避免冒黑烟的环境污染。
4、提高设备自动化程度，控制更精确、更方便、更及时。
5、实现电机软起动，减小冲击电流
6、降低设备运行损耗，延长设备使用寿命。
2.变频器在机械加工行业磨床上的应用 篇二
据电机学原理可知, 交流电动机的同步转速为
若以n表示异步电动机的转速, 并以同步转速n0为基准, 将异步电动机的转差率定义为
则异步电动机的实际转速n为
式中, f0为定子供电频率;
p为电动机磁极对数;
从上式中可以看出, 改变f0、p、s任意一个参数即可调整电动机的转速。因此, 如果可以连续改变供电频率f0的话, 则可以平滑地改变电动机的同步转速和相应实际转速。在变频调速技术中, 向电动机提供频率可变的电源并控制电动机转速的装置称为变频器。
变频调速时, 需要同时调节输出电压和频率, 以保证电机主磁通的恒定, 按输出电压调节方式分类主要有两种方式PAM方式和PWM方式。
1. PAM控制
PAM控制是Pulse Amplitude Modulation (脉冲振幅调制) 控制的简称, 这种方式是在整流电路部分对输出电压 (电流) 幅值进行控制, 而在逆变电路部分对输出频率进行控制, 由于这类逆变电路换流器件的开关频率就是变频器的输出频率, 因此是一种同步调速方式。由于逆变电路换流器件的开关频率 (简称载波频率) 较低, 这类变频器调速驱动电动机时具有噪声低、效率高的特点。
2. SPWM控制
PWM控制是Pulse Width Modulation (脉冲宽度调制) 控制的简称, 是在逆变电路部分同时对输出电压 (电流) 的幅值和频率进行控制的方式。这种控制方式使逆变电路的开关器件以较高频率通断, 并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压 (电流) 的目的。
为了使异步电动机在调速运转时能够更加平滑, 目前变频器中多采用正弦波PWM控制方式, 即通过改变PWM输出的脉冲宽度, 使输出电压的平均值接近于正弦波。这种方式也称为SPWM控制方式。
这类变频器具有能降低高次谐波的不良影响, 转矩波动小, 控制电路简单等特点,
(二) 高速磨床
1. 高速磨床拖动系统的结构和工作特点
(1) 高速磨床的主拖动电机
高速磨床主拖动系统使用的电机不同于普通的异步电动机而称为电主轴。其外形结构较普通电机细长, 内部一般均有冷却水腔, 电主轴高速运转时可以很好散热。采用油雾润滑轴承, 正常使用时油雾压力保持在0.1～0.12MPa范围。电主轴系统如图1所示。
(2) 电主轴对电源的要求
由于电主轴的输入电压和频率的稳定性直接影响加工件的粗糙度及成品合格率, 因此其变频器不同于通用型变频器, 而是有一些特殊要求:
(1) 如工频输入电压在+10%～-15%范围内变化, 则要求输出电压变化在±5%以内, 频率精度及稳定度允许误差为±1%, 这时必须引入电压反馈环节;
(2) 磨床电主轴工作环境较差, 受潮后易造成对地绝缘降低, 甚至引起对地短路, 同时, 功率器件过流能力也差, 为提高整机安全性能, 必须有高可靠的过电流及对地短路保护;
(3) 国内电主轴产品电压规格较多, 一般在220～350V之间, 从西欧国家进口的设备中电主轴电压标准等级通常为350V;
(4) 电主轴与标准电机相比, 其转动惯量小, 低频时阻抗小, 工作电流大, 不适合长期低频运行, 加速时间不能过长, 起、制动不能太频繁, 应注意选择合适的起动频率。
2.高速磨床PAM控制的变频调速拖动系统
(1) 高速磨床的变频调速系统原理
高速磨床PAM的变频调速系统框图如图2所示。
(1) 主电路
本系统使用一台电压型PAM方式晶体管变频器, 输出电压的调整由二相半控整流桥对三相工频交流电源可控整流后得到, 输出频率的调整则由六路大功率晶体管组成的逆变桥部分完成。
(2) 给定与控制电路
A.电压给定:编码板 (PR板) 所接电阻的大小决定送到直流放大器电压的大小, 从而控制三相半控整流桥的移相触发电路, 调整变频器输出电压。
B.频率给定:所接电阻的大小也决定送到V/F转换器的电压的大小, 通过电压—频率的转换, 得到一个所需的频率。
C.变频器采用软起动方式:通过积分电路, 起动时电压和频率同时上升, 保持V/F值不变, 以得到在起动过程中的恒转矩运行。
