1 引言
寶鋼600t回轉(zhuǎn)窯用于燒制冶金石灰，使用篦式預(yù)熱機(jī)。該預(yù)熱機(jī)使用1臺(tái)15kw，4極的鼠籠型電動(dòng)機(jī)，經(jīng)一臺(tái)1∶59的擺線減速機(jī)和一臺(tái)1∶57的齒輪減速機(jī)兩次減速后，驅(qū)動(dòng)該預(yù)熱機(jī)。在電動(dòng)機(jī)和擺線減速機(jī)之間，接有電磁耦合器，用來(lái)進(jìn)行調(diào)速。其調(diào)速范圍為120～1200r/min，相應(yīng)的預(yù)熱機(jī)的速度為84～840mm/min。
電磁耦合器有電能浪費(fèi)大的缺點(diǎn)，且需冷卻水系統(tǒng)為其降溫。該電磁耦合器已使用多年，由于備件的困難，帶來(lái)了調(diào)速精度低，轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定等毛病。轉(zhuǎn)矩的不穩(wěn)定曾導(dǎo)致篦板拉斷的事故。因此寶鋼于2004年對(duì)其進(jìn)行了改造。
改造的方法是利用變頻器來(lái)取代原來(lái)的電磁耦合器調(diào)速系統(tǒng)。改造沒(méi)有簡(jiǎn)單地保持原設(shè)備容量，而是針對(duì)該預(yù)熱機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)設(shè)備的選型進(jìn)行了優(yōu)化，從而使設(shè)備容量降低了一半。
2 原設(shè)備的實(shí)際情況
原電動(dòng)機(jī)速度為120～1200r/min，經(jīng)兩級(jí)減速后為0.035～0.35r/min，預(yù)熱機(jī)相應(yīng)的速度是84～840mm/min。根據(jù)寶鋼多年的實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)產(chǎn)量為額定值600t/d時(shí)，需要的速度是420mm/min，目前回轉(zhuǎn)窯已超產(chǎn)到720t/d，此時(shí)需要的速度為500mm/min。
在設(shè)備檢修時(shí)，對(duì)空載的預(yù)熱機(jī)有時(shí)希望移動(dòng)的速度快一點(diǎn)，可用到700mm/min。
原電動(dòng)機(jī)的額定電流為29a，實(shí)際電流一般不超過(guò)15a，有相當(dāng)大的裕量。
3 預(yù)熱機(jī)調(diào)速的性質(zhì)
要改變預(yù)熱機(jī)的產(chǎn)量，可以使用兩種方法，一是保持料層的厚度不變，改變預(yù)熱機(jī)篦板的速度，該方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
另一個(gè)方法是保持預(yù)熱機(jī)篦板的速度不變而改變料層的厚度。該方法將改變電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩。
如果由于某種原因需要提高預(yù)熱機(jī)的轉(zhuǎn)速，而要維持產(chǎn)量不變，則預(yù)熱機(jī)上的料層必須減薄，電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩將減輕。也就是說(shuō)，這是個(gè)恒功率的調(diào)速過(guò)程。反之亦然。
4 電動(dòng)機(jī)及擺線減速機(jī)的選擇
由于增產(chǎn)到720t/d以上的可能已很小，故只要在此基礎(chǔ)上留有一定的裕量即可。當(dāng)篦板速度為504mm/min時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速是720r/min，8極電機(jī)的轉(zhuǎn)速可滿足其要求。與4極電機(jī)相比，在同樣的轉(zhuǎn)矩下，電機(jī)的功率可降低一半，7.5kw的電機(jī)可滿足要求。
由于減速機(jī)使用日久，故實(shí)際改造時(shí)，將原1∶59的擺線減速機(jī)更換為1∶121的擺線減速機(jī)。相應(yīng)使用7.5kw，4極的變頻電機(jī)。
一般變頻電機(jī)當(dāng)采用強(qiáng)制冷卻時(shí)，其調(diào)速范圍可以從0到100hz，調(diào)速范圍很廣。但采用強(qiáng)制冷卻時(shí)，電動(dòng)機(jī)有獨(dú)立的冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇功率雖小，但一套控制回路與一般電動(dòng)機(jī)一樣一點(diǎn)都不能少，并且為了防止冷卻風(fēng)扇故障時(shí)燒壞主電機(jī)，還要給主電機(jī)回路加上一些與冷卻風(fēng)扇的聯(lián)鎖。這樣就使整個(gè)系統(tǒng)變得很復(fù)雜。而使用自扇風(fēng)冷時(shí)，就沒(méi)有這些問(wèn)題。
因此變頻電機(jī)使用自扇風(fēng)冷電機(jī)，選用上海南洋電機(jī)廠的sybp型產(chǎn)品。擺線減速機(jī)選用天津減速機(jī)廠的產(chǎn)品。
5 變頻器的選擇
