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摘 要 介紹肯尼亞COMPLY INDUSTRIES公司木板中密度纖維板生產工藝環節中，熱磨機采用高壓變頻調速和控製的理論依據及其調速係統的設計；總結高壓變頻調速在熱磨機應用的技術優點，以及實際運行效果。
關鍵詞 高壓變頻器 中密度纖維板 熱磨機 繞線電機 鼠籠電機
一、前言
Comply Industries公司是肯尼亞最大的木材原料生產公司，此公司生產肯尼亞大部分膠合板、電線杆、中密度纖維板、木芯板、硬紙板、齊邊拉門、層壓板、木質製品等木材原料製品，並且在非洲多個國家有分公司，為整個非洲提供高質量的木材產品。
MDF板材廠為中密度纖維板生產基地，是Comply Industries 位於肯尼亞奈庫魯（Nakuru）西部的一個工廠。此工廠為肯尼亞提供高質量的中密度纖維木板；生產工藝包括從處理原始木材到木板生產的整套生產環節。此生產基地通過PLC300實現生產工藝的自動化控製，實現多個大型設備的協調工作，完成切割、粉磨、壓縮、製板和運輸等生產環節。在整個生產工藝過程中使用了切割機、皮帶機、磨機、提升機、送風機、引風機等多種電機。其中低壓電機已經采用變頻技術進行控製；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速。由於繞線電機LRS控製調速、控製性能差，用戶需要對熱磨機電機進行變頻控製改造。
二、 熱磨機采用高壓變頻調速技術的理論依據
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、加工剩餘物以及非木質的植物纖維原料，經切片、蒸煮、纖維分離、幹燥後施加脲醛樹脂或其他適用的膠粘劑，再經熱壓後製成的一種人造板材。其密度一般在500－880公斤/立方米範圍，厚度一般為2－30毫米。
中密度纖維板是六十年代中期發展起來的產品，是20世紀林產工業的重大發明之一，其優異的性能具有其他板種不可替代的地位，近年來產量高速發展。原因是它具有優良的物理力學性能、裝飾性能和加工性能等。
中密度纖維板圖片如下：
圖1.1 中密度纖維板
2.2熱磨機介紹及變頻控製原理
熱磨機是直接分離纖維的設備，纖維分離是在一個高溫、高壓、高(gao)速(su)和(he)完(wan)全(quan)封(feng)閉(bi)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)完(wan)成(cheng)的(de)。纖(xian)維(wei)是(shi)中(zhong)密(mi)度(du)纖(xian)維(wei)板(ban)的(de)質(zhi)量(liang)基(ji)礎(chu)，熱(re)磨(mo)工(gong)序(xu)是(shi)整(zheng)個(ge)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)序(xu)。此(ci)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)熱(re)磨(mo)機(ji)為(wei)浙(zhe)江(jiang)福(fu)馬(ma)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)，熱(re)磨(mo)機(ji)電(dian)機(ji)為(wei)繞(rao)線(xian)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)型(xing)號(hao)：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0.9，額定轉速1485r/min。
熱(re)磨(mo)機(ji)為(wei)中(zhong)密(mi)度(du)纖(xian)維(wei)板(ban)生(sheng)產(chan)的(de)熱(re)磨(mo)設(she)備(bei)，完(wan)成(cheng)將(jiang)木(mu)塊(kuai)分(fen)解(jie)成(cheng)粉(fen)末(mo)狀(zhuang)任(ren)務(wu)，熱(re)磨(mo)機(ji)轉(zhuan)動(dong)快(kuai)慢(man)決(jue)定(ding)生(sheng)產(chan)質(zhi)量(liang)。在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)入(ru)料(liao)多(duo)少(shao)，控(kong)製(zhi)熱(re)磨(mo)機(ji)轉(zhuan)動(dong)速(su)度(du)；而且在生產線其它設備出現故障時，工人需要短時間降低磨機轉速甚至停機；且在故障解除後，需要立即啟動磨機。所以，熱磨機在生產過程中，需要頻繁啟動、停止和轉速改變，變頻控製是實現熱磨機控製的首選控製策略。
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you於yu現xian場chang原yuan有you電dian機ji為wei繞rao線xian電dian機ji，原yuan啟qi動dong方fang式shi采cai用yong水shui阻zu啟qi動dong方fang式shi，且qie無wu串chuan電dian機ji調tiao速su裝zhuang置zhi，無wu法fa進jin行xing調tiao速su，要yao將jiang繞rao線xian電dian機ji改gai造zao成cheng鼠shu籠long電dian機ji。鼠shu籠long式shi轉zhuan子zi用yong銅tong條tiao安an裝zhuang在zai轉zhuan子zi鐵tie芯xin槽cao內nei，兩liang端duan用yong端duan環huan焊han接jie，形xing狀zhuang像xiang鼠shu籠long。繞rao線xian式shi轉zhuan子zi的de繞rao組zu和he定ding子zi繞rao組zu相xiang似si，三san相xiang繞rao組zu連lian接jie成cheng星xing形xing，三san根gen端duan線xian連lian接jie到dao裝zhuang在zai轉zhuan軸zhou上shang的de三san個ge銅tong滑hua環huan上shang，通tong過guo一yi組zu電dian刷shua與yu外wai電dian路lu相xiang連lian接jie。
