危廢焚燒設(shè)備的電機(jī)拖動(dòng)控制

肖英明

（山東恒信建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

危廢焚燒設(shè)備的電機(jī)拖動(dòng)控制

肖英明

（山東恒信建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

本文就危廢項(xiàng)目電機(jī)的電氣拖動(dòng)控制方式，普通電機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別，變頻器的組成、選擇、調(diào)試、使用，當(dāng)前存在的問題及解決的方式等問題進(jìn)行了探討。

危廢設(shè)備；普通電機(jī)；變頻電機(jī)；變頻器；電機(jī)拖動(dòng)

危廢焚燒設(shè)備電機(jī)的拖動(dòng)控制通常有3種形式：直接起動(dòng)、變頻啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)和運(yùn)行。三者都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的拖動(dòng)形式應(yīng)該采用不同的電機(jī)。部分拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)工藝要求是在低頻的情況下運(yùn)行，拖動(dòng)控制在變頻技術(shù)應(yīng)用越來越成熟和普遍的情況下，變頻器和變頻電機(jī)的使用就更多，但是由于生產(chǎn)廠家眾多、品牌不同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)也差異較大，這就給使用者的選擇帶來很多困難，設(shè)備維護(hù)的工程量也增加很多，備品備件的準(zhǔn)備也需要增加很多投資。在一個(gè)危廢焚燒工程項(xiàng)目中，由于分包商較多，大家各自為政，造成一條危廢焚燒生產(chǎn)線會(huì)有6種變頻器的品牌，同時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)電氣維修人員相對(duì)較少，生產(chǎn)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，變頻設(shè)備檢查維護(hù)不及時(shí)，造成設(shè)備的損壞。這就需要我們從設(shè)計(jì)階段入手，對(duì)變頻器的品牌、功能、使用環(huán)境和備品備件進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)定，并且貫穿到設(shè)備安裝、工藝生產(chǎn)的整個(gè)過程中，從根本上解決問題。

1 危廢焚燒設(shè)備電機(jī)的運(yùn)行方式

電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)形式：直接拖動(dòng)、變頻器啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)和運(yùn)行。

1.1 直接拖動(dòng)

普通三相異步電動(dòng)機(jī)：如普通電機(jī)和消防泵的電氣控制都是采用直接起動(dòng)的方式進(jìn)行。這種方式線路簡(jiǎn)單，投資少。但是起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大、耗能大。雖然啟動(dòng)電流較大，但是電機(jī)的功率較小對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)而言還是能夠接受。按照規(guī)范規(guī)定，消防泵需要直接起動(dòng)，便于動(dòng)作迅速，一旦發(fā)生火災(zāi)消防泵能夠立即啟動(dòng)。同樣是啟動(dòng)電流過大，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)會(huì)有沖擊。在選擇空氣開關(guān)時(shí)，不能單純用額定電流進(jìn)行選擇。一定要充分考慮電機(jī)起動(dòng)電流過大的因素。

1.2 變頻啟動(dòng)

在啟動(dòng)階段采用變頻變壓，只是解決啟動(dòng)階段啟動(dòng)電流過大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，對(duì)設(shè)備、電網(wǎng)形成沖擊的問題。運(yùn)行階段采用全壓普通運(yùn)行方式，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求的需要。頻繁啟停，會(huì)對(duì)電機(jī)造成損害。危廢項(xiàng)目的除臭系統(tǒng)電機(jī)只在啟動(dòng)階段采用變頻啟動(dòng)，正常運(yùn)行時(shí)不需要變頻。采用普通三相異步電動(dòng)機(jī)。

1.3 變頻啟動(dòng)和運(yùn)行

采用變頻器啟動(dòng)變頻電機(jī)，危廢項(xiàng)目的變頻電機(jī)主要是針對(duì)轉(zhuǎn)速有要求的設(shè)備，如回轉(zhuǎn)窯電機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)，急冷塔給水泵。它們大多時(shí)間都是在低頻率、低速運(yùn)行，通過變頻器和變頻電機(jī)的使用達(dá)到調(diào)速的目的，滿足焚燒工藝的要求。

