台达变频器在卧式螺旋离心机上的应用

1 引言

卧式螺旋离心机（简称卧螺离心机）如图1，广泛应用于石油、化工、冶金、医药、食品、轻工等部门。即可用于固体脱水和分级，也可用于液体的澄清，在离心机领域占有重要地位。由于这种离心机具有单机处理能力大、操作方便、能连续自动操作、劳动强度低、占地面积少以及维护费用低等优点，所以自五十年代以来，螺旋离心机在污泥脱水中得到广泛应用，逐渐取代其他脱水机械成为大型城市污水处理厂污泥脱水的首选设备。悬浮液通过在螺旋输送器中心的进料管进入高速旋转的转鼓内，由于离心力的作用，较重或较大的颗粒被抛向旋转的转鼓内壁，通过螺旋小端的喷射孔喷出转鼓，而较轻的固体颗粒及液相通过转鼓大头的溢流孔溢出转鼓。悬浮液由一台可实现无级调速的螺杆泵进料。

图1   卧式螺旋离心机

2 系统的要求

图2   卧式螺旋离心机侧面图

卧螺离心机用双电机驱动（如图2所示），与主动件相连的电机处于电动机工作状态为主电机，与从动件相连的电机由于转鼓差速的作用始终处于发电机状态的为副电机，两者的转速需要精确的配合。该传动方式早在60年代已应用于实验室，但这种传动方式几十年来没有在工业上获得广泛应用，究其原因：关键在于副电机再生的电能在当初的技术条件下不能合理利用。所以，在大多数情况下，卧螺离心机的副电机都被取消，而安装了涡流制动器。
    随着电力电子技术的快速发展,，近年来变频器的性能价格比大大提高，母线共连的方案也日趋成熟，国内有很多离心机厂家都在探索双电机双变频器的驱动方案。在该方案中，主、副电机各用一台普通变频器驱，直流母线用适当的方式并接，较好的解决副电机持续发电的问题。它的应用，在能源日益紧缺的今天，有着特别重要的意义。

从发展趋势看，卧螺的传动已经从能耗严重的涡流制动发展到目前最主流的双电机双变频驱动。

3 系统的控制方案

原理图如图3

图3   控制系统原理图

接线图如图4：

图4   控制系统接线图

在图4中，空气开关是每个变频器的进线保护装置，它应该采用带辅助触点的空气开关，这主要是因为接触器的接通必须同时满足空气开关的辅助触点闭合和变频器运行状态正常这两个条件，否则接触器就断开。
由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的波动并产生高次谐波，使用进线电抗器就能有效地避免这些因素对变频器的影响，也可用于增加电源阻抗并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终保护变频器的整流单元。
系统配置：300B43A变频器控制主电机30kW，075B43A变频器控制副电机7.5kW。变频器动作由面板按钮来控制，频率调整由面板电位器控制。面板上有转速表，显示电机的实际转速，信号由变频器模拟量输出信号提供。

4 共直流母线的处理方法

对于通用变频器而言，采用共用直流母线很重要的一点就是在上电时必须充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路保护等。下图所示为在其中一种应用比较广泛的方案。该方案包括3相进线（保持同一相位）、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。

图5  变频器共用直流母线示意图#p#分页标题#e#

该方案有以下特点：
（1）使用一个完整的变频器，而不是单纯使用传统意义上的整流桥加多个逆变器方案；（2）不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器；
（3）每一个变频器都可以单独从直流母线中分离出来而不影响其他系统；
（4）通过连锁接触器来控制变频器的DC到共用母线的联络；
（5）快熔来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元；
（6）所有挂在母线上的变频器必须使用同一个三相电源。

为确保变频器上电后顺利地挂上DC母线，或是在变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围，使用在该场合的变频器必须要有信号24VDC或干触点信号输出，其输出信号至少包括：

（1）准备好信号：该信号输出有效则表示变频器无故障，母线电压正常，可以接受启动命令；
（2）故障信号：该信号输出表示变频器故障。
    FU为半导体快速熔断器，额定电压通常可选700VDC，额定电流必须考虑到驱动电机在电动或制动时的最大能量，一般情况下可以额定负载的125%电流即可。
    MC为直流接触器，额定电压可选650VDC，其额定电流同样须根据驱动电机制动时的最大电流来定，一般情况下可以选额定负载的120%电流。

5 参数设置

最高操作频率设定        01-00=50
最大电压频率设定        01-01=50
最高输出电压设定        01-02=380
第一加速时间设定        01-09=180
第一减速时间设定        01-10=180
第一频率指令来源设定    02-00=1
第一运转指令来源设定    02-01=1
多功能输出              03-00=20
模拟输出信号选择        03-05=4
多功能输入指令五        04-08=30

6 测试数据

停车时进线电压：3PH 380VAC
母线电压：535VDC
主电机运行频率：49.1Hz
副电机运行频率：38.4Hz
主电机工作电流：25A
副电机工作电流：7A
直流母线电压：495V
制动单元在变频器速度稳定时没有开启，母线电压正常。

7 结束语

采用台达双变频器控制的离心机，具有如下特点：
（1）低速力矩大，启动平稳；
（2）节能，共用母线双电机双变频器驱动在卧螺离心机上广泛应用，即主、副电机各用一台普通变频器驱动，其直流母线用适当的方式并接，较好的解决了这个问题，在能源日益紧缺的今天,有特别重要的意义；
（3）调整方便，适用范围更广；
（4）简化机械结构，减少故障率。