一,、前言

　　Comply Industries公司是肯尼亞最大的木材原料生產(chǎn)公司，此公司生產(chǎn)肯尼亞大部分膠合板,、電線桿,、中密度纖維板、木芯板,、硬紙板,、齊邊拉門、層壓板,、木質(zhì)制品等木材原料制品,，并且在非洲多個國家有分公司，為整個非洲提供高質(zhì)量的木材產(chǎn)品,。

　　MDF板材廠為中密度纖維板生產(chǎn)基地,，是Comply Industries 位于肯尼亞奈庫魯（Nakuru）西部的一個工廠。此工廠為肯尼亞提供高質(zhì)量的中密度纖維木板,；生產(chǎn)工藝包括從處理原始木材到木板生產(chǎn)的整套生產(chǎn)環(huán)節(jié),。此生產(chǎn)基地通過PLC300實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的自動化控制，實現(xiàn)多個大型設(shè)備的協(xié)調(diào)工作,，完成切割,、粉磨、壓縮、制板和運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié),。在整個生產(chǎn)工藝過程中使用了切割機,、皮帶機、磨機,、提升機,、送風(fēng)機、引風(fēng)機等多種電機,。其中低壓電機已經(jīng)采用變頻技術(shù)進行控制,；熱磨機高壓電機為繞線電機，采用水阻啟動方式啟動,，使用過程中不進行調(diào)速,。由于繞線電機LRS控制調(diào)速、控制性能差,，用戶需要對熱磨機電機進行變頻控制改造,。

　　二、熱磨機采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的理論依據(jù)

　　2.1中密度纖維板簡介

　　中密度纖維板是以小徑級原木,、采伐,、加工剩余物以及非木質(zhì)的植物纖維原料，經(jīng)切片,、蒸煮,、纖維分離、干燥后施加脲醛樹脂或其他適用的膠粘劑,，再經(jīng)熱壓后制成的一種人造板材,。其密度一般在500－880公斤/立方米范圍，厚度一般為2－30毫米,。

　　中密度纖維板是六十年代中期發(fā)展起來的產(chǎn)品,，是20世紀林產(chǎn)工業(yè)的重大發(fā)明之一，其優(yōu)異的性能具有其他板種不可替代的地位,，近年來產(chǎn)量高速發(fā)展,。原因是它具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能、裝飾性能和加工性能等,。

　　圖1.1 中密度纖維板

　　2.2熱磨機介紹及變頻控制原理

　　熱磨機是直接分離纖維的設(shè)備,，纖維分離是在一個高溫、高壓,、高速和完全封閉的系統(tǒng)中完成的,。纖維是中密度纖維板的質(zhì)量基礎(chǔ)，熱磨工序是整個生產(chǎn)過程中十分重要的工序,。此用戶使用熱磨機為浙江福馬公司生產(chǎn),，熱磨機電機為繞線式異步電機型號：YRKS560-1-4，額定電壓3300V，額定電流283.4A,，額定功率為1400kW，額定頻率50Hz,，功率因數(shù)0.9,，額定轉(zhuǎn)速1485r/min。

　　熱磨機為中密度纖維板生產(chǎn)的熱磨設(shè)備,，完成將木塊分解成粉末狀任務(wù),，熱磨機轉(zhuǎn)動快慢決定生產(chǎn)質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中需要根據(jù)入料多少,，控制熱磨機轉(zhuǎn)動速度,；而且在生產(chǎn)線其它設(shè)備出現(xiàn)故障時，工人需要短時間降低磨機轉(zhuǎn)速甚至停機,；且在故障解除后,，需要立即啟動磨機。所以,，熱磨機在生產(chǎn)過程中,，需要頻繁啟動、停止和轉(zhuǎn)速改變,，變頻控制是實現(xiàn)熱磨機控制的首選控制策略,。

　　熱磨機圖片如下：

　　圖1.2熱磨機

　　2.3繞線式電機改造鼠籠電機

　　由于現(xiàn)場原有電機為繞線電機，原啟動方式采用水阻啟動方式,，且無串電機調(diào)速裝置,，無法進行調(diào)速，要將繞線電機改造成鼠籠電機,。鼠籠式轉(zhuǎn)子用銅條安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi),，兩端用端環(huán)焊接，形狀像鼠籠,。繞線式轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組相似,，三相繞組連接成星形，三根端線連接到裝在轉(zhuǎn)軸上的三個銅滑環(huán)上,，通過一組電刷與外電路相連接,。