D.RP板上的补偿电阻:阻值一般为2.7MΩ, 使电机在频率很低的时候也能得到较大的起动转矩。
E.速度调节电位器:用来控制电机的升速和降速;电位器在最大位置时, 电机速度等于其额定转速。
F.电机制动:送到电机的频率和电压按同样的积分规律下降, 同时变频器接入制动电阻, 变频调速系统进入能耗制动状态, 制动时间通常为10s左右。
(3) 保护电路
当变频器及输出电流超出额定值时, 整流板上的直流电流互感器的电流信号使得晶闸管导通角减小, 直流侧电压下降, 限制负载电流的增长。变频器交流输出端接有中频电流互感器, 分别监测过电流及对地短路故障;另外, 电路还设有工频电压瞬间过压吸收保护、电流缺相保护、变频器过热、缺少润滑、电机过热及超速保护等电路。只要任一故障动作, 立即切断中频输出及整流触发脉冲, 有效保护负载及变频器本身不被损坏。同时, 面板上将显示相应故障类别, 用户可据此进行检查维修。
3. 高速磨床SPWM的变频调速拖动系统
高速磨床使用的第一代变频器通常是PAM方式或非正弦的PWM方式, 其特点前已述及。由于此类变频器输出电压谐波含量大, 在低速运行时所驱动电动机波动较大, 转矩脉动严重;随着变频技术的发展和IGBT、MOSFET器件的广泛使用, 使得高频SPWM成为可能, 驱动电主轴运行更为平稳。
这里简单介绍一种由8098单片机和SLE4520芯片产生高速磨床SPWM调制波的方法。
SLE4520是一种可编程器件, 与单片机及相应软件配合使用, 能以很简单的方式产生三相逆变器所需要的六路SPWM控制信号, 载波频率高达20kHz, 设计的电主轴专用变频器最高输出频率可达2000Hz, 输出电压可在100～350V之间任意设定, 并具有完善的保护功能。
变频器的数字控制器由8098单片机、SLE4520芯片、信号检测电路、驱动与保护电路等组成, 高速磨床SPWM的变频调速拖动系统框图如图3所示。
8098是控制系统核心, 接收外部控制信号, 按预定算法实时计算三相SPWM波形数据并定时送至SLE4520, 控制SLE4520产生三相逆变器所需要的六路SPWM信号, 再经驱动模块驱动功率器件完成三相SPWM波输出。
变频器稳定运行后, 如由于某种干扰 (如电网波动) 造成直流电压波动, 控制系统将根据对直流侧电压采样的结果进行电压补偿以维持输出电压稳定;磨削过程中砂轮会磨损或被修整, 导致砂轮线速度降低, 控制系统将根据对砂轮直径变化的采样结果进行频率补偿 (或跟踪) , 以维持砂轮的恒线速度。这两类信号的采样均由8098片载A/D转换器完成。
为减小电主轴起动电流及其对电网的影响, 同时减少变频器无功损耗, 采用软起动方式, 使电主轴在起动过程中处于恒转矩运行状态。
变频器运行参数可通过键盘预置。8098系统包括一片EEPROM, 能记忆预置信息, 无须掉电重置。
一般把额定转速超过3600r/min的交流异步电动机称为高速电动机, 电主轴便是变频调速的高速电动机。目前, 高频电主轴及变频器正向着高转速、大功率、高效率、小体积的方向发展。在国外, 电主轴的最高转速已达到260000r/min;国内最高转速仅达180000r/min。电主轴功率仅在15kW以下, 近年来也有19kW和30kW的产品问世。目前, 随着各项技术的发展, 输出频率达到5000 Hz的高频变频器已经投入市场。这些为满足高速磨床拖动系统的要求提供了有力保障。
4. 高速磨床变频器的使用及注意事项
变频器编码板必须与所用电主轴配套使用, 根据电主轴的额定频率、电压和电流等, 在编码板上配接合适的电阻及连线。
变频器使用时应注意以下几点:
(1) 电主轴与中频变频器的电气指标应相符。
由于一般中频变频器有多种V/f曲线供用户选择, 而电主轴电压等级较多, 在调试中应使电主轴额定电压与选择的额定频率交汇点落在变频器V/f恒转矩特性曲线上;若考虑电网影响, 可允许适当偏移。
(2) 根据电主轴结构和特性对变频器进行预置。
如考虑到电主轴不适合长期低频运行, 则加速时间不能过长, 起动不能太频繁, 因此, 要注意不同类型电主轴选择合适的起动频率。
(3) 不同使用环境选择不同安装方式。