當(dāng)預(yù)熱機(jī)發(fā)生機(jī)械故障時(shí)，如電機(jī)轉(zhuǎn)矩裕量太大，會(huì)發(fā)生拉壞篦板的事故，故變頻器沒(méi)必要保留過(guò)大的裕量。由于新老系統(tǒng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相同，都比預(yù)熱機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩大，電機(jī)電流有較大的裕量。故變頻器不必在電機(jī)容量之上再留裕量，選用7.5kw即可。為了將變頻器裝在原mcc盤中，選用了三菱540型變頻器。
使用2塊輸出信號(hào)變換板選配件，裝于變頻器內(nèi)，將0～10v的電流和速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20ma的信號(hào)輸出顯示到中央操作室的crt畫面上。
6 變頻器調(diào)速方式的選擇
閉環(huán)矢量控制調(diào)速盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但并不是任何情況下都是用該方式最好，速度精度的提高，是以電流的波動(dòng)為代價(jià)的。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)，使速度發(fā)生變化時(shí)，高精度系統(tǒng)必然要迅速發(fā)生響應(yīng)，力求快速恢復(fù)原來(lái)的速度。這就必然要求有一個(gè)較大的附加轉(zhuǎn)矩來(lái)與之抗衡。也就是說(shuō)，系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)較大的電流波動(dòng)。這個(gè)電流波動(dòng)如果是正的，將加重變頻器與電機(jī)的負(fù)擔(dān)，如果是負(fù)的，且較大的話，將使系統(tǒng)工作于制動(dòng)狀態(tài)，為此將不得不給變頻器加用制動(dòng)單元。反饋回路的存在也會(huì)使系統(tǒng)增加故障。另外，較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)還使機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生較大的交變扭矩，降低機(jī)械壽命。
在本系統(tǒng)中，由于對(duì)速度控制的精度要求不是很高，使用閉環(huán)矢量調(diào)速是得不償失的。因此選用無(wú)反饋v/f調(diào)速，以求系統(tǒng)的最大穩(wěn)定性和可靠性。
7 調(diào)速上下限的選定
選用以上電動(dòng)機(jī)和變頻器后，電動(dòng)機(jī)在50hz（其對(duì)應(yīng)的篦板速度為520mm/min）以下時(shí)，使用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，該方式下的最高產(chǎn)量可達(dá)740t/d。
當(dāng)產(chǎn)量在740t/d時(shí)，如果有某種原因需要更高的速度，則可以使用恒功率調(diào)速。考慮到這種可能性很小，調(diào)速的范圍也不會(huì)很大，選定最高速度為750mm/min，此時(shí)的運(yùn)行頻率為71hz。
上海南洋電機(jī)廠的sybp型自扇風(fēng)冷變頻電機(jī)，其調(diào)速范圍為10到75hz。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于10hz時(shí)，其對(duì)應(yīng)的篦板速度為100mm/min?？蓾M足生產(chǎn)要求，故即以此作為調(diào)速下限。
8 其他參數(shù)設(shè)定
（1）過(guò)流保護(hù)值：額定電流值，延時(shí)時(shí)間為1s；
（2）停止方式：慣性停止；
（3）加速時(shí)間：15s；
（4）減速時(shí)間：10s。
9 改造方案其他要點(diǎn)
（1） 速度指令由plc原ao回路提供；
（2） 由變頻器反饋電流和頻率信號(hào)作為中控室的電流和速度監(jiān)視；
（3） 盡量使用變頻器內(nèi)部控制電源，plc與變頻器信號(hào)盡量直接授受，不設(shè)置不必要的中間繼電器，變頻器輸入與輸出端均不設(shè)置接觸器，將系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)化，以減少中間環(huán)節(jié)故障；
（4） 利用窯修時(shí)期進(jìn)行施工。現(xiàn)場(chǎng)拆除原電動(dòng)機(jī)、電磁耦合器和水冷系統(tǒng)，安裝新減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)。拆除mcc單元內(nèi)器件，安裝變頻器。
10 結(jié)束語(yǔ)
寶鋼600t回轉(zhuǎn)窯篦式預(yù)熱機(jī)設(shè)備變頻改造投運(yùn)兩年，一直無(wú)故障。節(jié)電達(dá)50%以上，并免除了水冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和故障，效益十分顯著。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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