交流变频调速的原理及其应用

点击:2716 日期:2015-04-15 选择字号:
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交流变频调速的原理及其应用

交流异步电动机的调速方式有多种,诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等,而变频调速优于上述任何一种调速方式,是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用,是自动化电力传动的发展方向。

  交流变频调速技术已经成熟。高压大功率变频器(几千V,数千kW)已在大容量风机、高压水泵等电机上应用。低压小功率(几百V,几个kW)变频器在鼓风机、压缩机、离心机、搅拌机、水泵、机床,甚至在空调、洗衣机等方面被广泛采用。在纺织工业方面,用于织布机、毛纺机等,本文以地毯背涂机为例叙述在地毯制造业上的应用。

2基本原理及特点

  变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成,转子绕组做成笼型(见图2),俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速,用n1表示

  n1=60f/p(r/min)(1)

式中:f——三相交流电源频率,一般为50Hz。

  p——磁极对数。当p=1时,n1=3000r/min;p=2时,n1=1500r/min。可见磁极对数p越多,转速n1越慢。

  转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点,所以称为异步电机,这个差别用转差率s表示:

  s=[n1-n)/n1]×100%(2)

  当加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;起动后的极端情况n=n1,则s=0,即s在0~1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=(1~6)%。

综合式(1)和式(2)可以得出

n=60f(1-s)/p(3)


图1三相异步电动机结构示意图 图2笼型电动机的转 子绕组1—铜环;2—铜条

1—机座;2—定子铁心;
3—定子绕组;4—转子铁心;
5—转子绕组

  由式(3)可以看出,对于成品电机,其磁极对数p已经确定,转差率s变化不大,则电机的转速n与电源频率f成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。

但是,为了保持在调速时电机的最大转矩不变,必须维持电机的磁通量恒定,因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率(VariableFrequency)的同时还要调整电压(VariableVoltage),故简称VVVF(装置)。通过电工理论分析可知,转矩与磁通量(最大值)成正比,在转子参数值一定时,转矩与电源电压的平方成正比。

 

电动机起动缓慢,转速降低的原因

(1)电源电压过低,应检查调节电压。

  (2)主、辅绕组接线错误,应仔细检查改正接线。

  (3)电动机的短路绕组脱焊,应重新焊牢。

  (4)电容运转电动机的电容量不足,应按规定配备足够的容量。

  (5)轴承润滑干枯,应定期清洗加入新的润滑脂。

(6)电动机搁置日久受潮,运行前又未作绝缘性能检测,运行后电动机绕组匝间短路引起转速降低,应重新绕制线圈。

 

PLC的编程及使用特点

·                             1.编程方法简单易学

  梯形图是使用得最多的PLC的编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似,梯形图语言形象直观,易学易懂,熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言,并用来编制用户程序。

  梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言,PLC在执行梯形图程序时,将它“翻译”成汇编语言后再去执行。

  2.功能强,性能价格比高

  一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件,有很强的功能,可以实现非 常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网,实现分散控制,集中管理。

  3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强

  PLC产品已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC带负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。

  硬件配置确定后,通过修改用户程序,就可以方便快速地适应工艺条件的变化。

  4.可靠性高,抗干扰能力强

  传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良,容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线可减少到继电器控制系统的十分之一到百分之一,因触点接触不良造成的故障大为减少。

  PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

  5.系统的设计、安装、调试工作量少

  PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

  PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,如果掌握了正确的设计方法,设计梯形图的时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

  可以在实验室模拟调试PLC的用户程序,输入信号用小开关来模拟,可通过PLC发光二极管观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。

·                             6.维修工作量小,维修方便

  PLC的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息方便地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

  7.体积小,能耗低

  对于复杂的控制系统,使用PLC后,可以减少大量的中间继电器和时间继电器,小型PIC的体积仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的l/2~1/10

  PLC控制系统的配线比继电器控制系统的少得多,故可以省下大量的配线和附件,减少很多安装接线工时,加上开关柜体积的缩小,可以节省大量的费用。

减速机漏油的原因

1、减速机内外产生压力差:减速机运转过程中,运动副摩擦发热以及受环境温度的影响,使减速机温度升高,如果没有透气孔或透气孔堵塞,则机内压力逐渐增加,机内温度越高,与外界的压力差越大,润滑油在压差作用下,从缝隙处漏出。

