摘 要： 分離機(jī)械的驅(qū)動電機(jī)一般分為單電機(jī)驅(qū)動和多電機(jī)驅(qū)動兩種，本文將主要介紹ACS550變頻器在作為單電機(jī)驅(qū)動的典型案例三足式離心機(jī)的應(yīng)用和作為多電機(jī)取得驅(qū)動的典型案例臥螺離心機(jī)的應(yīng)用,。
　　
關(guān)鍵詞： 變頻器 分離機(jī)械 電機(jī)驅(qū)動
　　
1,、前言

分離機(jī)械是將液體與固體顆?；旌衔镞M(jìn)行分離的設(shè)備，主要分為離心機(jī),、分離機(jī),、壓濾機(jī)、濾油器,、過濾器等設(shè)備,。分離機(jī)械一般是工藝流程中的后處理設(shè)備,，所以直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。從整體上看,，我國分離機(jī)械技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比存在較大差距,。主要表現(xiàn)在：分離機(jī)械品種、規(guī)格少,，不能完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要,，特別是分離物料粘度大、精度細(xì)的機(jī)械,，效率高,、生產(chǎn)能力大、自動化程度高的分離機(jī)械絕大多數(shù)依賴進(jìn)口,；分離機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)研究落后,，新產(chǎn)品開發(fā)速度慢；制造工藝落后,，生產(chǎn)效率低,，產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性較差,，技術(shù)水平和自動化水平較低,；配套設(shè)備和材料不能滿足分離機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，尤其是產(chǎn)品的質(zhì)量,、可靠性很不穩(wěn)定,。

從分離機(jī)械的發(fā)展來看,，數(shù)字交流變頻器將替代原來的電磁調(diào)速,、直流調(diào)速、液力偶合調(diào)速,、多速電機(jī),，而逐步成為分離機(jī)械的主要驅(qū)動裝置。本文將介紹的是ABB公司的新品ACS550變頻器在分離機(jī)械的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,。
　　
ACS550是ABB公司最新推出的智能性變頻器,，該系列變頻器用于0.75KW～355KW低壓交流傳動。它能精確地控制速度和轉(zhuǎn)矩,，能匹配現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)鼠籠異步電動機(jī),。ACS550具有三種控制方式，即標(biāo)量V/F控制,、無傳感器矢量控制,、轉(zhuǎn)矩控制，所以該款變頻器不僅能夠適合于最簡單的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),，同時(shí)也可以應(yīng)用在復(fù)雜的工作場合,。其可靠的過載能力設(shè)計(jì),，也可以同時(shí)滿足普通負(fù)載和重載工作。
　　
分離機(jī)械的驅(qū)動電機(jī)一般分為單電機(jī)驅(qū)動和多電機(jī)驅(qū)動兩種,，本文將主要介紹ACS550變頻器在作為單電機(jī)驅(qū)動的典型案例三足式離心機(jī)的應(yīng)用和作為多電機(jī)取得驅(qū)動的典型案例臥螺離心機(jī)的應(yīng)用,。
　　
2、變頻器在三足式離心機(jī)中的應(yīng)用
　　
三足式離心機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單,、對物料的適應(yīng)性很強(qiáng),、應(yīng)用面最廣的立式離心機(jī)。分沉降型和過濾型兩大類,。應(yīng)用最多的是過濾型三足式離心機(jī),。它即能適于分離粒徑僅為數(shù)微米的細(xì)顆粒，也能用于成件物品的脫液,。通過調(diào)整各操作工序的延續(xù)時(shí)間,，可用于分離過濾難易程度不同的各種懸浮液，通過調(diào)節(jié)濾餅的洗滌時(shí)間,，可以滿足不同的洗滌要求,。這種機(jī)型主要適用于中小型的生產(chǎn)規(guī)模，但由于有上述很多長處,，所以廣泛應(yīng)用于制藥,、化工、輕工,、紡織,、食品、機(jī)械制造等工業(yè)部門,。
　　
在本應(yīng)用中,，變頻器驅(qū)動的是離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓，啟動平穩(wěn),，分離因數(shù)可調(diào),；徹底克服了傳統(tǒng)直流碳刷式離心機(jī)噪音大、故障率高,、使用壽命短,、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，是重力沉降分離設(shè)備更新?lián)Q代產(chǎn)品,。交流變頻離心機(jī)在減震系統(tǒng)和變頻電機(jī)等幾項(xiàng)重要指標(biāo)上具有鮮明的特色和獨(dú)創(chuàng)性,。常見的三足式離心機(jī)的單機(jī)驅(qū)動功率在3KW與55KW之間，ACS550完全可以勝任,。




