生产线变频调速系统设计
本设计案例是一个50m直线式组装生产.两端是工件上下线用的液压升降台,12台滚筒马达均匀分布在生产线上,另安装有行程开关,光电开关,磁感应开关等用于完成位置检测,控制的作用.一个滚筒组即3台电动机配用一个变频器.另外,配置一台PLC作为控制用.
1.变频器接口的应用
图1是一个无矢量控制的标准型变频器接口图,变频器调频信号电压由PLC提供,信号电压范围是0～5V.7,8,9是继电器输出信号,这里用作正常运行指示灯;17,18是集电极开路输出端子,这里用作故障指示灯用,在发生过电流故障时灯亮.
图1 变频器接口的应用
11端是随变频器输出频率变化的电压信号输出端子,0～5V对应的频率范围是0～50Hz,所以,可以作为现场速度指示信号.
图1中,故障指示信号也应送到PLC,以使PLC进行统一控制.
2.变频器及滚筒电机的选用
变频器的选用和一般系统变频器的选用类似,即首先保证变频器的容量大于电动机的容量,还应考虑变频器的额定电流要大于电动机的额定电流.变频器容量选择方法是:
变频器的额定电流值≥K[NImn+n(Imdn-Imn)]
式中:N—滚筒电动机台数;
Imn—滚筒电动机额定电流;
Imdn—电动机堵转电流;
n—可能堵转的电动机台数;
K—系数,通常最小取1.1.
其次,选择变频器的类型.由于本滚筒传动系统对稳态精度及动态响应要求不高,可选用无矢量控制的标准型变频器,实际选用的变频器输出频率精度为0.01%×最高频率,附表是某国产变频器的全系列变频器的主要参数表,在目前通用变频器领域中具有一定代表性.在变频器参数设定中,通常选用合适的V/f控制曲线是需要重点考虑的,但是对生产线传动系统这种恒转矩负载来说,最好采用具有恒转矩控制功能的变频器,如果用变频器实现恒转矩调速,必须加大电动机及变频器的容量,以提高低速情况下的转矩.在系统控制方式中,采用无速度传感器的开环控制即可.
由于滚筒电机的特殊性,还有需要注意的地方.首先,相同功率的滚筒电动机比普通笼型异步电动机的额定电流大得多,一般在2倍以上;其次,滚筒电动机可能会发生堵转的情况,一般,滚筒电动机的堵转电流并不大,为其额定电流的3倍左右,但对变频器来说,电流的裕度要求比一般系统大.
滚筒电动机的选择与一般异步电动机的选择相同,但应考虑一些容易出现的问题.由于滚筒电动机多安装在工作台下方,在许多情况下,通风散热不畅通,加上运行在低速下的情况较多,散热能力比额定转速时差,应根据情况另外设置通风冷却装置.还有,由于变频器的输出电压不可避免存在高次谐波,而高次谐波增加了电动机的损耗,所以,对电动机的温升应加以注意.高次谐波也会使电动机噪声增大,不过,实践表明,由于生产线本身噪声更大,所以,通常情况下,噪音问题并不突出.
3 变频器外围设备的选用
为保证变频调速系统正常,可靠地工作,一些外围设备是必不可少的,如图2所示.
避雷器的选用按照供配电系统的三级防雷措施的第三级防雷来选择.
图2 变频器的外围设备
断路器可以选用带漏电保护功能的种类,以保证工位操作者的安全.断路器的选用可以按照供配电系统的一般原则来选取,不过要注意,选择其过载保护特性的时候,应考虑前面提到的电动机堵转电流的问题,通常,这种堵转视为正常,所以断路器应能容许该种情况的出现.
电磁接触器的选择方法与断路器相同.其使用目的是,在断路器断开电源之后,将变频器与电源脱开,以免在外部端子控制下重新供电时变频器自行工作,以保护设备及人员安全.
交流电抗器可以抑制输入电源及电路中的浪涌,并能大大削弱电源电压不平衡对变频器造成的影响.此外,对改善功率因数也有一定作用. 电源滤波器用于抑制或减小电路中的传导干扰.
高频噪声滤波器用于抑制或减小电路中的高频辐射干扰.
直流电抗器作为变频器的专用配件之一,最大的作用是改善功率因数,此外,同交流电抗器类似,可以抑制输入电源及电路中的浪涌,并能大大削弱电源电压不平衡对变频器造成的影响.
制动电阻是必不可少的,因为生产线在运行中,电动机不可避免地频繁起动,制动.在需要对工件进行精确定位的情况下,还需具DC制动功能.