  2、减速机结构设计不合理。

  1)检查孔盖板太薄,上紧螺栓后易产生变形,使结合面不平,从接触缝隙漏油;

  2)减速机制造过程中,铸件未进行退火或时效处理,未消除内应力,必然发生变形,产生间隙,导致泄漏;

  3)箱体上没有回油槽,润滑油积聚在轴封、端盖、结合面等处,在压差作用下,从间隙处向外漏;

  4)轴封结构设计不合理。早期的减速机多采用油沟、毡圈式轴封结构,组装时使毛毡受压缩产生变形,而将结合面缝隙密封起来。如果轴颈与密封件接触不十分理想,由于毛毡的补偿性能极差,密封在短时间内即失效。油沟上虽有回油孔,但极易堵塞,回油作用难以发挥。

  3、加油量过多:减速机在运转过程中,油池被搅动得很厉害,润滑油在机内到处飞溅,如果加油量过多,使大量润滑油积聚在轴封、结合面等处,导致泄漏。

4、检修工艺不当:在设备检修时,由于结合面上污物清除不彻底,或密封胶选用不当、密封件方向装反、不及时更换密封件等也会引起漏油。

 

如何治理减速机漏油

1、改进透气帽和检查孔盖板:

  减速机内压大于外界大气压是漏油的主要原因之一,如果设法使机内、机外压力均衡,漏油就可以防止。减速机虽都有透气帽,但透气孔太小,容易被煤粉、油污堵塞,而且每次加油都要打开检查孔盖板,打开一次就增加一次漏油的可能性,使原本不漏的地方也发生泄漏。为此,制作了一种油杯式透气帽,并将原来薄的检查孔盖板改为6mm厚,将油杯式透气帽焊在盖板上,透气孔直径为6mm,便于通气,实现了均压,而且加油时从油杯中加油,不用打开检查孔盖板,减少了漏油机会。

  2、畅流:

  要使被齿轮甩在轴承上多余的润滑油不在轴封处积聚,必须使多余的润滑油沿一定方向流回油池,即做到畅流。具体的做法是在轴承座的下瓦中心开一个向机内倾斜的回油槽,同时在端盖直口处也开一缺口,缺口正对回油槽,这样多余的润滑油经缺口、回油槽流回油池。

  3、改进轴封结构

  1)输出轴为半轴的减速机轴封改进:带式输送机、螺旋卸车机、叶轮给煤机等大多数设备的减速机输出轴为半轴,改造较方便。将减速机解体,拆下联轴器,取出减速机轴封端盖,按照配套的骨架油封尺寸,在原端盖外侧车加工槽,装上骨架油封,带弹簧的一侧向里。回装时,如果端盖距联轴器内侧端面35mm以上,则可在端盖外侧的轴上装一个备用油封,一旦油封失效,即可取出损坏的油封,将备用油封推入端盖,从而省去了解体减速机、拆连轴器等费时费力的工序。

  2)输出轴为整轴的减速机轴封改进:整轴传动的减速机输出轴无联轴器,如果按照2.3.1方案改造,工作量太大也不现实。为减少工作量、简化安装程序,设计了一种可剖分式端盖,并对开口式油封进行了尝试。可剖分式端盖外侧车加工槽,装油封时先将弹簧取出,将油封锯断呈开口状,从开口处将油封套在轴上,用粘接剂将开口对接,开口向上,再装上弹簧,推入端盖即可。

  4、采用新型密封材料:对于减速机静密封点泄漏可采用新型高分子修复材料粘堵。如果减速机运转中静密封点漏油,可用表面工程技术的油面紧急修补剂粘-高分子25551和90T复合修复材料来堵,从而达到消除漏油的目的。

  5、认真执行检修工艺

  在减速机检修时,要认真执行工艺规程,油封不可装反,唇口不要损伤,外缘不要变形,弹簧不可脱落,结合面要清理干净,密封胶涂抹均匀,加油量不可超过油标尺刻度。

  6、擦拭:

减速机静密封点通过治理,一般是可以达到不渗不漏的,但动密封点由于密封件老化、质量差、装配不当、轴表面粗糙度高等原因,使得个别动密封点仍有微小渗漏,由于工作环境差,煤尘粘到轴上,显得油乎乎一片,所以需要在设备停止运转后,擦拭轴上的油污。

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