浅析变频器在天车中的应用

赵亚军

(天津天铁冶金集团有限公司焦化厂河北省056406)

摘要：近年来交流变频调速技术的应用已经极为普遍，变频器的价格也大幅下降，新式的铝电解多功能天车大多已使用变频调速，对老式的铝电解多功能天车也将遂渐进行变频改造，替代传统的转子串电阻、调压、变极调速方式，采用普通变频电机替换原有的绕线电机、双绕组电机等特殊电机，可从根本上解决备件短缺的问题。

关键词：变频器；电解车；PLC；无级调速；

科技水平的不断提高,铝行业设备也进入了自动化控制的领域。交流变频器由于其转速可控、运行稳定、观察方便、故障可见和减少故障等特点,被应用到铝行业当中。

一、铝电解多功能天车调速系统的构成

1.变频器的选择。选择变频器主要从负载特性、环境温度、电机运行电流、防护等级等方面进行选择。（1）容量的选择。铝电解厂房在夏天时环境温度可高达50度以上，环境温度过高变频器会自动降载运行，同时铝电解多功能天车属于恒转矩负载，变频器拖动恒转矩性质的负载时，要求低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力，因此选择变频器时应采用重载设计，容量要放大一档或二档进行选择。（2）工作环境。变频器的工作环境温度大多要求不超过40℃，而铝电解厂房环境温度高，特别是夏季温度可达40℃～50℃，粉尘大、存在腐蚀性气体，而变频器又属于精密的电子产品，对环境温度比较敏感，如温度过高就会出现跳闸故障，严重影响天车的正常运行，因此解决好通风散热问题就显得尤为重要。首先要选好安装位置，安装位置要避开多功能天车在电解槽的正上方的位置，那里由于电解槽高温烟气、粉尘上窜，温度相对较高、粉尘也较大；其次要做好变频柜的通风散热，可考虑以下两个措施：一是可安装空调，从以往的使用经验来看，由于空调也易受高温、腐蚀、粉尘的影响，空调的故障多，造成维护成本较高，因此，如采用这种措施，首先要确保空调的可靠性，同时成本的因素也要考虑，还要解决好空调维修的问题；二安装散热风机（风扇）：在装变频器的电气柜外安装进风口、出风口，进风口安装空气过滤装置，出风口安装抽风机将变频器产生的热量带出柜外，避免热量在柜内累积造成温度过高；同时要做好电气柜（柜门、电缆进出口等）的密封处理。这种措施通风散热设备较为简单，成本低、易维护。

2.电机的选择。铝电解多功能天车经常在低速下运行，这对于自冷式的普通电机来说散热就成了问题，因此建议选用强制风冷变频专用电动机。

3.制动电阻选择。铝电解多功能天车在工作中起停频繁，因此需要选择阻值和变频器功率相匹配的能耗制动电阻；制动电阻工作中会产生大量的热量，为避免对变频器产生不良影响制动电阻要与变频器分开安装；制动电阻的大小根据变频器使用手册选用。

二、系统设备组成

由整流(交流变直流)、中间直流环节、逆变(直流变交流)和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,母线电压由中间直流环节决定,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,输出为PWM波形。中间直流环节可以为滤波、直流储能和缓冲无功功率。母线电压经过DCAC逆变器后驱动三相异步电机运行。变频器作为调速器被应用到多功能电解天车上,以其优越的功能得到了用户的认可。变频器调节电机的转速,简单的来说是变频器接收操作员输入的控制信号,改变电源的频率和电压。根据电学原理交流电机转速如下

由以上公式可分析出异步电机调速时的输出特性,变频器对异步电机调速时,仅仅改变频率而不改变电压,频率降低时会使电机出于过压(过励磁),导致电机可能损坏。因此输出频率和电压是按一定规律改变的,在额定频率以下,变频器的输出电压随输出频率升高而升高。

1.滤波部分。EMOTRON变频器(以此EMOTRON为例)内部含有电抗装置,维持了变频器内母线电压水平,使母线上的电压波动较小,所以消除了由电网带来的高次谐波电压、电流所引起的电容器故障。保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。工厂电源可以直接连接到变频器,无需在安装电抗器等设备,降低了成本,节省开支。

2.制动部分。电解天车上应用的变频器可以分为两种,一种为行走变频器,别一种是提升变频器。行走变频和提升变频在外部固件上没有区别,区分在于变频器内部应用宏定义不同,也就是变频器应用的软件不同。但是制动部分都需要在外部安装制动电阻,以此来消除电机制动或者减速产生的电能。依据变频器的选型不同,制动电阻大小也是有区别的,选择正确的电阻阻值能够更好的保护变频器和电机无论是行走变频还是提升变频的制动电阻,都是为了把变频器在加减速时间内电机制动或者突然减速产生的电能释放。电解车在制动或者减速时,电机是处于再发电状态,产生的电能经过电机动力电缆反馈回到变频器的直流回路中,通过外部制动电阻(制动电阻连接在变频器DC+和R端子)把电能转变成热能释放掉。如果变频器没有把这部分电能消耗掉的话,会使变频器内的储能电容电压上升,造成变频器的损坏,造成不必要的损失。

三、变频无级调速方式

多功能电解车是应用在制铝工业中,主要功能是为了电解铝车间换极、下料以及出铝的服务。变频器调速系统的优点是调速范围宽、动态响应快、调速精度高、保护功能完善和操作简单等。所以变频器应用在多功能电解天车上,使得天车的整体运行更好,出铝效率更高。变频调速又分为档位调速和无级调速二种调速方式,尤其以无级调速为优。无级调速在现场应用中更容易操作和控制,调速时是以变频器为主,其它设备为辅。变频器从接收到运行命令直到输出频率控制的工作流程图如下无级调速的初始信号是由操作员从驾驶室操作手柄发出的,并且根据公式I=U/R,I:电流;U:电压;R:电阻。通过给操作手柄输入一个10V电压,操作员推动手柄改变手柄内电位器的阻值会输出给PLC一个0～20mA的电流。PLC模拟量输入模块1746-NI4接收到此电流信号后,经过PLC内程序的整合,由PLC的1746-NO4V模拟量模块输出给变频器一个0～10V电压信号。这时变频器就得到了一个速度源信号,通过判断速度源信号值(即电压信号)的大小来时时改变变频器的输出频率和电压,最终达到控制电机旋转速度的要求。多功能电解天车的小车电机的抱闸是外部抱闸,这就要求变频器的继电器接触器输出给PLC的1746-IM16数字量模块一个开关量信号,来通知PLC变频器停止运行了,从而电机外部抱闸抱合。再由外部制动电阻释放电机制动时反馈回变频器的电能。无级调整时变频器的速度源是模拟量信号,其值在0～10V之间变化,根据上面叙述可知变频器的输出频率会依据速度源信号的大小改变其值,并且速度源很小(如1V～2V)也能够时时控制电机旋转转速,做到了使设备平稳运行,所以多功能电解天车多以优选此调速方式。

总之，变频器应用在多功能电解天车、多功能焙烧天车和堆垛车上,用实际证明了变频器在电解车上的是正确的、成功的。既能降低成本,又发挥变频器运行稳定、减少故障的优点。同时避免了启动电流冲击对电网的不良影响,减少机械损耗,降低了生产成本。变频器低速过载能力较好,所以无级调整时即使电机在低速范围内也能够平稳运行,不会出现溜钩现场。

参考文献：

[1]王燕宾.浅谈变频器在天车中的应用.2017.

[2]唐德永.探讨变频器在天车中的应用.2017.