IC693PWR321

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（1），恒转矩负载 　　恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关的负载。带式输送机是恒转矩负载的典型例子之一，其基本结构和工作情况如图1—14a所示。 　　 见图1—14a，负载阻转矩 的大小决定于： 　　 　　式中F——皮带与滚筒间的摩擦阻力 　　r——滚筒的半径。 　　 　　这种负载的基本特点是： 　　1．转矩特点 　　由于F和r都和转速的快慢无关所以在调节转速 的过程中，负载的阻转矩 　　 保持不变，即具有恒转矩的特点： 　　 ＝常数 　　其机械特性曲线如图1—14b所示。 　　注意：这里所说的转矩大小的是否变化，是相对于转速变化而言的，不能和负载轻重变化时，转矩大小的变化相混淆。或者说，“恒转矩”负载的特点是：负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关。拿带式输送机来说，当传输带上的物品较多时，不论转速有多大，负载转矩都较大；而当传输带上的物品较少时，也不论转速有多大，负载转矩都较小。 　　2．功率特点 　　根据负载的机械功率 和转矩 、转速 之间的关系，有： 　　 （1-16） 　　即，负载功率与转速成正比，其负载功率线如图1—14c所示。 　　(2)恒功率负载 　　恒功率负载是指负载转矩 的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。各种薄膜的卷取机械是恒功率负载的典型例子之一，如图1—15a所示。其工作特点如下： 　　同样需要说明的是：这里所说的恒功率，是指在转速变化过程中，功率基本不变，不能 　　 　　1．功率特点 　　薄膜在卷取过程中，要求被卷物的张力F保持恒定，其基本手段是使线 　　速度v保持恒定。所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定： 　　 ＝ ＝常数 　　 即，负载功率的大小与转速的高低无关，其功率特性曲线如图1—15c所示。 　　和负载轻重的变化相混淆。就卷取机械而言，当被卷物体的材质不同时，所要求的张力和线速度是不一样的，其卷取功率的大小也就不相等。 　　 　　2．转矩特点 　　负载阻转矩的大小决定于： 　　式中 F——卷取物的张力； 　　 r——卷取物的卷取半径。 　　十分明显的是，随着卷取物不断地卷绕到卷取辊上，卷取半径r将越来越大，负载转矩也随之增大。另一方面，由于要求线速度v保持恒定，故随着卷取半径r的不断增大，转速 必将不断减小。 　　根据负载的机械功率 。和转矩 转速 之间的关系，有： 　　 　　即，负载阻转矩的大小与转速成反比，如图1—15b所示 　　(3)二次方律负载 　　二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的负载，例如风扇、风机、螺旋桨等机械的负载转矩，如图1-16所示。在低速事由于流体的流速低，所以负载转矩很小，随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，负载转矩 和功率 可用下式表示： 　　 　　 　　式中 、 ——分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗； 　　 、 ——分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。 　　二次方律负载的机械特性和功率特性如图1—16b、c所示。变频调速技术在港口起重机上的应用特点 　　近几年来, 随着港口运输事业的发展, 港口起重机开始向大型化、专业化方向发展, 这就要求现代港口起重机在电气传动控制其调速性能要求比一般港口起重机高, 以保证在进行集装箱作业时平稳、可靠, 有良好的低速就位性能. 但目前在国内该产品电气传动控制除直流传动外, 在交流传动上仍多以采用常规的转子串电阻调速, 辅之以涡流制动器等调速控制, 即使采用变频调速控制, 也只是用在小车、大车、变幅或回转机构上. 直流传动由于直流电动机具有机械式换向器这一致命弱点, 从而给直流传动的应用带来了一系列的限制, 近年来, 由于变频技术的飞跃发展, 特别是矢量控制技术和直接转矩控制技术的应用, 变频技术日趋成熟, 以其宽广的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及能在四象限作可逆运行的性能位居交流传动之首. 其调速性能完全可以和直流传动相媲美, 并有取代之趋势. 　　 对于这类港口起重机, 其核心机构是起升机构, 在起升机构上采用变频调速解决的关键技术为: 　　(1) 低频时能保证恒转矩输出,以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象; 　　(2) 满负载时在空中制动停车或再提升时, 不产生溜钩现象; 　　(3) 电动机减速或重载下放时, 再生制动能量迅速释放. 　　