一般环境下, 中频变频器可安装在保护等级为IP23的金属机箱内, 箱内通风且加过滤装置;多尘、潮湿或有腐蚀气体环境下, 应选用IP54等级的专用金属机箱。由于电主轴配有水冷设备、油雾润滑及磨头冷却系统, 产生的水、油汽遇冷易凝结, 所以设备长时间断电时, 应自动启动变频器机箱内的箱体加热系统, 使箱内温度略高于箱外, 即使设备停运, 变频器仍需处于通电状态, 以达到防冷凝目的。
(三) 结束语
综上所述, 基于变频原理及控制方式、研究高速磨床结构和工作特点, 了解高速磨床高速调速对变频器的特殊要求, 分析高速磨床两种变频调速拖动系统特点、性能, 并提出变频器在使用中所需注意的事项, 对变频技术在高速磨床的应用, 实现良好的调速性能十分重要。
参考文献
[1]周宗明.金属切削机床[M].清华大学出版社, 2004.9.
[2]魏召刚.工业变频器原理及应用[M].电子出版社, 2006.9.
3.高压变频器在同步电机上的应用 篇三
[关键词]同步电动机高压变频器变频技术性能技术参数
同步电动机具有效率高、转速与供电频率保持严格的同步，通过励磁调节功率因数可达到1甚至超前等优点，在工矿企业的大型风机、水泵、压缩机和大型机械的传动上应用广泛。
同步电动机变频调速的原理和方法与异步电动机基本相同。因此，异步电动机的变频装置原则上也适用于同步电动机调速，但同步电动机通常都是大功率或特大功率的，以前多采用品闸管电流型变频器或交交变频器。
近年来，随着电力电子器件和高压变频技术的发展，PWM电压型交直交中压变频器也开始向同步电动机的调速挺进。限于篇幅，这里先结合实例介绍比较实用的同步电动机电流型变频启动技术，然后讨论电压型大功率变频器在同步电动机上的应用。
1 电流型变频器用于大型风机的启动
1.1系统方案
某钢铁公司烧结厂生产线扩建，需添置主轴烧结风机二套，分别采用两台4000kw同步电机驱动。该厂原先已有4000kW同步电动机的风机一套，采用电抗器降压异步启动方式。因电网容量有限，如果有一台或二台风机正在工作，再要用电抗器方式启动另一台风机，将对电网造成过大的冲击，势必严重影响其他用电装置的正常运行；如果增加电网的短路容量，则须投入数千万元资金，且改造的工程量较大。为了不改变原有电网的容量并使设备平稳启动，最好的办法就是采用同步变频启动方案。
4.普传变频器在造纸设备上的应用 篇四
在能源紧张的今天，全国大部分省份开始限电，特别是华东地区缺电现象尤其严重，造纸行业行业做为耗电大户，节能也显的尤为突出，因此在当前电机变频调速技术飞速的发展提供了这种可能性，但对于低档的纸来说，为了节省成本，不用国外昂贵的进口设备，也无须采用上位机与其他任何控制器，普传变频器独特的两路模拟量同步控制方案可以满足造纸行业的要求。
湖北荆州某纸业集团下设涂布白板纸厂、牛皮箱板纸厂、单面白板纸厂、文化纸厂、再生牛皮纸厂、油毡原纸厂、彩印包装厂等10多家分厂，年产纸品6万吨，年产值近3亿元。 骏马纸业公司由拍马村与湖北烟草公司、武烟集团和香港岭集团共同投资2.35亿元，从的开始筹建，10月底正式投产，年产高档涂布白卡纸设计为8万吨，年产值可达7亿元。
造纸机变频传动系统的构成：
造纸机结构上大致有流浆箱、网部、压榨部、干燥部、压光、卷曲几部分组成。传动系统是由多分部传动点组成的速度链式协调系统。
要求控制系统：
1、各分部传动点之间应保持一定的传动比，使各传动辊线速度保持一致，
2、连续平稳地拖动纸机运行。
3、具有平滑加减速，点动、爬行运行功能。
根据现场要求，采用RS485和变频器通讯，控制主传动点的起停、运行控制。同时把从变频器获取的运行参数及故障信息传递给上位机。上位机将获取的信息进行处理、图形显示、监控，数据报表的生成等工作。
统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是主指令单元(通常是一单元)对转速要求来进行调节。局部微调:当操作人员发现某单元速度不同步时，可以进行微调 (人工干预)。微调时，该单元以后各单元转速必须同时升速或降速，而不必逐个进行。 单独微调:检修和调试阶段，遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独微调。该生产线由四个单元组成，各个单元运行情况可以由各自线速表直观显示出来。