電機串電阻調速係統屬於有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉差功率大，節能較差；bianpintiaosushigaibiandiandongjidingzidianyuandepinlv，congergaibianqitongbuzhuansudetiaosufangfa。bianpintiaosuxitongzhuyaoshebeishitigongbianpindianyuandebianpinqi，bianpinqikefenchengjiaoliu－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。其特點：效率高，調速過程中沒有附加損耗；應用範圍廣，可用於籠型異步電動機；調速範圍大，特性硬，精度高。
為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速係統的缺點，采用變頻調速技術改造風機傳動係統，可以實現全頻率（0-50Hz）範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)恒(heng)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)。采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)需(xu)改(gai)為(wei)鼠(shu)籠(long)式(shi)運(yun)行(xing)，轉(zhuan)子(zi)繞(rao)組(zu)已(yi)沒(mei)有(you)必(bi)要(yao)外(wai)接(jie)電(dian)組(zu)。為(wei)避(bi)免(mian)電(dian)刷(shua)與(yu)集(ji)電(dian)環(huan)之(zhi)間(jian)因(yin)接(jie)觸(chu)不(bu)良(liang)引(yin)起(qi)故(gu)障(zhang)，將(jiang)與(yu)集(ji)電(dian)環(huan)相(xiang)接(jie)的(de)三(san)根(gen)線(xian)之(zhi)間(jian)用(yong)導(dao)線(xian)短(duan)接(jie)，並(bing)將(jiang)電(dian)刷(shua)舉(ju)起(qi)。將(jiang)繞(rao)線(xian)式(shi)電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)三(san)根(gen)引(yin)出(chu)線(xian)短(duan)接(jie)，並(bing)將(jiang)電(dian)刷(shua)舉(ju)起(qi)，即(ji)可(ke)將(jiang)繞(rao)線(xian)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)改(gai)造(zao)成(cheng)鼠(shu)籠(long)式(shi)電(dian)機(ji)。
三、高壓變頻調速係統的裝置設計
3.1 高壓變頻器係統原理
按照電機學的基本原理，已知交流異步電動機的轉速表達式為： n=(1-s)60f/p式中： s-滑差； p-電機極對數； f -電機供電頻率。由上述公式可以看出，隻要改變滑差s、或者電機極對數p、或者電機運行頻率f，都可以達到調整電機本身速度的目的。
HARSVERT-VA係列高壓變頻調速係統采用功率單元串聯多電平技術，屬高－高電壓源型變頻器。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控製器三部分組成。變頻器輸入側采用多重化移相變壓器實現隔離和諧波抵消。無須功率因數補償、諧波抑製裝置，多脈衝整流技術的應用使得變頻器電網側諧波可滿足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波形輸出串聯疊加，得到多電平高壓，實現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：電網電壓經過幹式移相變壓器降壓後給變頻器功率單元供電，變壓器采用移相多重化設計，以達到降低輸入諧波電流的目的。
功率櫃： 功率櫃為三組輸入、單組輸出的交一直一交電壓源型逆變器結構，功率單元通過整流、逆變過程實現對驅動電機供電電源的頻率調節。變頻器采用8geduligonglvdanyuanchuanliandefangshilaishixiangaoyashuchu。youliyugaishanshuchuboxing，youxieboyinqidedianjifare，zaoyinhezhuanjumaidongdoudadajiangdi，suoyizhezhongbianpinqiduidianjimeiyouteshuyaoqiu，kezhijieyongyuputongyibudianji，buxuyaofuchulvboqi。
控製器：控製器是變頻器的控製中心，它完成變頻器頻率調節的全過程控製、變頻器電氣保護功能實現、以及變頻器的人機交互與通訊接口功能實現。
3.2 北京利德華福高壓變頻調速係統優點
由於采用了高性能DSP芯片和新型一體化計算機，在秉承HARSVERT-A係列產品完美無諧波、高可靠性、功率/電壓等級覆蓋範圍廣、控製接口靈活等優良品質的基礎上，HARSVERT-VA係列無速度傳感器矢量控製高壓變頻調速產品能夠實現功能更為豐富、性能更高的高壓大容量交流傳動控製。目前，HARSVERT-VA係列無速度傳感器矢量控製產品的性能指標為：調速範圍100:1，穩態轉速精度0.5%，動態轉矩響應時間小於200ms，啟動轉矩150%額定轉矩，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係列高壓變頻調速係統具有以下功能：
恒壓頻比控製
這種控製方式最顯著特點是簡單易行，因而成為目前國內大多數變頻器生產廠家所采用的電機控製方式。對於大多數對轉矩響應、控製精度要求不高的場合，如風機、水泵類負載，可以滿足一般應用要求。
無速度傳感器矢量控製
無需安裝複雜且不易維護的測速裝置，HARSVERT-VA係列變頻器僅需對輸出三相電壓、兩(liang)相(xiang)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)，即(ji)可(ke)根(gen)據(ju)預(yu)先(xian)自(zi)動(dong)測(ce)定(ding)的(de)電(dian)機(ji)模(mo)型(xing)，進(jin)行(xing)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)磁(ci)通(tong)和(he)轉(zhuan)矩(ju)解(jie)耦(ou)控(kong)製(zhi)，實(shi)現(xian)低(di)速(su)大(da)轉(zhuan)矩(ju)負(fu)載(zai)啟(qi)動(dong)和(he)運(yun)行(xing)。適(shi)合(he)礦(kuang)井(jing)提(ti)升(sheng)機(ji)、皮帶機等特殊負載使用。
