&n篩砂機(jī)bsp;1 振篩引言

    隨著變頻控輸送機(jī)制理論和制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，變頻器的應(yīng)用和發(fā)展將會(huì)朝著以下方向發(fā)展:

  &n自動(dòng)化輸送設(shè)備bsp; (1)矩陣變頻器的出現(xiàn)和推廣;

&nbs振網(wǎng)篩p;   (2)網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器將成為主流;

   &nb活化給煤機(jī)sp;(3)同步電動(dòng)機(jī)的變頻應(yīng)用將得到更為迅猛的發(fā)展。

 篩沙機(jī)   2 矩陣變板式喂料機(jī)頻器的出現(xiàn)

    雙輥式破碎機(jī)多年來，電氣傳動(dòng)專家一直都在討論關(guān)于“矩陣變換”技術(shù)的變頻器將會(huì)是下一代變頻器。幾個(gè)主要的傳動(dòng)供應(yīng)商包括羅克韋爾、西門子等都在研究該項(xiàng)技術(shù)。輿論一直認(rèn)為:盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由于成本太高而無法在目前進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。

    大家都知道，由于矩陣式交-交變頻器省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正小型皮帶輸送機(jī)弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大，并能實(shí)現(xiàn)輕量化。

    現(xiàn)在，安川公司已經(jīng)有跡象顯示該公司打算啟動(dòng)銷售矩陣變頻器的計(jì)劃。在今年四月份的漢諾威國際展覽會(huì)上，安川展示了即將生產(chǎn)的矩陣變頻器的原型)，并表示公司計(jì)劃在明年啟動(dòng)銷售策略，同砂石線時(shí)已經(jīng)在日本市場上現(xiàn)場測試和運(yùn)行了好幾臺(tái)矩陣變頻器。

    從原理上講，矩陣變頻器使用了一組電力半導(dǎo)體開關(guān)，按照預(yù)定的移動(dòng)帶式輸送機(jī)數(shù)學(xué)算法控制開關(guān)順序，并直接連接到三相電機(jī)上。在安川矩陣變頻器中有9個(gè)開關(guān)，每一個(gè)都有2個(gè)IGBT組成雙向開關(guān)，能允許正向電壓和負(fù)向電壓通到電機(jī)上。IGBT數(shù)量的增加是導(dǎo)致矩陣變頻器造價(jià)昂貴的其中一個(gè)因素。

    矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供一個(gè)清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進(jìn)行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。這也是矩陣變頻器吸引人們的一個(gè)重要點(diǎn):能大大降低輸入電流諧波的產(chǎn)生，只有大約傳統(tǒng)交-直-交變頻器的20％以下。而且矩陣變頻器的電流幾乎是正弦波，即使在帶載情況下，也是如此。當(dāng)有再生發(fā)電時(shí)，電流能以180°轉(zhuǎn)換并反饋到電網(wǎng)中，而且也是以正弦波方式。在再生制動(dòng)方式的工作中，矩陣變頻器不需要制動(dòng)電阻或特殊的變換器。反饋回的電亦無需額外的輸送機(jī)鏈設(shè)備(如變壓器等)進(jìn)行處理?？傊?，傳動(dòng)能在四象限高效率地運(yùn)行。

    另外一個(gè)吸引點(diǎn)就是矩陣變頻器去掉了直流電容,作為有一定壽命地鋁電解電容,交-往復(fù)給料機(jī)直-交變頻器就必須在一定年限更換電容,如5~8年,矩陣變頻器就能長時(shí)間可靠工作。

    安川公司起初的計(jì)劃是將新的矩陣變頻器主要用到能夠發(fā)揮其長處和優(yōu)點(diǎn)的場合中，如它的處理再生能量功能，在起重、電梯、離心機(jī)和其他需要連續(xù)電動(dòng)又連續(xù)制動(dòng)發(fā)電的場合。當(dāng)然，它也可以裝在那些需要制動(dòng)，但又沒有空間安裝制動(dòng)電阻或者安刮板式輸送機(jī)裝電阻會(huì)引起意外事故的地方，如酒精廠、化工廠等。另外一個(gè)非常有潛力的地方，就是需要有低諧波的應(yīng)用場合。如在輪船上，就能允許安裝更小的發(fā)電機(jī)組。在一些隔離系統(tǒng)中能降低設(shè)備的體積，而省去了類似12脈沖變頻器系統(tǒng)中的額外變壓器。

