变频器在斗轮取料机小车电机控制中的应用

张潘　刘尚孟

【摘 要】论文介绍变频器的应用情况和技术特点，使用变频器对斗轮式取料机小车电机控制进行改造，以变频器优越的调速性能及完善的保护功能，为取料机小车行走机构传功系统提供有利的保护，延长行走电机及减速机等主要部件的使用寿命，降低了设备的维护量，能够提高设备的运行稳定性，同时也降低了生产经济成本。

【Abstract】This paper introduces the application and technical characteristics of the inverter，transformation of bucket wheel reclaimer motor control with frequency converter. The frequency converter can provide favorable protection for the reclaimer trolley traveling mechanism transmission system for its superior speed regulation performance and perfect protection function. Therefore， it can extend the service life of traveling motor and reducer etc. main parts ， and reduce the maintenance and improve the operation stability of the equipment ，and reduce the production cost at the same time.

【关键词】变频器；斗輪取料机；小车行走电机；运用

【Keywords】inverter； bucket wheel reclaimer； trolley motor； application

【中图分类号】TF345.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0139-02

1 变频器的应用及结构特性

变频技术是先进的电力技术和计算机技术合二为一的高效节能技术。变频器就是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备[1]。变频器主要是由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，具备自动节能器监视变频器电流的功能，与设置的变频器最大输出电流相对比。根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等，从而进一步保护电机在运行过程中的消耗，为生产企业降低生产经济成本。随着生产企业的工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器是由主回路和控制回路两部分组成：主回路的作用是通过整流电路将交流电转换成直流电，其次是通过直流中间回路将整流电路的输出信号进行平滑滤波，最后再通过逆变电路将直流电再次逆变为变流电。控制回路则是完成对主回路的控制，并对转矩计算的CPU及相应的电压、电流检测回路进行控制。变频器的控制方式为动态矢量控制，就是通过控制系统高速计算给电机驱动所需的最佳控制电压及电流矢量，最大限度地发挥电机的输出转矩[2]。

2 原有的小车电机控制系统

斗轮取料机小车是一台往复式运动的设备，使用单台15kW的异步电动机进行驱动，通过牵引钢丝绳拖动小车进行往复运动。其控制方式最初采用两个交流接触器控制小车行走电机正反转，在小车的两头安装限位开关控制小车的行程。由于电机工作需要频繁的正反转切换，启动时的冲击力，造成减速机、钢丝绳等机械设备频繁损坏，电气设备中的交流接触器使用寿命减短，需要经常更换，造成设备的故障停机时间长，维修工作量大，并且在生产运行过程中，由于小车运行速度无法进行调节，造成在取料过程中会出现过载情况，取料量无法控制的问题，严重影响了生产。

3 使用变频器调速控制系统

3.1 变频器的选用

根据取料机小车的电机参数以及使用环境，我们选用了型号为FRN18.5G11S-4CX的富士FRN系列交流变频器，它是由富士电机株式会社研发、生产、销售的世界知名变频器品牌之一，在世界各地占有率比较高。主要用于三相异步交流电机，用于控制和调节电机速度。该变频器不但可以通过其键盘面板实现正反转的启动停机操作以及频率的给定，也通过外部接线的方式进行控制，在实际应用中，根据生产工艺要求调整变频器的参数设定，实现设备的保护功能[3]。

3.2 变频器的接线

针对变频器主回路的接线，由于原小车电机控制系统中，使用了两个交流接触器进行控制，在改为变频器控制时，需要将原交流接触器拆除，将电源端接到变频器主回路电源输入端L1/R、L2/S、L3/T，将电机线接到变频器输出端U、V、W，并且输出侧不能连接进相电容器和电涌吸收器，还有就是接地端子必须有良好接地，一方面可以防止电击及火警事故，另外也能降低噪声。

对于控制回路的接线，可将原控制回路的正反转开关接到变频器的正转运行/停止命令端FWD、反转运行/停止命令端REV以及变频器的接点输入公共端CM[4]。当端子FWD与CM端之间闭合（ON）时，电机正转运行，断开时（OFF），电机减速停止；当端子REV与CM端之间闭合（ON）时，电机反转运行，断开时（OFF），电机减速停止。同时将小车行程两端的限位串联到控制回路中，利用限位进行自动正反转控制。在操作台上增加调速电位器，接入变频器模拟输入端子13、12、C1、11，实现变频器的调速。在检查主回路和控制回路接线正确无误，并且试运行小车行走机构没有电机旋转不平衡、加速或者减速不平稳等异常后，即可给变频器送电设置参数。根据电机的参数设定电机额定电压、电机额定电流、电机额定频率、电机额定转速等，根据机械设备负载性能的要求设定相应的加减速时间。由于生产工艺的需求，还要对变频器的运行频率进行限制，所以需要设置频率的上限[5]。针对运行中的过载保护，利用变频器的报警输出继电器，设定相应的报警电流，实现超电流快速跳闸，从而保护设备不受损坏。

3.3 变频器常见故障判断及检查方法

①变频器报OC1、OC2、OC3则是过流故障，主要检查电机连接端U、V、W有无相间短路或者对地短路，未发现短路现象则复位变频器，并运行电机查看运行电流是否过载；

②变频器报OU1、OU2、OU3则是过电压，检查电源电压是否超出参数设置范围，询问操作人员是否突然加速运行而突然停止设备，检查设备动作时主电路直流回路电压是否在保护值以上[6]；

③变频器报OH3则是变频器内过热故障，检查变频器风扇是否运作，散热片是否堵塞，测量变频器工作环境温度是否在规定值内；

④变频器报OL则是过载故障，检查电机功率与变频器内电子热继电器额定值是否匹配，电子热继电器设定值是否合适，电机运行是否有机械卡阻；

⑤变频器报FUS则是熔断器短路，检查变频器内部熔断器是否断路；

4 总结

变频器调速系统的使用为机械设备、电气设备提供了很好的保护，减少了设备的故障率，提高了系统的可靠性，利用变频器的调速系统实现了取料机小车运行速度的控制，速度变化平滑[7]。变频器在保护跳闸后，键盘面板上将显示相应的故障信息，在处理故障时可根据故障信息进行排查，大大减少了维修时间，变频器的使用还有节能降耗的功能，降低企业的生产经济成本，再降低了电气维护人员的劳动强度的同时提高了检修和排查的工作效率。

【参考文献】

【1】金延斌. 变频器在斗轮堆取料机行走控制系统中的应用[J]. 现代经济信息，2009（11）：244.

【2】杨珉. 变频技术在煤场斗轮堆取料机上的应用[J]. 广东电力，2004（02）：83-85+88.

【3】郭輝. 高压变频器在煤矿主扇风机节能改造中的应用与节能分析[A]. 全国冶金自动化信息网，《冶金自动化》杂志社.全国冶金自动化信息网2015年会论文集[C].全国冶金自动化信息网，《冶金自动化》杂志社，2015：5.

【4】李俊. 高压变频器在循环风机节能改造中的应用[J]. 水泥，2015（04）：55-56.

【5】矫健. 中压变频器在新烧结除尘风机节能改造中的应用[A]. 中国金属学会.第九届中国钢铁年会论文集[C].中国金属学会，2013：6.

【6】潘照富，刘丽敏，王伟，等. 高压变频器在电厂引风机节能改造中的应用[J]. 变频器世界，2013（11）：69-72.

【7】刘朝红. 火力发电厂风机变频器节能改造的应用与效果评价[J]. 中国科技信息，2013（16）：109.