圖一 ACS550在三足式離心機(jī)中的應(yīng)用原理

圖一為ACS550變頻器的原理,，在其外圍線路中，主要分三個(gè)部分：
　?。?）直流母線UDC+,、UDC－端接制動單+,、—端，然后根據(jù)不同的選擇（如回饋制動接電網(wǎng)三相,、能耗制動則接制動電阻）,，Tk為制動單元的內(nèi)部繼電器，當(dāng)本單元出現(xiàn)故障時(shí),，Tk動作,，通過變頻器的端子DI4定義，瞬間封鎖U/V/W輸出,。
　?。?）控制回路輸入、輸出端子中,，采用宏9902＝5的定義
　　DI1：手動/自動起動/ 停車 （ 手動）: 得電起動
　　DI2：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)（ 手動）: 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)
　　DI3：EXT1/EXT2 選擇: 得電選擇自動控制
　　DI4：運(yùn)行允許: 一旦斷開變頻器將停車
　　DI5：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)（ 自動）: 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)
　　DI6：起動/ 停車 （ 自動）: 得電起動
　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V （ 手動控制,，電位器、參考電壓 10 VDC ）
　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA （ 自動控制,，參考信號: 0…20 mA ）
　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V （ 手動控制,，參考電壓 10 VDC ）
　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA （ 自動控制，參考信號: 0…20 mA ）
　　RO2C/2B：繼電輸出2,， 可編程（默認(rèn)動作：運(yùn)行）
　　RO3C/3B：繼電輸出3,， 可編程（默認(rèn)動作：故障）
　　AO1：直流數(shù)顯儀（頻率或轉(zhuǎn)速指示）
離心機(jī)使用變頻器時(shí)，制動方式應(yīng)優(yōu)先考慮向電網(wǎng)回饋能量的再生制動,，電能回饋制動是將制動的能量反饋回電網(wǎng)再利用,，從節(jié)能的角度來看，是一種最好的方式,，而且沒有熱量產(chǎn)生,，非常適合安裝在易燃場合（因?yàn)槟芎闹苿訒写罅繜崃慨a(chǎn)生）。在不宜采用這種再生制動裝置的地方,，如有電網(wǎng)諧波要求（因?yàn)橐话愕哪芰炕仞佒苿訂卧C波系數(shù)不盡理想）,，應(yīng)安裝足夠容量的制動電阻器,，并采取散熱措施,；當(dāng)然在非易燃場合，從節(jié)省一次性安裝成本考慮,，也大都采用能耗制動,。
一般的能耗制動單元都具有如下的基本功能：
動作電壓設(shè)定：通過撥碼開關(guān)可以設(shè)定動作電壓設(shè)定值660V或710V（進(jìn)線為380V級）。
制動使用率：通過撥碼開關(guān)可以設(shè)定制動單元的工作使用率,，一般的能耗制動單元默認(rèn)值為10％,，但由于系統(tǒng)對制動要求的不同，可以設(shè)置不同的制動率,，最大到100％,。
（2）狀態(tài)結(jié)點(diǎn)
模塊異常：當(dāng)直流回路發(fā)生短路,、過載或IGBT模塊損壞時(shí)制動單元報(bào)警，故障繼電器Tk動作,。
散熱器過熱：制動單元散熱器過熱報(bào)警,，故障繼電器Tk動作。
制動單元運(yùn)行正常時(shí),，Tk閉合,，變頻器處于使能狀態(tài)可以正常工作；遇故障動作時(shí),，Tk打開,，通過對變頻器輸入端子DI4的定義,，即可瞬間封鎖U/V/W輸出,，起到保護(hù)作用,。
對于直接回饋制動，目前已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品,，但造價(jià)普遍高出能耗制動的幾倍,。在實(shí)現(xiàn)變頻器的直流回路與進(jìn)線電網(wǎng)電源間的雙向能量傳遞，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術(shù)：即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng),，從而實(shí)現(xiàn)制動,，它采用了電流追蹤型PWM整流器，這樣就容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動,，且具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度,。同時(shí)，這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控制交流側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功的交換,。當(dāng)然不同的產(chǎn)品有不同的控制方式,，我們必須同時(shí)注意到功率因數(shù)、諧波分量,、輸出相位等,。
　　
3、ABB變頻器在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用
　　