    在安川的計(jì)劃中，矩陣變頻器將逐步覆蓋400V的5.5~22kW，直至75kW，當(dāng)然也有200V級的5.5~45kW變頻器。至于價(jià)格策略目前尚未公布，但基本上為目前通功率段傳統(tǒng)變頻器的2倍左右。

    3 以網(wǎng)絡(luò)配置為主的系統(tǒng)化

    變頻器的網(wǎng)絡(luò)化配置主要基于三個(gè)層面:設(shè)備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場總線協(xié)議以及Internet局域網(wǎng)協(xié)議。針對不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

    網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器具有以下顯著的特點(diǎn):

    (1)高精度的頻率設(shè)定;

    (2)遠(yuǎn)程控制與工廠信息化的基本要素;

    (3)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。

    通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定頻率是一種高精度的頻率設(shè)定，其具有通訊速率高，穩(wěn)定可靠，接線簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且在模擬量控制時(shí)，輸出端經(jīng)過一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進(jìn)入輸入端(變頻器)又經(jīng)過一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差，而通訊傳遞直接是數(shù)字量，不需要轉(zhuǎn)換，沒有誤差，在傳輸過程中不會(huì)造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會(huì)很高。

    變頻器經(jīng)常被用于系統(tǒng)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、高負(fù)荷、長時(shí)間運(yùn)行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機(jī)等。變頻器故障率在這種環(huán)境中自然比較高，一般都采取事后維修的方式進(jìn)行，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的維修方式將變?yōu)楣收项A(yù)報(bào)和整機(jī)在線維修。有必要對其實(shí)現(xiàn)在線工作狀態(tài)的監(jiān)測以及常規(guī)故障機(jī)理的綜合分析研究，以便對其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及智能控制方面取得了較大進(jìn)展，并已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行。

   在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點(diǎn)對點(diǎn)硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、減少運(yùn)行成本。目前安裝的現(xiàn)場總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡(luò)中去。而且通過現(xiàn)場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號地變頻器進(jìn)行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。

    由于采用了通訊方式，可以通過PC機(jī)來方便地進(jìn)行組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。

    以SEWMOVIDRIVE變頻器為例，它可以如圖2組成WAGO-I/O系統(tǒng)，利用后者地現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行通訊互聯(lián)。這種連接方式能通過WAGO的可編程總線控制器PFC實(shí)現(xiàn)變頻器到網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)之間的輸入數(shù)據(jù)過程、輸出數(shù)據(jù)過程的交換。而且，總線互聯(lián)方式可以通過WAGO公司專用的軟件功能塊(SEW.LIB)方便地進(jìn)行變頻器參數(shù)的讀取。該方式能在最大程度上降低變頻器系統(tǒng)的構(gòu)建成本。

    4 同步電機(jī)的配合應(yīng)用

    交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)速傳動(dòng)中的一顆新星，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高、效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交-直-交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無換向器電機(jī)”或稱“無刷直流電動(dòng)機(jī)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)，且已經(jīng)取得重大進(jìn)步和在市場的成功應(yīng)用。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機(jī)簡單。

    現(xiàn)在以ABB應(yīng)用在造紙同步電機(jī)上的變頻應(yīng)用為例來說明。

    ABB公司有著100多年從事紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和供應(yīng)的歷史,從最初的長軸傳動(dòng),到上世紀(jì)六十年代的直流分部傳動(dòng),然后再到1983年的世界第一個(gè)紙機(jī)工業(yè)的交流的分部傳動(dòng),最后在1999年在芬蘭一家紙廠應(yīng)用了一個(gè)新的紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng),即采用同步電動(dòng)機(jī)的直接變頻傳動(dòng)。其后，ABB非常順利而且成功地在紙機(jī)工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用了同步變頻系統(tǒng)。

    傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)(包括直流或異步交流電機(jī))都是通過減速箱與電機(jī)相連，最后與紙機(jī)傳動(dòng)部分連接;而在同步變頻傳動(dòng)中，電機(jī)則直接耦合到紙機(jī)傳動(dòng)部分的，取消了中間環(huán)節(jié)。

