变频器在水平推动篦式冷却机上的应用

1　原设备情况

　　我公司拥有5台Φ3.5m×145m湿法回转窑，采用2.2m×12.6m水平推动篦式冷却机，减速机为ZQ750型，速比48.57，采用的Z₂-81型直流电动机功率为17kW，电源部分是由北京整流器厂生产的KGSA11-100/230型可控硅整流设备。由于水平推动篦式冷却机的工作特性和生产工艺要求，普遍使用直流调速系统，而且直流电动机起动性能和调速性能都很好，所以保障了生产的正常进行。但由于直流电动机日常维护工作量大，特别是工作在粉尘较大的场合，整流子、碳刷磨损较快，需经常停机检修、维护，不仅需要投入较多工作量，检修成本较高，而且由于停机造成熟料不能快速冷却，冷却机篦床因高温损坏。

2　改造方式

　　1999年3月我们采用高性能的三相交流变频器对冷却机进行了改造尝试。考虑到试验中的风险，同时为了保证试验成功，改造时保留了直流电动机的安装底座和可控硅整流设备。

2.1　电动机的选择
　　因直流电动机较三相交流异步电动机起动力矩大，特性硬，过载能力强，所以电动机的功率应加大。
　　原直流电动机的输出转矩:
　　M_ZN=P/Ω_ZN=P/(2πn_ZN/60)
　　=(60/2π)×(P_ZN/n)
　　=9.55×(17×103/1000)
　　=162.35N·m
式中:M_ZN———直流电动机额定转矩；
　　P_ZN———直流电动机额定功率；
　　Ω_ZN———直流电动机额定角速度；
　　n_ZN———直流电动机额定转速。
　　应选用的交流电动机的功率:
　　P_N=0.83M_ZNΩ₁
　　=0.83M_ZN(2πn₁/60)
　　=0.83×162.35×(2π×1500/60)
　　=21155.83W
式中:P_N———交流电动机额定功率；
　　Ω₁———交流电动机额定角速度；
　　n₁———交流电动机同步转速。
　　所以选用Y180L-4型、22kW交流电动机。
2.2　变频器的选择
　　

由于我们已使用了多台富士FRENIC变频器，且使用效果良好，所以我们仍选用了富士产品。根据富士产品说明书，选择了FRN22G9S4型，并利用公司库存的1台FRN030G7-4(额定容量46kVA、额定输出电流60A、使用电动机30kW)。
　　2000年2月又改造了1台，变频器使用了ABB公司的ACS60100253型(使用ACS4010253X型即可)，改造后一切正常。

2.3　改造步骤
　　1)22kW交流电动机的轴头直径与17kW直流电动机的轴头直径不同，需另加工1个联轴器(最好加工1对)。
　　2)根据原17kW直流电动机安装支座和22kW交流电动机底座尺寸，制作1个夹垫，放在它们之间，用螺丝分别加以固定。
　　3)如使用富士变频器，需配1只0～1500r/min(0～10VDC)的转速表、1只75/5的电流互感器和1只0～75A的电流表，但由于电流互感器安装在一次线路上，这时的电流只能作为参考；如使用ABB变频器，需配1只0～1500r/min(0～20mADC)的转速表和1只0～75A(0～20mADC)的电流表，这样测得的电流比较准确。
　　4)将原电缆改为VV-1、3×16mm²二芯屏蔽线若干；原按钮和电位器仍可利用。

3　有关参数设定简介

1)电动机参数:根据所选铭牌，输入变频器需要的参数。
　　

2)保护:根据工作性质平均负荷情况确定，设定为变频器额定输出电流的70%左右。
　　

3)输出频率:根据生产工艺要求，冲程量经减速机速比折算得出，设定上限为40Hz，下限为30Hz，设定完毕后用电位器能调速的范围在30～40Hz(900～1200r/min)之间，已能满足生产要求。
　　

4)加速时间:根据起动负荷大小、电动机起动力矩大小和变频器最大转矩倍数(百分比)确定起动加速时间，由于变频器具有良好的保护性能，所以加速时间可通过实践来确定，我公司设定为10s。
　　

5)减速时间:减速时间理论上可设为0s，但由于水平推动篦式冷却机停机时会出现过压报警，所以应适当延长停机时间，我公司设定为30s。
　　

6)再生回馈控制:电动机在起动后，转速自零开始，经10s后加速达到900r/min(30Hz)，此时突然出现跳闸，变频器无输出，显示器显示电动机转速达到900r/min时出现了过电压现象。我们试验了几个下限频率(如25Hz、20Hz等)，都出现了电动机转速达到下限时因过电压跳闸，变频器无输出情况。经分析其原因如下:由于水平推动篦式冷却机篦床是水平往复式运动，每个运动周期由正向加速-正向减速-停止-反向加速-反向减速-停止循环组成，如果此时电动机处在加速状态(0～900r/min)，电动机的作用力大于篦床等的阻力，电动机正常工作；当电动机转速达到900r/min后，篦床由停止-反向加速(或停止-正向加速)过渡时，由于篦床受物料的阻力作用和传动力臂重力作用，会对电动机产生一个反向加速力，使电动机在此时处在发电状态，由此产生回馈再生电动势叠加在电动机定子上，变频器产生过压保护动作，所以应适当调整该参数(富士变频器调参数34，ABB变频器调参数20.05)。
　　

在实际应用中我们也发现变频器设定输出1200r/min(40Hz)时，实际工作在1140～1260r/min(约38～42Hz)之间变化，这也是以上原因产生的。

4　效果

　　经过24个月的连续使用(第2台13个月)，证明这样的改造是成功的，不但保障了冷却机的安全运行，还减少了日常维护工作和维修配件等成本，同时也有节能效果。