臺達變頻器在臥式螺旋離心機上的應(yīng)用

摘 要：本文主要介紹臥式螺旋離心機的結(jié)構(gòu)，以及臺達B系列變頻器運用在臥式螺旋離心機上的情況。

關(guān)鍵詞：臥式螺旋離心機 變頻器 共用直流母線

1 引言

臥式螺旋離心機（簡稱臥螺離心機）如圖1，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、輕工等部門。即可用于固體脫水和分級，也可用于液體的澄清，在離心機領(lǐng)域占有重要地位。由于這種離心機具有單機處理能力大、操作方便、能連續(xù)自動操作、勞動強度低、占地面積少以及維護費用低等優(yōu)點，所以自五十年代以來，螺旋離心機在污泥脫水中得到廣泛應(yīng)用，逐漸取代其他脫水機械成為大型城市污水處理廠污泥脫水的首選設(shè)備。懸浮液通過在螺旋輸送器中心的進料管進入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，由于離心力的作用，較重或較大的顆粒被拋向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，通過螺旋小端的噴射孔噴出轉(zhuǎn)鼓，而較輕的固體顆粒及液相通過轉(zhuǎn)鼓大頭的溢流孔溢出轉(zhuǎn)鼓。懸浮液由一臺可實現(xiàn)無級調(diào)速的螺桿泵進料。

圖1 臥式螺旋離心機

2 系統(tǒng)的要求

臥螺離心機用雙電機驅(qū)動（如圖2所示），與主動件相連的電機處于電動機工作狀態(tài)為主電機，與從動件相連的電機由于轉(zhuǎn)鼓差速的作用始終處于發(fā)電機狀態(tài)的為副電機，兩者的轉(zhuǎn)速需要精確的配合。該傳動方式早在60年代已應(yīng)用于實驗室，但這種傳動方式幾十年來沒有在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用，究其原因：關(guān)鍵在于副電機再生的電能在當(dāng)初的技術(shù)條件下不能合理利用。所以，在大多數(shù)情況下，臥螺離心機的副電機都被取消，而安裝了渦流制動器。

圖2 臥式螺旋離心機側(cè)面圖

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，近年來變頻器的性能價格比大大提高，母線共連的方案也日趨成熟，國內(nèi)有很多離心機廠家都在探索雙電機雙變頻器的驅(qū)動方案。在該方案中，主、副電機各用一臺普通變頻器驅(qū)，直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔?，較好的解決副電機持續(xù)發(fā)電的問題。它的應(yīng)用，在能源日益緊缺的今天，有著特別重要的意義。

從發(fā)展趨勢看，臥螺的傳動已經(jīng)從能耗嚴重的渦流制動發(fā)展到目前最主流的雙電機雙變頻驅(qū)動。

3 系統(tǒng)的控制方案

原理圖如圖3：

圖3 控制系統(tǒng)原理圖

接線圖如圖4：

圖4 控制系統(tǒng)接線圖

在圖4中，空氣開關(guān)是每個變頻器的進線保護裝置，它應(yīng)該采用帶輔助觸點的空氣開關(guān)，這主要是因為接觸器的接通必須同時滿足空氣開關(guān)的輔助觸點閉合和變頻器運行狀態(tài)正常這兩個條件，否則接觸器就斷開。

由于實際工作現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境往往會導(dǎo)致電網(wǎng)的波動并產(chǎn)生高次諧波，使用進線電抗器就能有效地避免這些因素對變頻器的影響，也可用于增加電源阻抗并幫助吸收附近設(shè)備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而最終保護變頻器的整流單元。

系統(tǒng)配置：300B43A變頻器控制主電機30kW，075B43A變頻器控制副電機7.5kW。變頻器動作由面板按鈕來控制，頻率調(diào)整由面板電位器控制。面板上有轉(zhuǎn)速表，顯示電機的實際轉(zhuǎn)速，信號由變頻器模擬量輸出信號提供。

4 共直流母線的處理方法

對于通用變頻器而言，采用共用直流母線很重要的一點就是在上電時必須充分考慮到變頻器的控制、傳動故障、負載特性和輸入主回路保護等。下圖所示為在其中一種應(yīng)用比較廣泛的方案。該方案包括3相進線（保持同一相位）、直流母線、通用變頻器組、公共制動單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。

圖5 變頻器共用直流母線示意圖

該方案有以下特點：

（1）使用一個完整的變頻器，而不是單純使用傳統(tǒng)意義上的整流橋加多個逆變器方案；

（2）不需要有分離的整流橋、充電單元、電容組和逆變器；

（3）每一個變頻器都可以單獨從直流母線中分離出來而不影響其他系統(tǒng)；

（4）通過連鎖接觸器來控制變頻器的DC到共用母線的聯(lián)絡(luò)；

（5）快熔來保護掛在直流母線上的變頻器的電容單元；

（6）所有掛在母線上的變頻器必須使用同一個三相電源。

為確保變頻器上電后順利地掛上DC母線，或是在變頻器故障后快速地與DC母線斷開以進一步縮小變頻器故障范圍，使用在該場合的變頻器必須要有信號24VDC或干觸點信號輸出，其輸出信號至少包括：

（1）準備好信號：該信號輸出有效則表示變頻器無故障，母線電壓正常，可以接受啟動命令；

（2）故障信號：該信號輸出表示變頻器故障。

FU為半導(dǎo)體快速熔斷器，額定電壓通?？蛇x700VDC，額定電流必須考慮到驅(qū)動電機在電動或制動時的最大能量，一般情況下可以額定負載的125%電流即可。

MC為直流接觸器，額定電壓可選650VDC，其額定電流同樣須根據(jù)驅(qū)動電機制動時的最大電流來定，一般情況下可以選額定負載的120%電流。

5 參數(shù)設(shè)置

最高操作頻率設(shè)定01-00=50

最大電壓頻率設(shè)定01-01=50

最高輸出電壓設(shè)定01-02=380

第一加速時間設(shè)定01-09=180

第一減速時間設(shè)定01-10=180

第一頻率指令來源設(shè)定02-00=1

第一運轉(zhuǎn)指令來源設(shè)定02-01=1

多功能輸出 03-00=20

模擬輸出信號選擇03-05=4

多功能輸入指令五04-08=30

6 測試數(shù)據(jù)

停車時進線電壓：3PH 380VAC

母線電壓：535VDC

主電機運行頻率：49.1Hz

副電機運行頻率：38.4Hz

主電機工作電流：25A

副電機工作電流：7A

直流母線電壓：495V

制動單元在變頻器速度穩(wěn)定時沒有開啟，母線電壓正常。

7 結(jié)束語

采用臺達雙變頻器控制的離心機，具有如下特點：

（1）低速力矩大，啟動平穩(wěn)；

（2）節(jié)能，共用母線雙電機雙變頻器驅(qū)動在臥螺離心機上廣泛應(yīng)用，即主、副電機各用一臺普通變頻器驅(qū)動，其直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔?，較好的解決了這個問題，在能源日益緊缺的今天,有特別重要的意義；

（3）調(diào)整方便，適用范圍更廣；

（4）簡化機械結(jié)構(gòu)，減少故障率。