速度閉環矢量控製
在調速精度、轉矩響應要求更高的場合，安裝轉速傳感器後，可進一步提高HARSVERT-VA係列速度閉環矢量控製變頻器的控製精度。
電機參數自動整定
要實現矢量控製，需要檢測電機的定轉子電阻電感參數。HARSVERT-VA係列變頻器可對異步電機自動進行電機學堵轉試驗和空載試驗，實現電機參數的自動整定。
高壓掉電恢複自動重啟
在(zai)某(mou)些(xie)用(yong)戶(hu)場(chang)合(he)，給(gei)變(bian)頻(pin)器(qi)供(gong)電(dian)的(de)高(gao)壓(ya)電(dian)網(wang)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)生(sheng)短(duan)時(shi)電(dian)壓(ya)跌(die)落(luo)或(huo)缺(que)失(shi)，為(wei)了(le)盡(jin)可(ke)能(neng)不(bu)影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)生(sheng)產(chan)，在(zai)設(she)定(ding)時(shi)限(xian)內(nei)，當(dang)高(gao)壓(ya)掉(diao)電(dian)恢(hui)複(fu)時(shi)，HARSVERT-VA係列產品能自動快速識別並跟蹤當前電機轉速，恢複正常運行。
旋轉啟動
如果電機被負載拖動仍在旋轉甚至反轉，變頻器能識別跟蹤電機轉速並拖動負載到設定頻率運行。
四、熱磨機采用變頻調速的使用效果
高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)進(jin)行(xing)交(jiao)流(liu)控(kong)製(zhi)有(you)許(xu)多(duo)優(you)勢(shi)，如(ru)節(jie)能(neng)，容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)對(dui)現(xian)有(you)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)調(tiao)速(su)控(kong)製(zhi)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)大(da)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)高(gao)效(xiao)連(lian)續(xu)調(tiao)速(su)控(kong)製(zhi)，容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)正(zheng)反(fan)轉(zhuan)切(qie)換(huan)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)高(gao)頻(pin)度(du)的(de)起(qi)停(ting)運(yun)轉(zhuan)，可(ke)以(yi)對(dui)電(dian)動(dong)機(ji)進(jin)行(xing)高(gao)速(su)驅(qu)動(dong)，可(ke)以(yi)適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)，電(dian)源(yuan)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)大(da)，所(suo)需(xu)電(dian)源(yuan)容(rong)量(liang)小(xiao)，可(ke)以(yi)組(zu)成(cheng)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)等(deng)等(deng)。
經實際運行發現，使用高壓變頻器的皮帶機有以下優點：
（1）高壓變頻器具有高可靠性、穩定性、防護性；
（2）高壓變頻器能夠完成熱磨機頻繁啟動、停止；
（3）高壓變頻器實現按照入料多少控製磨機轉速的生產工藝；
（4）滿足木材廠生產線電控係統的功能接口和監控要求；
（5）熱磨機在利用高壓變頻器根據實際情況對電機進行調速，既符合工藝要求，又達到節能降耗目的；
（6）變頻器啟動過程平穩，無衝擊，體積小，好搬運；
（7）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，變頻調速係統效率≧96％；
（9）變頻器輸入側功率因數≧97％；
（10）變頻器輸入諧波小於4%；
（11）變頻器自保護功能：過電流限製，過電壓限製，過負荷預警，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）變頻器數據顯示：輸出頻率，電機轉速，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）電機在啟動和調節過程中，轉速平穩變化，電流沒有任何衝擊，消除了大啟動電流對電機、傳動係統和主機的衝擊應力，大大降低了日常的維護保養費用。
五、結束語
此次北京利德華福高壓變頻調速技術在肯尼亞Comply Industries熱磨機的實踐應用表明：dianjizaipeibeigaoyabianpinqihoudadajiangdilerichangdeweihubaoyangfeiyong，qudelejiaohaodeyunxingxiaoguo，tigaolezhongmiduxianweibanshengchandezidonghuashengchanshuiping。youcikejian，gaoyabianpintiaosujishuzaizhongmiduxianweibanshiyongduiqitapidaijishebeijinxingbianpingaizaoqidaoleshifanzuoyong。
參考文獻
1. 高壓大功率變頻器技術原理與應用 倚鵬 主編 人民郵電出版社，2008.2第一版
2. 北京利德華福高壓變頻調速調速係統產品手冊 北京利德華福電氣技術有限公司
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