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森蘭變頻在離心鑄管機(jī)上的應(yīng)用

時(shí)間:2008-07-31 10:18:00來源:zhangting

導(dǎo)語:?本文介紹自來水大口徑的供水鑄鐵管的變頻調(diào)速改造,首先敘述鑄鐵管的生產(chǎn)工藝過程,然后著重介紹改造情況及注意事項(xiàng)和改造后的節(jié)能進(jìn)行了定量的分析。
摘 要:本文介紹自來水大口徑的供水鑄鐵管的變頻調(diào)速改造,首先敘述鑄鐵管的生產(chǎn)工藝過程,然后著重介紹改造情況及注意事項(xiàng)和改造后的節(jié)能進(jìn)行了定量的分析。 關(guān)鍵詞:離心鑄管機(jī),變頻調(diào)速,電磁調(diào)速器耗能的分析與計(jì)算 一. 鑄鐵管的生產(chǎn)過程 目前,城市自來水大口徑的供水管主要使用鑄鐵管﹑水泥管和玻璃纖維管。在保證一定強(qiáng)度的前提下,用離心法澆鑄比用模具法澆鑄的鑄鐵管的管壁厚度已經(jīng)大大地下降了,整體重量減輕了很多,而且質(zhì)量也不錯(cuò)。在現(xiàn)行普遍使用的幾種供水管中,鑄鐵管價(jià)位處于中等,強(qiáng)度高﹑經(jīng)久耐用,重量輕﹑安裝施工簡單快捷,很受各自來水公司的青睞。 四川崇州鑄管廠生產(chǎn)城市自來水供水使用的400mm~800mm口徑的鑄鐵管,為保證鑄鐵管管壁厚度的均勻性,又要保證鑄鐵管的質(zhì)量,采用離心澆注法。其工藝過程是將熔化了的高溫鐵水注入模具中,再將模具從零速逐漸加速到高速旋轉(zhuǎn),由于離心力的作用,鐵水很快在模具中成型,并在模具中通冷卻水,維持?jǐn)?shù)分鐘后,鐵管溫度下降到大約400~500時(shí)逐漸降速到零,開模取管。臥式鑄管機(jī)的模具放在前后1﹑2﹑3﹑4四只傳動(dòng)輪上,其中2﹑4由兩臺(tái)電機(jī)經(jīng)皮帶輪帶動(dòng)的主動(dòng)輪,其余1﹑3兩只是被動(dòng)輪,如圖1所示。原來的傳動(dòng)方式是兩臺(tái)37KW的電機(jī)由電磁調(diào)速器驅(qū)動(dòng)。這種生產(chǎn)工藝要求兩臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管對(duì)電磁調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)采取了控制同步運(yùn)轉(zhuǎn)措施,由于電磁調(diào)速器的控制部分都是模擬PI調(diào)節(jié)器,精度和穩(wěn)定性都較差,在實(shí)際工作中,操作工人憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行速度微調(diào),很難調(diào)到兩電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣兩電機(jī)的負(fù)荷分配不均勻,嚴(yán)重時(shí)引起跳閘,影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 [align=center] 圖1 鑄管機(jī)傳動(dòng)示意圖[/align] 二. 鑄管機(jī)的負(fù)載機(jī)械特性 鑄管機(jī)負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩大慣性負(fù)載,并且,起動(dòng)前先將一定量的鐵水先注入模具,然后再開始起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),因此又是重載起動(dòng)。電磁調(diào)速器低速轉(zhuǎn)矩較差,要保證鑄管機(jī)起動(dòng)正常起動(dòng),電動(dòng)機(jī)的容量一般選得較大。鑄管機(jī)傳動(dòng)由兩臺(tái)37KW的4極異步鼠籠電機(jī)承擔(dān),兩臺(tái)電機(jī)之間存在負(fù)荷分配問題。 鑄管機(jī)的離心成型法對(duì)電氣傳動(dòng)設(shè)備要求較高,首先要求滿載起動(dòng),起動(dòng)力矩應(yīng)在電機(jī)100%額定力矩以上;其次低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長,要求低速力矩大;最后由于鑄管機(jī)調(diào)速范圍大,為保證鑄鐵管的質(zhì)量,要求在整個(gè)工作速度范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速應(yīng)基本穩(wěn)定。 三. 鑄管機(jī)的變頻調(diào)速 根據(jù)以上的情況,選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性且起動(dòng)力矩大的森蘭SB40S系列變頻器。如果用兩臺(tái)37KW變頻器,就需要考慮兩臺(tái)電機(jī)的同步控制問題,這樣做同步效果好,但電機(jī)上需安裝速度變送器(脈沖編碼器或測速發(fā)電機(jī)),其結(jié)果是比較麻煩而且投資會(huì)增加。如果將兩臺(tái)37kw電動(dòng)機(jī)并聯(lián)后用一臺(tái)75KW變頻器控制,兩臺(tái)電機(jī)可做到同頻運(yùn)轉(zhuǎn),但兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的特性有一定的差異,其速度也會(huì)有速度差,對(duì)于電機(jī)的參數(shù)差別不大,同步要求不高的系統(tǒng)還是可以滿足使用要求。 