(4) 实现恒转矩调速和恒功率调速, 轻、空载起升速度提高一倍。 　　 　　对于上述问题，我们在设计和实际应用调试中是这样解决的： 　　(1)以日本安川公司VS616G5A变频器为例，该变频器具有四种控制模式，第一种为开环V/f控制方式；第二种为闭环V/f控制方式；第三种为开环矢量控制方式；第四种为闭环矢量控制方式。我们选用第四种控制模式，闭环控制的速度反馈采用增量式脉冲编码器，系统具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性，即使在0Hz电机也能以150%额定转矩输出，以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象。 　　 　　(2)起升机构有机械制动器，当变频器作为调速手段时，在起升机构上升或下降以及在空中停止的瞬间，机械制动回路与变频器加、减速时间的匹配是一个非常关键的方面；在工作过程中，既要防止溜钩现象的产生，又防止由于时间匹配不当而引起松闸太慢或抱闸太快现象。若匹配不当可能引起电机的堵转导致变频器保护跳闸，致使工作中断。在实际应用中，我们通过在启动时控制起升制动器延时松闸，停止时控制变频器零速信号进行抱闸能较好的控制溜钩现象。 　　 　　(3)对再生制动能量的处理方式有两种, 一种是用制动单元和制动电阻来吸收, 另一种是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网. 采用能耗电阻的方式，在制动单元和制动电阻的选择上应考虑到起升机构属位能性负载特性，不能按制造厂商推荐使用的制动单元和制动电阻的容量，增加制动单元和制动电阻的容量，电阻的阻值决定着制动电流，也就是决定着制动时间的长短，在起重机变频调速系统中长时间的制动转矩特性决定需要考虑的并不是它的阻值，而是它的功率，即在设计中把制动电阻的功率增加了一倍，保证再生制动能量迅速释放。 　　采用公共直流母线下的多逆变器驱动方式, 使系统电路形式简洁、紧凑。 再生制动能量采用回馈到电网的方式, 这是因为考虑到起升机构重载下放时长时间的制动转矩由大量的制动电阻来吸收.另外, 当任意两个以上的机构同时运行时, 若某一机构传动电机处于再生制动状态时, 其再生制动能量可经直流母线直接供给处于电动状态的电机, 可大大提高能量的再生利用率。但采用再生制动能量回馈方式价格较贵。 　　系统由一个整流/回馈单元加多个逆变器组成, 逆变器的数量取决于整个电气传动系统所需的逆变器个数, 整流/回馈单元为各逆变器提供公共直流母线(COMMON DC BUS), 它除了设有整流桥外还设有逆变桥, 当电机处于减速或重载下放工况使直流母线电压升高时, 其逆变桥开始工作并将再生制动能量回馈至电网, 从而使系统实现四象限可逆运行。 　　 　　(4) 50Hz以下实现恒转矩调速, 空钩或只带吊具时可运行在50Hz以上, 速度提高一倍，实现恒功率调速， 若PLC与变频器控制为通讯方式，起升速度控制可随载荷自动升速或降速。PLC检测吊重起动时的电流值进行控制，也可通过超负荷限制器的重量信号来控制恒功率升速，提高生产率。 一、变频器在污水处理设备上的应用 污水处理厂的设备是全天候运转的，而且曝气机和潜水泵是污水处理的核心设备，需要用变频器对曝气机的鼓风机（罗茨风机）和潜水泵进行调速。 　　1、变频器在鼓风机（罗茨风机）上的应用 鼓风机将压缩空气通过管道送入曝气池，让空气中的氧溶解在污水中供给活性污泥中的微生物。鼓风机在工频状态下起动时，电流冲击较大，容易引起电网电压波动，而鼓风机（罗茨）风压，风量只能靠工作台数及出气阀来调节，实际生产运行中往往是通过调节出气阀门来控制，即增加管道阻力。因而许多能量多浪费在阀门上。随着变频调速器的广泛应用，利用变频器的调速范围宽，机械特性硬等特点，在罗茨风机上应用了F66系列变频器。由于变频器的软启动大大的减小了电机起动时对电网的冲击，而且在正常运行的时候，将出气阀门开到大，根据工艺和参数的要求，适当的调节（通过控制系统的电位器）电机的转速来调节管道的风量，从而来调节污水中的氧气含量。而且可以根据溶解氧传感器反馈的信号（4~20MA）很方便的实现闭环自动控制。免去了许多繁琐的人工操作，并且具有明显的节电效果。 　　2、变频器在潜水泵上的应用 潜水泵起动时的电流冲击及调节压力/流量的方式与鼓风机相似。潜水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏，且电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，且难以满足工艺的需要。在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减小水泵启动时对机械的冲击。并且具有明显的节电效果。
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