2 普通電機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別

2.1 普通電機(jī)

普通電機(jī)按照固定電壓、固定頻率來設(shè)計(jì)，按照正玄波電壓運(yùn)行，當(dāng)他接在變頻器后面，由于變頻器輸出的是非正玄電壓，電機(jī)的溫升一般要增加10～20%。效率降低，輸出功率減少。對(duì)電機(jī)絕緣強(qiáng)度有沖擊，加速電機(jī)老化，加大震動(dòng)和噪聲，易損害電機(jī)的定子繞組和軸承。

解決方法。電纜30m以內(nèi)：增加電抗器；電纜300m以內(nèi)：增加dv/dt濾波器；增加正玄濾波器；增加尖峰吸收器。

2.2 變頻電機(jī)

變頻電機(jī)的頻率一般按照電機(jī)銘牌的頻率選擇，市場(chǎng)上一般有5～50、50～100、200Hz，額定轉(zhuǎn)速以上是恒功率調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速以下是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)試。電機(jī)的效率增加10%，對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)、頻繁調(diào)速、頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合優(yōu)于普通電機(jī)，投資較大。

3 電機(jī)拖動(dòng)的控制線路

3.1 普通電機(jī)拖動(dòng)的控制線路

普通電機(jī)最常用的控制線路由空氣開關(guān)、交流接觸器和熱繼電器組成。完成電機(jī)的啟動(dòng)、過載、過熱和短路保護(hù)。只要根據(jù)不同的電機(jī)、不同的使用場(chǎng)所，不同的工藝要求選擇合適的參數(shù)即可。如焚燒生產(chǎn)線控制過程中，采用普通風(fēng)機(jī)、普通泵、計(jì)量泵、螺桿泵、隔膜泵的電機(jī)控制。

3.2 變頻電機(jī)拖動(dòng)的控制線路

變頻電機(jī)常用的控制線路由空氣開關(guān)、變頻器組成。完成變頻電機(jī)的啟動(dòng)、過載、過熱、短路保護(hù)和信號(hào)傳輸。如焚燒線的回轉(zhuǎn)窯電機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)的拖動(dòng)控制。

4 變頻器的組成、選擇、安裝和調(diào)試

4.1 變頻器的組成

變頻器由以下4部分組成：整流電路、直流電路、逆變電路、控制電路。

變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部電路、外部接口電路以及保護(hù)電路幾部分組成?？刂齐娐返闹饕饔檬菍z測(cè)電路得到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？刂齐娐愤€通過A/D、D/A等外部接口電路，接受、發(fā)送多種形式的外部信號(hào)和給出系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)，以便使變頻器能夠?qū)ν獠吭O(shè)備進(jìn)行各種高性能的控制。

變頻器有直接U/F控制變頻器、轉(zhuǎn)差率控制變頻器和矢量控制變頻器。目前，危廢設(shè)備生產(chǎn)線中的變頻器主要是無傳感器矢量控制變頻器。

無傳感器矢量控制，性能特性接近閉環(huán)，省去了速度傳感器，維護(hù)成本低。與U/F相比，低速運(yùn)行特性得到改進(jìn)，變負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)能力得到改善，同時(shí)還能獲得高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在高摩擦與慣性負(fù)載的啟動(dòng)中有明顯優(yōu)勢(shì)。回轉(zhuǎn)窯啟動(dòng)的質(zhì)量和慣性很大。引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在低頻運(yùn)行，采用ABB變頻器非常適合設(shè)備的需要。

啟動(dòng)向?qū)?指導(dǎo)用戶設(shè)置參數(shù)，無需進(jìn)入?yún)?shù)列表；診斷向?qū)?故障時(shí)激活，利于快速查找故障；維護(hù)向?qū)?監(jiān)視運(yùn)行小時(shí)或電機(jī)旋轉(zhuǎn)；進(jìn)線電纜直接接到變頻器，變頻器出線電纜接到電機(jī)上即可。助手型控制盤11kW以下標(biāo)配制動(dòng)斬波器，便于安裝在控制柜面板上。