    在ABB系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)通常是ACS600變頻器組成的，其硬件組成是與傳統(tǒng)的交流異步傳動(dòng)一致的，而軟件的設(shè)計(jì)則是專用的永磁電機(jī)(同步電機(jī)的一種)驅(qū)動(dòng)軟件。同步電機(jī)允許在紙機(jī)上采用無編碼器的運(yùn)行方式。傳動(dòng)部分的控制系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及人機(jī)界面的控制這幾部分都是跟ABB在紙機(jī)上的解決方案一致。因此，直接傳動(dòng)能與其他的ABB傳動(dòng)方案同時(shí)并列運(yùn)行，而且ACS600變頻器無須更換就可以升級到新的直接傳動(dòng)系統(tǒng)上。

    采用同步電機(jī)的最有效特點(diǎn):

    (1)大大降低電機(jī)尺寸;

    (2)高效率的轉(zhuǎn)矩輸出;

    (3)無編碼器運(yùn)行。

    目前大多數(shù)的紙機(jī)需要安裝速度編碼器來反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且編碼器也被證明是可靠的。但是安裝的編碼器由于是采用軸承需要常規(guī)定期性的維護(hù)保養(yǎng)和潤滑，在一個(gè)大型的紙機(jī)(如50個(gè)傳動(dòng))上每隔一定的周期還必須更換所有的編碼器以防止意外的由編碼器故障引起的紙機(jī)停機(jī)。從這個(gè)層面上來說，無編碼器的運(yùn)行自然是同步電機(jī)直接傳動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和著眼點(diǎn)。    

    電機(jī)的實(shí)際速度是需要同時(shí)反饋和監(jiān)測的，一個(gè)計(jì)算電機(jī)速度的新方法已經(jīng)在ACSDTC得到發(fā)展和應(yīng)用。為ABB造紙部門對直接傳動(dòng)的37kW永磁電機(jī)進(jìn)行測試得出的波形曲線。上面的2條曲線是表示經(jīng)速度編碼器測量的數(shù)據(jù)和通過變頻器計(jì)算出來的數(shù)據(jù)。從圖中可以看出兩條曲線幾乎是一致的，即使在動(dòng)態(tài)擾動(dòng)中也是少有偏差。第3條曲線是表示電機(jī)由于突加負(fù)載產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，該負(fù)載的變化大概是正常負(fù)載的1/3，以表示在電機(jī)在正常運(yùn)行下突然有一個(gè)大的變化。將ABB傳統(tǒng)的交流傳動(dòng)紙機(jī)改造成一個(gè)直接傳動(dòng)的紙機(jī)系統(tǒng)是非常簡單的，紙廠需要購買新的直接傳動(dòng)部分的電機(jī)，同時(shí)將ABB的常規(guī)變頻器ACS600通過下載PM-DTC軟件來升級，而且新的直接傳動(dòng)的系統(tǒng)可以與現(xiàn)有的交流或直流傳動(dòng)同時(shí)正常運(yùn)行。總而言之，用戶將從直接傳動(dòng)中獲益。

    當(dāng)然，在其他行業(yè)如紡織、電梯等行業(yè)同步電機(jī)的變頻系統(tǒng)也取得了卓有成效的推廣。

    我們知道，同步變頻系統(tǒng)在硬件上并無太大區(qū)別，甚至可以直接使用，而軟件上就必須采用新的控制思路。矢量控制是一種控制永磁同步電機(jī)的實(shí)用而有效的方法。其基本思想是在三相永磁同步電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分量分解成產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量id和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流iq分量，并使兩分量互相垂直，彼此獨(dú)立。當(dāng)給定Id_Ref=0，這時(shí)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式可以得到T∝φiq。由于Id_Ref=0，那么φ就基本恒定，這樣只要調(diào)節(jié)電流iq就可以象控制直流電動(dòng)機(jī)一樣控制永磁同步電動(dòng)機(jī)。

    5 結(jié)束語

    隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，變頻器的發(fā)展和應(yīng)用也將呈現(xiàn)更為活躍的現(xiàn)象，比如矩陣變頻器的出現(xiàn)和推廣、網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器將成為主流以及同步電動(dòng)機(jī)的變頻應(yīng)用等。而這些趨勢都將推進(jìn)變頻器的進(jìn)一步普及。