电气接线图，参数设置：
主机设置y12=128
从机设置F04=11
F05=4
y12=0~127
b15为比例联动系数 (0.1~10)
o20=10HZ
此工况变频器的日常保养和维护、注意事项等：
1、定期清理
2、 现场蒸汽会造成湿度重，注意防潮
5.变频器在机械加工行业磨床上的应用 篇五
作者：罗克韦尔自动化
摘 要：本文介绍了罗克韦尔自动化PowerFlex700S及控制系统在某炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，通过实际运行检验，系统运行良好，稳定可靠，完全满足客户的生产需求。
关键词：罗克韦尔自动化 变频器 炼钢厂 铸造吊车
引言
铸造起重机用于冶金行业，其工作任务是为冶炼炉运送钢水。一般有5大机构：主起升，副起升、大车、主小车、副小车机构。由于起重机的位能负荷特性有更为苛刻的安全要求，各机构的大转动惯量、短时工作、频繁的起制动运行，对调速方案更加苛刻，近十年来随着直接力矩控制理论的成熟及大功率矢量变频器的成功制造，使得变频调速技术在起重机上得以成功应用。但是，当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态，以往大部分都通过在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动。本文介绍了采访罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，同时由于采用罗克韦尔自动化的集成架构控制系统及软件，设计和调试都变得更简单，为用户节省了时间和人力。冶金起重机系统简介
本起重机为“冶金铸造起重机”，代号为“YZ200/65t-19m A7”。主钩负荷200吨，副钩负荷65吨，跨度为19m，为四梁结构，分上下小车。
主起升部分包括两台250kW电机，三台减速机；每一台电机有两个制动器，制动器形式为液压推杆式；此主起升机构的减速机为冶金铸造用棘轮棘爪减速机，两台电机输出到棘轮棘爪减速机，再通过棘轮棘爪减速机输出到两台普通减速机，通过两台普通减速机控制两台钢丝绳卷筒，每个卷筒上安装两根钢丝绳，总计四根，通过四根钢丝绳带动下面的吊具（吊钢包的板钩）。副起升为一台160kW电机驱动，利用两台液压推杆减速机进行制动。
主小车部分为两台22kW电机分别驱动两边的减速机以带动车轮旋转，通过每台电机一个液压推杆制动器进行制动。副小车运行电机为一台15kW电机带动一台减速机进行驱动两边的车轮进行工作，通过一个制动器进行制动。大车部分为四角四台45kW电机分别驱动四台减速机，带动各部分的车轮进行工作，每个电机上面一台制动器。罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器
PowerFlex700S是罗克韦尔自动化公司推出的高性能系统型变频器，它采用书本式结构设计，零间距安装（Zero Stacking™)，大大减少了变频器安装空间，从而节省大量的盘柜安装空间，节约成套成本和安装成本。内置了输入EMC滤波器，直流母线电抗器和输出共模滤波器，同时160kW以下变频器内置了制动单元，大大方便了用户的选型。因现场故障而需更换变频器时，PowerFlex700S的可插拔控制端子排可以帮助客户轻而易举地恢复控制线路。虚拟背板概念使得程序具有可移植其他Logix平台的能力，实现NetLinx™体系结构的无缝集成和直接通讯驱动。
PowerFlex 700S采用是自有专利的、FORCETM磁通矢量控制技术，加上速度闭环控制，确保负载始终处于受控状态。PowerFlex 700S具有TorqProveTM力矩校验功能，TorqProveTM确保停车后机械报闸可靠的控制负载，和当收到运行命令，机械抱闸打开时变频器能控制负载；TorqProveTM and Force TechnologyTM帮助消除人们对V/F标量型、传统矢量型变频器在抱闸时控制的不定因素的担忧，并可以解决起重应用中的关键问题：
（1）溜钩保护
当负载移动停止，机械抱闸闭合，变频器将斜坡降低输出转矩，同时监测编码器反馈，确认负载被控制。如果监测到编码器反馈有变化(溜钩)，变频器会马上增加输出转矩，重新控制负载，按照预先设定的速度下放负载。变频器会重复以上的周期，直到抱闸能控制负载或负载安全下放到地面。