4.2 變頻器的選擇

變頻器的選擇原則：電流匹配，功率匹配。

（1）變頻器功率。變頻器功率等于電機(jī)的功率。大一規(guī)格也可以。（2）變頻器額定電流。變頻器的額定電流大于電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行電流。（3）選擇變頻器時(shí)，應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率作為參考。（4）選擇變頻器要考慮負(fù)載的類型。負(fù)載類型主要分為3種。①恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。鏈板輸送機(jī)、傳送帶、攪拌機(jī)。②恒功率負(fù)載。風(fēng)機(jī)、機(jī)床主軸。③水泵負(fù)載。風(fēng)機(jī)、水泵、油泵。（5）當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，由于起動(dòng)電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。（6）當(dāng)變頻器后接的電纜過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響。（7）當(dāng)負(fù)載慣性過大時(shí)，要增加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。（8）電機(jī)的極數(shù)多于4極時(shí)，要加大變頻器容量一擋，避免變頻器出力不夠，或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。（9）當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和要在變頻器的允許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V／F控制方式，并且變頻器無法保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。（10）變頻器的防護(hù)等級(jí)要與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。要充分考慮焚燒生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、腐蝕性氣體、高溫對(duì)變頻器的影響，確保變頻器的長(zhǎng)期無故障運(yùn)行。（11）如果用于矢量閉環(huán)控制，變頻器與電機(jī)必須匹配，不能大也不能小，如果是重負(fù)載可以選重載型。

4.3 變頻器的安裝

4.3.1 安裝在室內(nèi)控制柜中

（1）危廢項(xiàng)目安裝在控制柜的變頻器包括：鏈板輸送機(jī)電機(jī)變頻控制器、回轉(zhuǎn)窯供風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻控制器、回轉(zhuǎn)窯電機(jī)變頻控制器、二燃室風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻控制器、除渣機(jī)電機(jī)變頻控制器、石灰給料機(jī)電機(jī)變頻控制器、活性炭給料機(jī)電機(jī)變頻控制器、引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻控制器。（2）變頻器應(yīng)該垂直安裝在控制柜的中部，上部和下要留出排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的空間。（3）變頻器上部邊緣距離控制柜頂部、下部邊緣距離控制柜底部、側(cè)面距離隔板的最小距離應(yīng)該大于300mm。（4）在變頻器比較集中的車間，建議采用集中整流，直流共母線的供電方式。建議用戶采用12脈沖整流模式，優(yōu)點(diǎn)是諧波小、節(jié)能，特別適用于頻繁起動(dòng)、制動(dòng)。

4.3.2 安裝在現(xiàn)場(chǎng)

（1）危廢項(xiàng)目安裝在現(xiàn)場(chǎng)的變頻器包括：急冷塔給水泵變頻控制器、給水泵變頻控制器、污水羅茨風(fēng)機(jī)變頻控制器、實(shí)驗(yàn)室除臭風(fēng)機(jī)變頻控制器。（2）變頻器控制柜有時(shí)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，這樣就存在以下隱患：發(fā)熱、潮濕、灰塵、腐蝕、振動(dòng)、機(jī)械沖擊。（3）腐蝕：空氣中存在酸、堿性氣體易對(duì)電子元器件造成腐蝕。（4）發(fā)熱：急冷塔入口是550°，屬于高溫會(huì)使電子元器件老化。（5）潮濕：周圍是急冷補(bǔ)水罐，急冷補(bǔ)水泵，會(huì)有水泄漏。（6）振動(dòng)、機(jī)械沖擊：控制柜布置在20m平臺(tái)上，設(shè)備電機(jī)振動(dòng)會(huì)對(duì)控制柜造成振動(dòng)?？赡茉斐山M件、連接件連的連接松動(dòng)，形成短路。（7）在多粉塵的車間內(nèi)使用變頻器時(shí)，要求對(duì)控制柜進(jìn)行整體密封，控制柜頂部出風(fēng)口應(yīng)該有防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)頂蓋；控制柜底部進(jìn)風(fēng)口應(yīng)該有底板和防護(hù)網(wǎng)、進(jìn)線孔必須密封。建議采用雙層門進(jìn)行密封。（8）危廢項(xiàng)目的變頻器長(zhǎng)期運(yùn)行在粉塵、腐蝕、潮濕和振動(dòng)的惡劣環(huán)境下，金屬結(jié)構(gòu)件、電器元件和導(dǎo)電銅排易產(chǎn)生銹蝕，特別是微機(jī)控制板和電源板的細(xì)小銅導(dǎo)線銹蝕后會(huì)造成損壞。因此在選擇變頻器時(shí)，一定要求變頻器廠家對(duì)變頻器所使用的印刷電路板必須進(jìn)行防潮濕、防霉變的噴涂處理，結(jié)構(gòu)件要鍍鎳鉻。（9）當(dāng)需要把變頻器的鍵盤安裝在控制柜的前門上時(shí)，留下的空洞要嚴(yán)格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。

