回转窑用变频器转矩提升功能设置应注意的问题及经验

2019/9/14 21:02:38 人评论 次浏览 分类:变频器  文章地址:http://jobsreadme.com/tech/594.html

在通用变频器组成的调速系统中,经常遇到因转矩提升功能设定错误而造成起动失败的问题,而安装调试人员常因找不到问题的原因而釆用错误方法解决,往往造成资金浪费、延误工期或给系统留下保护缺陷等损失,现结合几个典型事例就转矩提升功能设定讨论。

1、因转矩提升功能设定错误造成的故障

通用变频器一般都具有转矩提升功能,不同品牌产品的功能含义有所不同,如富士产品定义了转矩提升1和转矩提升2;美国A-B公司产品则定义了直流升压、起动升压、运行升压、和运行/加速升压。在转矩提升功能中,有许多提升模式供用户选择,同一厂家不同系列的产品,其出厂设定有所不同,如果系统调试时忽视了转矩提升参数的设定修改,当负载起动转矩较大时,将导致过流跳闸,造成起动失败。

①泵类负载因工艺条件变化引起的起动失败

山铝第二铝厂管道化容出工程料浆泵系统试车,两台料浆泵选用固液两相流渣泵,配用90kW电机,额定电流164A ,选用富士FRN90P9S-4CE变频器,额定电流176A,供应商负责调试,起动时约在12Hz时电机堵转,随后过流跳闸,起动失败数次,两台泵结果相同,后来,调试者将电机过载值由164A增加到185A,电机完成起动,笔者得知这一情况后,认为这种做法是错误的,由此造成了电动机过载保护缺陷(已超过变频器额定电 流),可能因此造成较大损失,调出设定参数,得知变频器功能码(LCD显示)07转矩提升1保持了出厂设定值0.1,转矩提升功能设定为强减转矩特性,按常规该设定能够满足泵类负载的起动要求,但经过调查,该系统因工艺流程影响,泵的出口存有初始压力,致使料浆泵起动力矩增大,造成电机起动失败,后将转矩提升码改设为0.0,选择了自动转矩提升模式,电机起动正常。

②恒转矩负载应正确选择转矩提升曲线

山铝氧化铝厂引进德国贝尔公司的平盘过滤机,传动电机15kW,配用富士FRN22G9S变频器控制,国内设备配套商调试,试车时因转矩提升设置过高发生过载保护(实际负载转矩较小),该调试人员亦釆取增大过载值的方法,提高过载定值1.5倍,完成起动。后改为自动转矩提升设定后,变频器在起动过程中能够根据负载情况自动给出提升值,高质量地完成起动过程,并保证了电机过载定值不大于电机的额定电流。

③转矩提升设定对特殊负载起动的重要性

在某变频技术学术交流会上,据深圳某公司(经销进口变频器)工程技术专家介绍,该公司参加的山铝水泥厂4#水泥回转窑技术改造中,将63.6×65m水泥回转窑由直流传动改为交流传动,把原直流电机Z2-111型155kW电机改为Y315L2-8型110kW电机,选用美国A-B公司1336S-B250HP变频器控制,试车时,水泥窑起动正常,但下料后停车再起动时,约在10Hz左右总是因电机堵转造成过流跳闸,最大电流高达530A,调试人员分析认为,其原因是水泥窑带 物料起动时因物料堆积角大,起动时造成负载偏心,増大了回转窑的起动阻转矩所致,遂调整V/F图在37Hz时输出额定电压,起动成功,但完成起动后变频器进入恒功率运行,因电机磁通过大导致电机铁芯饱和发热,20Hz时电流高达380A,无功电流约占80%,为使电机正常运行,调试人员釆取了水泥窑起动后将V/F图调整复原的方法加以解决,但是,因水泥窑工艺需要,经常临时停窑,反复调整V/F图很不方便,为此,该公司技术人员联系美国A-B公司编制专用软件,以克服这一技术难题,开拓回转窑应用变频调速技术的广阔市场,但A-B公司因投资过高没有采纳,在此情况下,该技术人员与某院校合作,提出了利用PLC参与控制,设置9种起动频率组合,起动后利用按钮 改变运行曲线的控制方案,以此满足回转窑变频调速的控制需要。笔者根据多年来回转窑施工的经验,会后与发言人进行了研讨,证明了其对回转窑起动过程分析的错误和最终控制方案的不经济性。