（2）速度偏离保护（失速保护）
变频器会连续的监测速度命令和速度反馈，比较其偏差，如果偏差超出所允许的范围，那么变频器将变为故障状态，同时，抱闸投入工作。
（3）输出缺相保护
三相输出接线端被监测，确保输出每有缺相。一旦TorqProve 使能，这项功能不能被屏闭。
（4）编码器丢失
变频器会连续的监测编码器反馈，确保编码器工作正常。只要出现编码器丢失变频器马上变为故障状态，同时，抱闸投入工作。一旦TorqProve使能，这项功能必需使能.（5）基于负载大小的速度限制
允许高于基速运行（轻载时更快运行）；在基速时测量负载大小，若低于额定负载，则可超速。
PowerFlex 700S变频器的力矩校验时序图如图1所示。
以上所有的时间设置的分辩率为0.1秒
图1 力矩校验时序图 冶金起重机系统控制方案
本系统全部采用罗克韦尔自动化公司生产的PowerFlex 700S变频器，它采用ForceTM磁通矢量控制方式。这种控制方式采用实时计算的电动机转矩和转速构成转矩转速双闭环系统，其动、静态精度高（速度控制精度高达±0.001%，转矩控制精度高达±2%）；在转矩响应方面，比非ForceTM控制方式变频器快许多（转矩响应响应时间≤5ms），并克服了传统调速系统和转矩开环变频器低速段输出转矩不足的问题，其零速转矩可达200%。这些特点充分保证了位能性负载的要求。
系统具体配置如下：大车行走机构采用两台变频器，分别驱动一台电动机。其中一台为主机，另一台为从机。利用主从应用软件，保证两台电动机的速度同步和负荷平衡，防止大梁扭动和啃轨。小车机构变频器采用一台变频器。主起升机构和副起升机构，分别采用一台变频器，并分别采用一台光电编码器，做速度反馈和控制检测用。系统采用能耗制动的方式将连续再生能量消耗点实现制动。所有变频器配有各类标准的现场总线接口。大车和小车的控制系统图如图2所示，主钩和副钩的控制系统图如图3所示。
图2 大车和小车的控制系统图
图3 主钩和副钩的控制系统图
两台主起升变频器采用主从方式，通过光纤通讯方式传递力矩信号，采用力矩跟随的方法保证两台电机出力均匀。采用力矩跟随方式作负荷分配具有力矩分配精度高、动态响应快、调速范围宽等优点。力矩跟随方式示意图如图4所示。
图4 力矩跟随方式示意图
本系统采用Compact Logix作为核心控制器，采用工业控制现场总线，将PLC、远程I/O、各机构变频器、触摸屏联结起来，减少电缆投资，减少接线和维护工作量，减少故障点。远程I/O和触摸屏安装于司机室。接受操作人员的指令，显示系统各种工况信息，以利于操作人员监视、操作和方便维护人员故障诊断与维修。PLC安装于控制柜内。接收现场检测器件的状态信息、变频器等状态信息，控制系统运行。PLC控制柜、变频控制柜，以及电阻制动柜安放在大梁上。
5结束语
6.变频器在机械加工行业磨床上的应用 篇六
【关键词】空气压缩机；CF20变频器；变频调速；应用
0.引言
空气压缩机广泛应用于工矿企业的生产中，其担负着为多种设备提供气源的重任，因此空气压缩机运行的状况直接影响着生产工艺和产品质量。本文着重讨论变频器在空气压缩机上的应用，用于解决其节能与效率的问题。
1.空压机供气控制方式存在的问题
空压机是一种压缩空气的气压发生装置，其属于恒转矩负载，运行功率与转速成正比：
PL=TLnL/9550
式中，PL为空压机功率；TL为空压机转矩；nL为空压机转速。就运行功率而言，采用变频调速控制其节能效果远不如风机泵类二次方负载显著，但空压机一般都处于长期连续运行状态，传统的控制方式是采用进气阀开、关来控制的，即压力达到上限时关阀，空压机进入轻载运行；压力达到下限时开阀，空压机进入满载运行。这种频繁地加减载操作，使得供气压力波动大，空压机的负荷状态也是在频繁地变换。由于设计时都是按压缩机在满负荷状态下运行来考虑，故选择的电机容量一般较大。而在实际运行中，压缩机轻载运行的时间较多，因此造成巨大的能源浪费。
特别提出的是，产品质量的好坏与供气压力的稳定性有很大关系，生产工艺对供气压力有一定的要求，若供气压力偏低，则不能满足工艺要求，可能出现废品。所以为避免气压不足，一般要求供气压力值要偏高些，但这样会使供气成本、能耗增加，同时也会产生一定的不稳定因素。