4.4 變頻器的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

內(nèi)容包括：控制柜送電檢查、分體調(diào)試、帶電機(jī)空載調(diào)試、電機(jī)帶負(fù)載調(diào)試，投運(yùn)調(diào)試。

4.4.1 送電檢查

（1）檢查電氣主線路接線正確。（2）檢查電氣元件接地線正確。（3）控制信號(hào)線接線正確。

4.4.2 分體調(diào)試

（1）送電檢查。（2）運(yùn)行變頻器。（3）觀測(cè)并記錄5、10、20、30、40和50Hz時(shí)變頻器輸出線電壓波形，記錄結(jié)果。

4.4.3 空載調(diào)試

（1）設(shè)定基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率。（2）5Hz運(yùn)行檢查相序，確定電機(jī)正方向運(yùn)行。（3）工頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)在空載及最大負(fù)載情況下的軸向、水平、垂直的3個(gè)方向的振動(dòng)參數(shù)值。（4）測(cè)量電機(jī)軸溫。（5）變頻器運(yùn)行過程中，功率模塊散熱器進(jìn)風(fēng)口溫度。（6）觀測(cè)并記錄5、10、20、30、40和50Hz時(shí)變頻器輸出線電壓波形，記錄結(jié)果。

4.4.3 電機(jī)帶負(fù)載調(diào)試

（1）電機(jī)就地控制、遠(yuǎn)程控制觀測(cè)并記錄5、10、20、30、40和50Hz時(shí)變頻器輸出線電壓波形，記錄結(jié)果。（2）測(cè)量電機(jī)軸溫。（3）變頻器運(yùn)行過程中，功率模塊散熱器進(jìn)風(fēng)口溫度。（4）電機(jī)軸向、水平和垂直方向的振動(dòng)。

5 危廢項(xiàng)目電機(jī)變頻控制

5.1 變頻器安裝位置、環(huán)境及產(chǎn)生效果

安裝在控制室、頻率5～50Hz、環(huán)境溫度常溫、濕度正常的變頻器如：鏈板輸送機(jī)變頻器、回轉(zhuǎn)窯電機(jī)變頻器、窯頭供風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器、二燃室風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器、石灰給料泵變頻器、活性炭給料泵變頻器、除臭電機(jī)變頻器、實(shí)驗(yàn)室除臭風(fēng)機(jī)變頻器。

安裝在控制室、恒轉(zhuǎn)矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常溫、濕度正常的變頻器如：除渣機(jī)電機(jī)變頻器、引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器。安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制室、恒轉(zhuǎn)矩5～50Hz、恒功率50～100Hz、常溫、濕度大的變頻器如：污水羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器。