　　電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差,；低速時機械特性較軟,，靜差率較大；電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大,，節(jié)能較差,；變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器,，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類,，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點：效率高,，調(diào)速過程中沒有附加損耗,；應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機,；調(diào)速范圍大,，特性硬，精度高,。

　　為克服傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點,，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造風(fēng)機傳動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全頻率（0-50Hz）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制,。采用變頻調(diào)速需改為鼠籠式運行,，轉(zhuǎn)子繞組已沒有必要外接電組。為避免電刷與集電環(huán)之間因接觸不良引起故障,，將與集電環(huán)相接的三根線之間用導(dǎo)線短接,，并將電刷舉起。將繞線式電機轉(zhuǎn)子三根引出線短接,，并將電刷舉起,，即可將繞線式異步電機改造成鼠籠式電機。

　　三,、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的裝置設(shè)計

　　3.1  高壓變頻器系統(tǒng)原理

　　按照電機學(xué)的基本原理,，已知交流異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為： n=(1-s)60f/p式中： s-滑差； p-電機極對數(shù),； f -電機供電頻率,。由上述公式可以看出，只要改變滑差s,、或者電機極對數(shù)p,、或者電機運行頻率f，都可以達到調(diào)整電機本身速度的目的,。

　　HARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),，屬高－高電壓源型變頻器。變頻器主要由移相變壓器,、功率模塊和控制器三部分組成,。變頻器輸入側(cè)采用多重化移相變壓器實現(xiàn)隔離和諧波抵消。無須功率因數(shù)補償,、諧波抑制裝置,，多脈沖整流技術(shù)的應(yīng)用使得變頻器電網(wǎng)側(cè)諧波可滿足IEEE519-1992標準和GB/T14549-93標準,。變頻器輸出采用多個功率單元移相式PWM波形輸出串聯(lián)疊加，得到多電平高壓,，實現(xiàn)較低的輸出電壓諧波,、共模電壓和dv/dt。無須附加輸出濾波裝置,，不會對電機的絕緣,、軸承造成損害，可直接驅(qū)動普通鼠籠式,、繞線式異步電機和同步電機。

　　移相變壓器：電網(wǎng)電壓經(jīng)過干式移相變壓器降壓后給變頻器功率單元供電,，變壓器采用移相多重化設(shè)計,，以達到降低輸入諧波電流的目的。

　　功率柜： 功率柜為三組輸入,、單組輸出的交一直一交電壓源型逆變器結(jié)構(gòu),，功率單元通過整流、逆變過程實現(xiàn)對驅(qū)動電機供電電源的頻率調(diào)節(jié),。變頻器采用8個獨立功率單元串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出,。有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發(fā)熱,，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低,，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機,，不需要輔出濾波器,。

　　控制器：控制器是變頻器的控制中心，它完成變頻器頻率調(diào)節(jié)的全過程控制,、變頻器電氣保護功能實現(xiàn),、以及變頻器的人機交互與通訊接口功能實現(xiàn)。

　　3.2  北京利德華福高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點

　　由于采用了高性能DSP芯片和新型一體化計算機,，在秉承HARSVERT-A系列產(chǎn)品完美無諧波,、高可靠性、功率/電壓等級覆蓋范圍廣,、控制接口靈活等優(yōu)良品質(zhì)的基礎(chǔ)上,，HARSVERT-VA系列無速度傳感器矢量控制高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)功能更為豐富、性能更高的高壓大容量交流傳動控制,。目前,，HARSVERT-VA系列無速度傳感器矢量控制產(chǎn)品的性能指標為：調(diào)速范圍100:1，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度0.5%,，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間小于200ms,，啟動轉(zhuǎn)矩150%額定轉(zhuǎn)矩,，基本達到國際先進水平。