1.1 供气控制方式的能量浪费
由于空压机的加、卸载供气控制方式使得压缩气体的压力在设定值Pmin~Pmax间来回变化。其中，Pmin为能够保证用户正常工作的最低压力值；Pmax为设定的最高压力值。一般情况下，Pmin、Pmax之间的关系可以用下式表示：
Pmax=（1+t）Pmin
式中，t的数值大致在10﹪～25﹪之间变化。若采用变频调速技术连续调节供气量，则可将管网的压力里始终维持在设定值上，即等于Pmin的数值。由此可见，加、卸载供气控制方式浪费的能量主要在以下三个部分：
（1）压缩机压缩的空气压力值超过Pmin所消耗的能量。
当储气罐中空气压力达到Pmin后，加、卸载供气控制方式还要使其压力继续上升，直到Pmax值。这一过程中就是一个耗能的过程，从而使得能量损失。
（2）减压阀减压消耗的能量。
气动元件的额定气压都设定在Pmin值左右，当压力高于Pmin值时，气体在进入气动元件前是需要将其压力经过减压阀减压至接近Pmin值的。这同样是一个耗能过程。
（3）卸载时由于调节方法不合理而消耗的能量。
通常空气压力达到Pmax值时，空压机通过如下方法来进行降压卸载：关闭进气阀使得空压机不再压缩气体做功，但空压机的电动机还是在带动着螺杆做回转运动，据测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10﹪～15﹪，由于空压机在做无用功，白白地消耗能量。同时将分离罐中多余的已压缩的空气通过放空阀进行放空，造成很大的能源浪费。
1.2供气控制方式的其他损失
（1）供气压力产生大幅波动，使供气压力达不到工艺要求的精度，就会影响产品的质量甚至产出废品。再加上这种控制方式在频繁的调节进气阀，使进气阀的磨损大，从而增加了维修量和维修成本。
（2）频繁开、关放气阀，也会使放气阀的寿命缩短。
2.空压机变频调速控制方式的设计
2.1 空压机变频调速系统概述
变频器是一种基于交－直－交电源变换的原理，通过电力电子元件和微型计算机来控制的综合性电气产品。
由电动机知识知道，电动机转速与电源频率成正比：
n=60f(1－s)／p
式中，n为转速；f为输入电源的频率；s为电机转差率；p为电机磁极对数。因此，采用变频器来控制空压机，就可以方便地改变空气机的转速。空压机采用变频器进行恒压供气控制的系统原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
变频调速系统的控制对象为管网压力，管网的压力通过安装在上面的压力变送器将压力信号转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和频率，调整电机转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。此外，空压机采用变频器控制后，电机起动时还可实现软起动功能，避免了起动时的大电流给空压机带来的机械冲击。
2.2 变频器的选择
由于空压机是恒转矩负载，故变频器应选用通用型的。又因为空压机的转速也不允许超过额定值，电机不会过载，一般变频器出厂标注的额定容量都有一定的裕量安全系数，所以选择变频器容量与所驱动的电机容量相同即可。
2.3 变频器的运行控制方式选择
由于空压机的运转速度不宜太低，对机械特性的硬度没有特别要求，故可采用U／f控制方式。
2.4 空压机变频调速系统
空压机变频调速系统电路原理图如图2所示。
图2 空压机变频调速系统电路原理图
操作过程叙述如下：为便于对空压机进行“变频运行”和“工频运行”的切换，控制电路采用三位开关SA进行选择。当SA选择“工频运行”位置时，按SB2起动后，KA1中间继电器即动作并通过KA1接点自锁，从而使KM3接触器动作，电机得电，进入工频运行状态。按SB1停止后，KA1中间继电器和KM3接触器均断电，电机停止运行。当SA选择“变频运行”位置时，按SB2起动后，KA1中间继电器即动作并通过KA1接点自锁，从而使KM2接触器动作，将电机接至变频器的输出端。KM2接触器动作后使KM1接触器也动作，将工频电源接入变频器的输入端，并允许电机起动。同时使连接到KM3接触器线圈控制电路中的KM2接触器的常闭触点断开，确保KM3接触器不能接通。