位能負載條件下的變頻調速系統設計

廣州鋼鐵集團公司　　　　　　 劉少善 高永堅

摘要：本文分析了位能負載的物理特性，控計了提升機械變頻調速系統的設計思想和分析計算方法，對變頻設備的合理選用進行了研究．

關鍵詞：提升機　變頻調速　制動

一、概述：

　　物品提升機械是國民經濟各行業不可缺少的生產設備，在各工礦企業中大量使用，如工廠的行吊、港口碼頭的塔吊、礦井提升機、高爐卷揚機、民用電梯、軋機升降臺、以及油田抽油機等，都是典型的提升機械。這類設備大多采用繞線式電動機作為主驅動，用于提升或下放重物，具有典型的位能負載特性。

　　由于啟動及調速成等方面的需要，通常都是在繞線式電動機的轉子回路串接電阻，從而降低電機啟動電流，并實現電動機的分級調整。這種控制方式帶來如下弊端：

1、轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。

2、電阻分級切換，實現有級調速，設備運行不平穩，引起電氣及機械沖擊。

3、再生發電時，機械能回饋電網，造成電網功率因數低。尤其在供電饋線較長的應用場合，會加大變壓器、供電線路等方面的投資。

4、接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，影響接觸器的使用壽命，設備維修成本較高。

5、繞線電動機滑環存在的接觸不良問題，容易引起設備事故。

　　隨著交流電動機變頻調速器的應用和普及，人們已開始淘汰繞線式電動機轉子回路串電阻調速這一落后的調速方式，采用先進的變頻調速技術取而代之，實現了提升機械的平滑調速和節能運行，并將電網側功率因數提高到0.95以上，同時省去了調速接觸器、正反轉接觸器等軟件，完全解決了傳統提升機械的存在的固有缺陷，使設備性能行到極大提高。

二、位能負載的調速特性

　　提升機械用于提升或下降位能負載，無論是過平衡或欠平衡配置，必然存在電動和再生發電兩個工作區，其調速特性如圖一和圖二所示。

　　　　圖一　轉子回路串電阻的調速特性　　　　　　　　　　圖二　交流變頻調速特性

　　如圖所示，繞線式電動機轉子回路串接電阻調速時，通過電阻的分級切換和正反轉接觸器切換，實現有級調速和正反轉控制。其中，工作點１和工作點２為電動狀態，工作點３為能耗制動狀態，工作點４為再生發電機狀態。

　　變頻調速特性為一組平行的曲線，同于變頻器的頻率可以連續可調，因而能夠實現平滑無級調速。圖二中１區為電動區，２區為再生發電區，電能回饋至變頻器的直流側，通過制動組件泄放。

三、變頻器的容量選擇

　　提升機械采用變頻器進行控制時，可以遷用鼠籠型電動機，對于原使用繞線式電動機的提升機械，可將繞線式電動機的轉子短接，當作籠型電機使用。常用的電動機為ＹＺ系列鼠籠型電動機和ＹＺＲ系列繞線型電動機，這兩個系列的電動機，都是以工作制Ｓ３及負載持續率40%的定額作為基準定額。電動機的額定值選定后，應選擇相應的變頻器容量。

　　ＹＺ和ＹＺＲ系列電動機的過載力矩一般為2.2-2.8倍，為了充分發揮電動機的負載能力，提高起重設備的安全

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