笔者早在1986年山铝氧化铝厂6#熟料窑建设工程中,曾经对回转窑的起动特性、运行状况做过测试分析,该回转窑(φ4.5×90m)选用2台ZD2-132-1B 200kW/440V直流电机传动,起动后正常运行负荷只有30%,电机的富裕容量主要用于克服回转窑(转动惯量很大)短时的起动阻转矩,造成了很大的资金及能源浪费,因此,只要能够有效提高电机的起动转矩,回转窑传动电机的容量是可以大幅度减小的。对变频调速系统而言,其低频段(约1/3基频)输 出电压很低,输出转矩过小,是调速系统起动失败的主要原因,为此,变频器制造商在此区间设置了有效的转矩提升功能(通过提高输出电压实现),当转矩提升设定不能满足电机所需起动转矩时,将产生过流,变频器检测计时,达到设定后封锁输出,起动失败。可以证明,回转窑运行时,在扬料板的作用下物料始终分布在一侧,负载转矩与起动时相差不大而与物料堆积角关系不大,4#水泥窑起动失败时,变频器始终在同一频率下保护动作,但起动时间设定相差很大,每次物料所达到的高度也不相同,因此,水泥窑起动失败的主要原因,并不是发言人所说的因物料堆积造成负荷偏心使窑体转到一定角度时,引起该点负载起动转矩过大而过流跳闸,而是变频器低速时起动提升转矩过小,起动过程中不足以克服物料偏心和窑体热弯产生的附加阻力矩,造成负载下起动失败。


对于选用PLC参与控制的方案,是很不经济的,笔者认为,只要在1/3基频以下的低速区间设置足够的转矩提升,在其他频率段基本保持恒转矩下V/F曲线的斜率,是能够圆满完成回转窑调速控制的。后经了解,水泥厂的技术人员在4#窑运行2个月后,通过反复试验调整转矩提升参数,顺利地解决了这一问题。目前,系统已正常运行了半年,控制简单,节能显著。


2、不同负载采用变频调速时的起动过程特点及转矩提升设定

由于变频器的变频变压特性,使得系统对不同负载的起动各有特点,在设定转矩提升时,应事先分析起动过程特点,利用监视器显示起动电流,边确认边调节,一般在满足起动要求的情况下,提升值越小越好,这样做可减小对系统的冲击或避免造成过流保护。

①通风机负载也称平方转矩(转矩与速度的平方成反比)负载, 起动条件良好,一般制造商都提供了由弱到强多种减负载特性曲线供用户选择,可按2中原则设定,但对于系统出口存在初始正压的通风机负载,应考虑附加负载转矩的影响,减小减转矩幅值。


②恒转矩负载近似理想的恒转矩负载,因其负载转矩为一恒定值,故按其实际负载转矩的大小在一族恒定斜率的V/F曲线中设定适当的转矩提升即可。


③特殊负载回转窑性质的负载,正常运行时是一大转动贯量的恒转矩负载,但是,其带物料热态下的起动过程中,由于物料偏心和窑体轻微热弯的作用,此时的负载转矩是一与时间有关的复合性转矩,并由此使系统的起动条件恶化,正是回转窑热态起动的这种特殊性,使许多业内人士束手无策,望而却步,这也是变频调速推广应用十年来,至今没在回转窑拖动中推广应用的关键所在。


由上述分析可知,要解决回转窑热态起动困难与其调速范围广、正常运行要求节能的矛盾,就要充分了解负载在各种起动状态下的转矩特性,选用具有较高转矩提升性能的变频器(一般变频器在设定转矩提升时,电压提升通常在10%及以下:如明电THY-FREC-VT210S的提升只有5%,有的变频器对恒转矩负载的提升,V/f曲线是一族不同斜率的直线,难以满足回转窑类负载的起动、节能运行要求),合理设定不同频率(转速)段的V/F曲线斜率,从而满足回转窑起动、大范围调速和节能运行的要求(有些品牌的变频器,低频段提升电压可高达20%)。目前,有些变频器具备了转矩自动提升功能,可望较好的解决这个问题。


3、变频器转矩提升设定应当注意的问题

①对起动条件差的传动系统,选用变频器时应注意核查待选品牌、规格变频器的转矩提升功能能否满足系统要求,其确定的恒转矩U/F曲线是否斜率可变,以免因选型有误造成损失,这一点对电机可能在低速区(1/3基频以下)长时间运 行时尤为重要。
 ②在设定变频器转矩提升功能时,要事先分析负载的转矩特性和起动条件,选择相应的提升(减弱)方式,设定时应根据监视器显示的起动电流状况,边确认边调节,使系统处于最佳起动状态。
③系统在起动过程中跳闸,应注意区分起动加速时间是否合适、机械负荷是否过大(机械制动作用)等原因,然后确定转矩提升的设定。
④在转矩提升设定时,应注意在满足起动要求的情况下,尽量减少提升量,避免对系统造成冲击和产生过流现象。
作者:姜朴(山东铝业工程有限公司)、张晶(山东铝业公司动力厂)

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