按SB4，KA2中间继电器动作，电机开始加速，进入“变频运行”状态。KA2中间继电器动作后，SB1停止按钮失去作用，以防止直接通过切断变频器电源使电机停机。在变频运行过程中，如果变频器检测到故障，则变频器的TA、TB触点断开，接触器KM1和KM2线圈均断电，其主触点切断了变频器与电源之间，以及变频器与电机之间的连接。同时TA、TC闭合，接通HA报警扬声器和HL报警灯进行声光报警。同时，KT时间继电器得电，其触点经过一段时间延时后闭合，使得KM3动作，电机进入工频运行状态。当操作人員接到声光报警信号后，应及时将SA选择开关选择“工频运行”位置，这时，声光报警即停止，并使KT时间继电器断电。这时便可以开始对变频控制系统进行检修。
2.5 压力变送器选用与连接
根据用户要求若其要求的供气压力为0．6MPa，我们选择的压力变送器量程为0～1MPa，输出4～20mA的模拟信号。压力变送器的连接说明如下：
（1）VS端与GND端为压力变送器提供电源10VDC。（VS跳线在下两个针脚）
（2）压力反馈信号从CC端输入。
PID给定值的计算：
先通过压力变送器的量程及其对应的电流计算出当供气压力为0．6MPa时变送器的输出电流。
0．6／（I－4）＝1／（20－4）得I＝13．6mA
再根据最小、最大给定量对应的反馈量计算出当反馈电流为13．6 mA时的给定量V。
（13．6－4）／V＝（20－4）／10得V＝6。
2.6华光变频器CF20的功能预置
空压机电机经过变频器改造后，转速降低，其风扇的散热效果也降低，空压机的转速越低，润滑油的耗量也就越小。在满足生产工艺的要求下，随着压力值降低，点击的耗电也会减少，考虑节能效果和空压机的机械特性，把系统压力设为0．6MPa运行，频率上限为46Hz，把变频器运行频率下限定为27Hz，这既能满足空压机散热和润滑的需要，又能降低电能的损耗。此外改造时注意使用变频后电机运行方向与原空压机电机运行方向一致。参数预置如下：
3.结论
空压机在进行了变频器节能改造后，其节能效益和运行性能主要表现在：
3.1节约能源使运行成本降低
空压机的运行成本由初始采购成本、维护成本和能源成本三部分组成。通过测算，使用变频器前空压机的用电量约为55度／小时，使用变频器后加载电流为107A，卸载电流为45A。因变频器采用PID控制，频率在27～46Hz之间，工作压力在0．6MPa左右，空压机的用电量为38度／小时，每小时节电17度。按以下计算：每月节电量=17度×24小时×30天=12240度，若每度电按0．6元计算，则：每月节约电费=12240×0．6元／度=7344元。可见投资回报高。
3.2提高压力控制精度
变频控制系统能对压力进行精确控制，能使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量匹配。变频控制空压机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制使电机的转速精度提高，所以它可以使管网的系统压力保持恒定，有效地提高了产品质量。
3.3改善空压机的运行性能
变频器从0Hz开始起动空压机，其起动加速时间可以调整，从而减少起动时对空压机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统可靠性，使空压机的使用寿命延长。此外，采用变频器控制能够减少机组起动时的电流波动（这一波动电流会影响电网和其他设备的用电，变频起动能有效地将起动电流的峰值减少到最低程度）。根据空压机的工作状况要求，采用变频改造后，电机转速明显减慢，现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3～7dB，有效地降低噪音。
通过多年的运行证明，由于变频器具有良好的控制性能，其应用于空压机上具有节能、提高压力控制精度、改善空压机的运行性能等优点，可将此应用进行推广。
【参考文献】
［１］邱阿瑞．电机与电力拖动．北京：电子工业出版社，2002．
［２］周鹗．电机学．水利电力出版社，1995.
［３］孙余凯等．电动机基础与技能实训教程．电子工业出版社，2007．
［４］王玉梅等．电动机控制与变频调速．中国电力出版社，2011．