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（簡稱臥螺離心機(jī)）廣泛應(yīng)用于石油,、化工,、冶金、醫(yī)藥,、食品,、輕工等部門。即可用于固體脫水和分級,，也可用于液體的澄清,，在離心機(jī)領(lǐng)域占有重要地位。由于這種離心機(jī)具有單機(jī)處理能力大,、操作方便,、能連續(xù)自動操作,、勞動強(qiáng)度低、占地面積少以及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),，所以自五十年代以來,，螺旋離心機(jī)在污泥脫水中得到廣泛應(yīng)用，逐漸取代其他脫水機(jī)械成為大型城市污水處理廠污泥脫水的首選設(shè)備,。懸浮液通過在螺旋輸送器中心的進(jìn)料管進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓內(nèi),，由于離心力的作用，較重或較大的顆粒被拋向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁,，通過螺旋小端的噴射孔噴出轉(zhuǎn)鼓,，而較輕的固體顆粒及液相通過轉(zhuǎn)鼓大頭的溢流孔溢出轉(zhuǎn)鼓。懸浮液由一臺可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的螺桿泵進(jìn)料,。
　　
從發(fā)展趨勢看,，臥螺的傳動已經(jīng)從能耗嚴(yán)重的渦流制動發(fā)展到目前最主流的雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動。如圖二所示,，典型的臥螺離心機(jī)中有兩個(gè)傳動軸：一個(gè)軸帶動筒體轉(zhuǎn)動,、另一軸帶動筒軸轉(zhuǎn)動，兩者的轉(zhuǎn)速需要精確的配合,。變頻矢量控制針對不同液體濃度自動適應(yīng)負(fù)載變化,，高效可靠的完成離心分離過程。具體的分離控制功能則被集成在PLC離心機(jī)控制軟件中,。從接線方式看,，交流電網(wǎng)接到主變頻器的進(jìn)線端，兩變頻器的直流母線直接并聯(lián)輔機(jī)傳動變頻器并不直接接駁進(jìn)線380V,，這樣就可以方便而可靠地實(shí)現(xiàn)能量共享,。在正常運(yùn)行情況下，輔機(jī)都是處在發(fā)電狀態(tài),，主電機(jī)則是在電動狀態(tài),，輔機(jī)發(fā)電導(dǎo)致母線電壓泵升，然后通過母線互聯(lián),，將泵升電壓消耗在主機(jī)上,，從而減少了從電網(wǎng)吸納的電能，起到了節(jié)能的作用,。
　　
在本方案中,，由于輔機(jī)傳動電機(jī)需要的無功勵磁電流和副電機(jī)偶爾作為電動機(jī)運(yùn)行（例如啟動階段和加減速過渡過程）時(shí)的有功電流都要由主變頻器提供，因此,，選取主變頻器的功率時(shí)應(yīng)予以考慮進(jìn)線整流橋的容量，必須保證通過電流為兩電機(jī)電動電流之和,。
本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是電路簡單,，不需要調(diào)試,，動作可靠性極高。本離心機(jī)控制的特點(diǎn)：
（1）離心機(jī)速度的矢量控制方式保證了速度控制的正確性,；
（2）可以使用公共直流母線,；
（3）速度差控制，取消了編碼器,，而采用開環(huán)的無傳感器矢量控制可以解決昂貴的帶編碼器的反饋控制方案,；
（4）筒軸傳動的負(fù)載補(bǔ)償。
綜合看來,，臥螺離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：
（1）節(jié)能：共母線雙電機(jī)雙變頻器驅(qū)動在臥螺離心機(jī)上廣泛應(yīng)用,，即主、副電機(jī)各用一臺普通變頻器驅(qū)動,，其直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔?，較好的解決了這個(gè)問題,在能源日益緊缺的今天,有特別重要的意義。現(xiàn)代離心機(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的速差可以根據(jù)進(jìn)料的變化自動調(diào)節(jié),，變頻調(diào)速相對于渦流制動和液力耦合制動來說對電能的利用率高,，在耗能方面比較節(jié)省。
（2）動態(tài)響應(yīng)快：差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程從PID調(diào)節(jié)器的數(shù)分鐘減小為變頻無傳感器矢量控制的數(shù)秒鐘,，速差調(diào)節(jié)精確（甚至可以達(dá)到±0.05轉(zhuǎn)/分）,，從而大大提高了卸料物中干物質(zhì)含量（以處理污泥而言在2%左右）。
（3）轉(zhuǎn)矩控制功能：利用ACS550的轉(zhuǎn)矩控制可以非常容易實(shí)現(xiàn)速度與轉(zhuǎn)矩切換,，并處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積,，從而提高工作效率。采用ACS550的離心機(jī)其有效扭矩更大,，最小持續(xù)扭矩為5,000Nm,，瞬間負(fù)載扭矩可達(dá)27,000Nm。


　　

圖二 ACS550在臥螺離心機(jī)中的應(yīng)用

　　
4,、結(jié)束語
　　
本文從常用的兩種分離機(jī)械設(shè)備的變頻使用情況出發(fā),，闡述了ACS550變頻器的具體應(yīng)用原理。根據(jù)我國分離機(jī)械的發(fā)展趨勢看,，變頻調(diào)速的離心機(jī)將會有更廣闊的市場,。