鑄管機(jī)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的同步要求不高,為簡單計(jì)采用電機(jī)并聯(lián),選用一臺(tái)SB40S75KW變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)37KW電機(jī)運(yùn)行,為保護(hù)電機(jī),每臺(tái)電機(jī)需裝熱繼電器,如圖2中的RJ1,RJ2。設(shè)定F01=3,調(diào)速用X4,X5端子按鈕控制,按X4升速;按X5降速。停車時(shí)間設(shè)為120S,降速到變頻器的輸出頻率5Hz時(shí),啟用直流制動(dòng)?,F(xiàn)場調(diào)試時(shí)測試,有一臺(tái)電機(jī)的線電流為57A,另一臺(tái)電機(jī)的線電流為38A,最大的57A也未超過37kw電機(jī)電流的額定值,對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用無影響。當(dāng)然也可選用森蘭SB80系列矢量控制高性能變頻器,這種變頻器有一種“特性軟化”功能,選擇特性軟化功能,可改變變頻器的特性曲線,使兩電機(jī)的線電流之差盡量縮小,負(fù)荷分配基本均勻。變頻調(diào)速控制原理與如圖2所示。 變頻器的機(jī)械特性為恒轉(zhuǎn)矩,電機(jī)在低頻5Hz便可運(yùn)行,高速42Hz時(shí)可達(dá)1200r/min,調(diào)速比1:8以上,極大的滿足了鑄管機(jī)的工藝要求。將電磁調(diào)速改造為變頻調(diào)速,簡單方法用變頻器驅(qū)動(dòng)電磁調(diào)速電機(jī),將電磁調(diào)速器的轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁調(diào)到最大,其效率僅為85%。為達(dá)到最高的節(jié)能效率,需將電磁調(diào)速電機(jī)換為普通Y系列三相鼠籠電機(jī),或者用機(jī)械的方式將電機(jī)和轉(zhuǎn)差離合器的輸出直接相連。變頻調(diào)速后,考慮到電機(jī)運(yùn)行在低速的時(shí)間比較長,電機(jī)的散熱受到一些影響,溫度會(huì)升高。在改造過程中,將電磁調(diào)速電機(jī)換為Y系列交流異步電動(dòng)機(jī)時(shí),如果是等容量的代換,由于原來電機(jī)的容量就選得比較大,改造后電機(jī)的溫升不會(huì)超過額定值,不必加恒速風(fēng)扇降溫;如果是非等容量代換,代換電機(jī)的容量比電磁調(diào)速電機(jī)小時(shí),那就需在電機(jī)尾罩上加恒速風(fēng)機(jī),以利于電機(jī)的散熱。 [align=center] 圖2 鑄管機(jī)變頻控制原理圖[/align] 四.﹑節(jié)能分析 鑄管機(jī)經(jīng)變頻改造后,用按鈕調(diào)速非常方便,改變了電磁調(diào)速器在運(yùn)行中調(diào)同步很不容易實(shí)現(xiàn)同步的方法,使兩臺(tái)電機(jī)負(fù)荷分配大體均勻,做到了無級(jí)調(diào)速,運(yùn)行平穩(wěn)。變頻器取代了電磁調(diào)速器后,有較好的節(jié)能效果,現(xiàn)分析如下: 電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器的損耗是由主動(dòng)部分的風(fēng)阻﹑磨擦損耗及從動(dòng)部分的機(jī)械磨擦所產(chǎn)生。如果考慮這些損耗與轉(zhuǎn)差離合器的激磁功率相平衡且忽略不計(jì)的活,則轉(zhuǎn)差離合器的輸入﹑輸出功率可用下式表示: 電動(dòng)機(jī)的輸出功率
P1=M1n1(kw)
式中: M1——電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩(kgf.m) n1—電動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 轉(zhuǎn)差離合器的輸出功率:
P2=M2n2(kw)
式中:M2—轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩(kgf.m) n2—轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。對(duì)于離心鑄管機(jī)這類恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的負(fù)載,其轉(zhuǎn)矩:M= M1= M2=常數(shù),所以,轉(zhuǎn)差離合器的效率:
滑差可由下式定義:
可見,在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下,轉(zhuǎn)差離合器的效率正比于輸出轉(zhuǎn)速。因此用電磁調(diào)速器調(diào)速使輸出轉(zhuǎn)速下降時(shí),輸出功率成正比下降,而輸入功率保持不變,實(shí)際上,滑差也就是節(jié)電率。此時(shí),損耗功率Ph與滑差損耗成正比,即
離心鑄管機(jī)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1440r/min,工作時(shí)從零速逐漸加速到最高1200r/min,再維持6分鐘。由于電磁調(diào)速電機(jī)低速力矩較差,在300r/min時(shí)才開始起動(dòng),這個(gè)過程中,滑差在79%~17%范圍內(nèi)變化,但在17%的時(shí)間較長,加權(quán)平均計(jì)算為30%左右。采用變頻調(diào)速后,變頻器的效率基本上不隨輸出的頻率變化,除去變頻器的損耗后,節(jié)電率在24%上下,實(shí)際用電度表計(jì)量,節(jié)能在22%上下,投資回收期不到一年,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

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