安裝在現(xiàn)場(chǎng)、頻率5～50Hz、環(huán)境溫度高溫、腐蝕、振動(dòng)的變頻器如：急冷塔給水泵變頻器。

安裝在現(xiàn)場(chǎng)、頻率5～50Hz、環(huán)境溫度常溫、潮濕的變頻器如：給水泵變頻器。

5.2 變頻器控制變頻電機(jī)

對(duì)于功率大，需要長(zhǎng)期低頻運(yùn)行的電機(jī)采用變頻器控制，如回轉(zhuǎn)窯電機(jī)、回轉(zhuǎn)窯供風(fēng)機(jī)、鏈板輸送機(jī)、二燃室風(fēng)機(jī)電機(jī)、除渣機(jī)電機(jī)、石灰給料機(jī)電機(jī)、活性炭給料機(jī)電機(jī)、急冷塔給水泵電機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)。拖動(dòng)回路采用空氣開關(guān)、變頻器、變頻電機(jī)。

5.3 給水泵控制

給水泵是單臺(tái)電機(jī)變頻保壓，其它是工頻啟動(dòng)、運(yùn)行。變頻器在控制器的控制下變頻啟動(dòng)，如達(dá)不到目標(biāo)壓力，轉(zhuǎn)入工頻，2號(hào)泵啟動(dòng)，同理啟動(dòng)3號(hào)泵，在達(dá)到目標(biāo)壓力后，通過延時(shí)，退出工頻，單臺(tái)變頻穩(wěn)壓。由于多采用變頻器控制普通電機(jī)而不是變頻電機(jī)，這樣就造成電機(jī)長(zhǎng)期在低頻運(yùn)行，易損壞電機(jī)。建議采用一臺(tái)變頻電機(jī)，其余采用普通電機(jī)。延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

5.4 除臭系統(tǒng)電機(jī)變頻控制

采用變頻器啟動(dòng)，普通電機(jī)運(yùn)行，只是在啟動(dòng)階段降低起動(dòng)電流，運(yùn)行過程正常滿負(fù)荷運(yùn)行，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。但是在滿足投資的情況下建議將普通電機(jī)更換為變頻電機(jī)，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，達(dá)到節(jié)能的效果。

6 當(dāng)前危廢項(xiàng)目存在的問題及解決方法

6.1 品牌問題

由于工程的不同工序分屬不同的承包商，變頻器共有6種品牌：焚燒設(shè)備電機(jī)變頻控制、污水處理設(shè)備電機(jī)變頻控制、除臭系統(tǒng)電機(jī)變頻控制、固化設(shè)備電機(jī)變頻控制、給水泵電機(jī)變頻控制、實(shí)驗(yàn)室風(fēng)機(jī)變頻控制。

這種問題的解決需要在設(shè)計(jì)階段由業(yè)主和設(shè)計(jì)單位做出統(tǒng)一規(guī)定，雖然負(fù)載性質(zhì)不同，需要選擇的變頻器不同，但是為了便于生產(chǎn)階段的設(shè)備備品備件的貯備和維修方便，應(yīng)該盡可能去選擇同一品牌。

6.2 環(huán)境問題

變頻器盡可能裝在控制室的控制柜中。裝在現(xiàn)場(chǎng)的變頻器應(yīng)該裝在控制柜中，而且必須有防塵、防腐和防潮措施，不能裸露在環(huán)境中。

6.3 變頻器拖動(dòng)普通電機(jī)問題

普通電機(jī)只能在啟動(dòng)階段降低起動(dòng)電流的情況下采用，不能在需要調(diào)速的控制過程中使用，避免損壞電機(jī)。

7 結(jié)語

采用變頻器控制變頻電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，雖然增加了投資，但是能夠最大化的滿足工藝要求。節(jié)能效果顯著，調(diào)解控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期低頻運(yùn)行不損害電機(jī)，可網(wǎng)絡(luò)化集中遠(yuǎn)程控制，可與PLC組成控制系統(tǒng)。

[1]ABB變頻器說明書.

[2] 陳伯時(shí),陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[3] 王進(jìn)野.電機(jī)拖動(dòng)與控制[M].天津大學(xué)出版社,2008.

TM921

：A

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