　　圖2.1   北京利德華福高壓變頻器

　　目前,，HARSVERT-VA系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有以下功能：

　　l  恒壓頻比控制

　　這種控制方式最顯著特點是簡單易行,，因而成為目前國內(nèi)大多數(shù)變頻器生產(chǎn)廠家所采用的電機控制方式。對于大多數(shù)對轉(zhuǎn)矩響應(yīng),、控制精度要求不高的場合,，如風(fēng)機、水泵類負載,，可以滿足一般應(yīng)用要求,。

　　l  無速度傳感器矢量控制

　　無需安裝復(fù)雜且不易維護的測速裝置，HARSVERT-VA系列變頻器僅需對輸出三相電壓,、兩相電流進行檢測,，即可根據(jù)預(yù)先自動測定的電機模型，進行異步電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩解耦控制,，實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩負載啟動和運行,。適合礦井提升機、皮帶機等特殊負載使用,。

　　l  速度閉環(huán)矢量控制

　　在調(diào)速精度,、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)要求更高的場合，安裝轉(zhuǎn)速傳感器后,，可進一步提高HARSVERT-VA系列速度閉環(huán)矢量控制變頻器的控制精度,。

　　l  電機參數(shù)自動整定

　　要實現(xiàn)矢量控制，需要檢測電機的定轉(zhuǎn)子電阻電感參數(shù),。HARSVERT-VA系列變頻器可對異步電機自動進行電機學(xué)堵轉(zhuǎn)試驗和空載試驗,，實現(xiàn)電機參數(shù)的自動整定。

　　l  高壓掉電恢復(fù)自動重啟

　　在某些用戶場合,，給變頻器供電的高壓電網(wǎng)可能會發(fā)生短時電壓跌落或缺失,，為了盡可能不影響正常生產(chǎn)，在設(shè)定時限內(nèi),，當高壓掉電恢復(fù)時,，HARSVERT-VA系列產(chǎn)品能自動快速識別并跟蹤當前電機轉(zhuǎn)速，恢復(fù)正常運行,。

　　l  旋轉(zhuǎn)啟動

　　如果電機被負載拖動仍在旋轉(zhuǎn)甚至反轉(zhuǎn),，變頻器能識別跟蹤電機轉(zhuǎn)速并拖動負載到設(shè)定頻率運行。

　　四,、熱磨機采用變頻調(diào)速的使用效果

　　高壓變頻器對交流電動機進行交流控制有許多優(yōu)勢,，如節(jié)能，容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制,，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制,，容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換,，可以進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)，可以對電動機進行高速驅(qū)動,，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境,，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小,，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等,。

　　經(jīng)實際運行發(fā)現(xiàn)，使用高壓變頻器的皮帶機有以下優(yōu)點：

　?。?）高壓變頻器具有高可靠性,、穩(wěn)定性、防護性,；

　?。?）高壓變頻器能夠完成熱磨機頻繁啟動、停止,；

　　（3）高壓變頻器實現(xiàn)按照入料多少控制磨機轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)工藝,；

　?。?）滿足木材廠生產(chǎn)線電控系統(tǒng)的功能接口和監(jiān)控要求；

　?。?）熱磨機在利用高壓變頻器根據(jù)實際情況對電機進行調(diào)速,，既符合工藝要求，又達到節(jié)能降耗目的,；

　?。?）變頻器啟動過程平穩(wěn)，無沖擊,，體積小,，好搬運；

　?。?）高壓變頻器在磨機工作過程中承受40A-50A電流波動而正常運行,；

　　（8）電機滿載時,，變頻調(diào)速系統(tǒng)效率≧96％,；

　　（9）變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)≧97％,；

　?。?0）變頻器輸入諧波小于4%；

　?。?1）變頻器自保護功能：過電流限制,，過電壓限制,，過負荷預(yù)警，過電流跳閘,，功率單元故障跳閘,，過負荷跳閘，接地故障跳閘,，過熱跳閘等,；

　　（12）變頻器數(shù)據(jù)顯示：輸出頻率,，電機轉(zhuǎn)速,，輸入輸出電流，輸入輸出電壓,，電機輸出功率,，運行時間，故障查詢,，變頻器溫度等,；

　　（13）電機在啟動和調(diào)節(jié)過程中,，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化,，電流沒有任何沖擊，消除了大啟動電流對電機,、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力,，大大降低了日常的維護保養(yǎng)費用。

　　五,、結(jié)束語

　　此次北京利德華福高壓變頻調(diào)速技術(shù)在肯尼亞Comply Industries熱磨機的實踐應(yīng)用表明：電機在配備高壓變頻器后大大降低了日常的維護保養(yǎng)費用,，取得了較好的運行效果，提高了中密度纖維板生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)水平,。由此可見,，高壓變頻調(diào)速技術(shù)在中密度纖維板使用對其它皮帶機設(shè)備進行變頻改造起到了示范作用。