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潘芝渭
（中國人民解放軍第4819工廠）
潘芝渭，男，1947年生，高級工程師，副總工程師
1臥螺離心機背驅動裝置的負載性質
安裝在臥螺離心機差速器小軸端的調速裝置稱為背驅動裝置。這些裝置如：電渦流製動器[1]；異步電動機；液力馬達；機械式過載保護裝置（小軸轉速為零）等deng。在zai螺luo旋xuan滯zhi後hou於yu轉zhuan鼓gu時shi，這zhe些xie裝zhuang置zhi都dou是shi以yi消xiao耗hao離li心xin機ji動dong能neng為wei代dai價jia，對dui小xiao軸zhou作zuo用yong製zhi動dong力li矩ju，借jie以yi達da到dao調tiao節jie差cha轉zhuan速su的de目mu的de。對dui小xiao軸zhou而er言yan，背bei驅qu動dong裝zhuang置zhi是shi一yi種zhong負fu負fu載zai。
在通用變頻器調速係統中，和差速器小軸相連的電動機長期處於再生狀態，運行於第4象限，從離心機接受機械能，將再生製動的能量反饋到變頻器的直流母線上，再通過製動電阻將其消耗掉。
如何回收該部分能量是國內外離心機製造商熱切關心的課題。
利用特別設計的四象限運行變頻器（例如ABB公司的ACS611型變頻器），可將再生能量直接反饋回電網，但變頻器價格昂貴，國內除了軋鋼廠以外很少有應用。Alfa-Laval公司近年生產的DS706型大型汙水處理離心機應用雙變頻能源反饋節能調頻控製係統（使用ACS800係列變頻器），目(mu)前(qian)在(zai)香(xiang)港(gang)昂(ang)船(chuan)洲(zhou)汙(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)運(yun)行(xing)。國(guo)內(nei)也(ye)有(you)廠(chang)家(jia)利(li)用(yong)國(guo)產(chan)變(bian)頻(pin)器(qi)，將(jiang)共(gong)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)交(jiao)流(liu)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)於(yu)臥(wo)螺(luo)離(li)心(xin)機(ji)，使(shi)該(gai)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)大(da)部(bu)分(fen)得(de)到(dao)回(hui)收(shou)，取(qu)得(de)了(le)良(liang)好(hao)的(de)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)和(he)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)的(de)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)無(wu)疑(yi)是(shi)極(ji)有(you)意(yi)義(yi)的(de)，本(ben)文(wen)對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)討(tao)論(lun)。
2共直流母線交流變頻調速係統的結構和特點
 1-主變頻器；2-主電機；3-離心機；4-差速器；5-副電機；6-副變頻器； 圖1
結構：見圖1，離心機3由主電機2驅動，差速器小軸和副電機5同軸連接。主、副電機的轉速由變頻器1、6控製，二者的直流母線並連，三相電源輸入主變頻器1。
特點：
（1）優良的節能性能：在螺旋滯後時，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由於主、副變頻器的直流母線並連，該能量就經過主變頻器被主電機利用。
為簡單起見，設穩態時離心機以恒轉矩和恒差速運行（不計及調速時加速轉矩和減速轉矩的影響），則回收的能量為：P=0.8 M n/9550,式中：P-功率（KW）;M-小軸力矩（N.m）;n-小軸轉速（r/min）;M前的0.8倍是由於再生製動時，即使不加放電的製動電阻，電動機內部也有20%的銅損被轉換為製動轉矩[2]。
（2）動態響應快：有些PID調節係統往往有超調現象，過渡過程時間較長，例如電渦流製動器調速係統，穩定周期有時長達數分鍾。變頻調速係統轉矩響應時間僅150-200ms[3],動態特性明顯改善。
（3）容易處理突發事件造成的轉鼓內物料的堆積：副電機反轉時運行於第Ⅰ象限（電動機狀態），這時差速很大：Δn=(n1+n)/i，（n1-轉鼓轉速r/min;i-差速器速比），由於變頻器具有2倍額定力矩的靜態啟動轉矩[3],使堆積在轉鼓內的物料容易排出。
（4）有利於實現恒轉矩控製：某些物料，例如城市汙水，含有60%-70%deyoujiwuzhi，chennijuyoukeyasuoxing，hangulvshishikekezaibianhua，shiluoxuantuiliaolijusuizhejinliaoliulianghehangulvdebodongerbianhua，yaoqiudianqixitonggenjulijubianhuajishikongzhijinliaolianghuochazhuansu，fouze，henrongyiduliao。
恒力矩控製的關鍵是實時連續測量螺旋推料力矩,必須合理選擇力矩傳感元件。在液力馬達調速係統中，使用液油壓力變送器；在電渦流製動器調速係統中，使用電阻應變式力矩傳感器；在本文介紹的變頻器調速係統中，則可直接利用變頻器輸出的力矩電流模擬量,不必單獨安裝傳感器。
例如，TD3000變頻器具有轉矩控製和轉速控製兩種工作方式：dangxuanzezhuanjukongzhifangshishi，bianpinqishuchupinlvjianggenjushuchulijuxinhaozidongtiaojie，dangluoxuantuiliaolijubiandashi，jiangdishuchupinlv，zengjiachasu，jiangchennikuaisutuichuzhuangu；反之，增加輸出頻率，減小差速，使力矩增加。最終使螺旋推料力矩穩定在設定值附近。
3調速係統的設計
（1）變頻器選型：對主變頻器沒有特別要求，副變頻器要求能屏蔽輸入缺相保護。如果離心機需要恒力矩控製，應選用矢量控製變頻器。
（2）主、副變頻器功率匹配：不是任意功率的變頻器都可以如圖1連接，選取主變頻器功率時必須考慮到當副電機處於電動機狀態時，副變頻器從主變頻器吸取功率的能力。
（3）副電機選型：副電機額定輸出力矩應能滿足螺旋推料力矩的需求。由於差速器小軸傳遞力矩M是螺旋推料力矩M2的i分之一，因此副電機的額定力矩應大於M2/i；具體計算時，應考慮差轉速調節範圍；電機連接方式等因素。選用普通三相異步電機，轉速控製精度為0.5%-0.1%,選用帶編碼器的變頻電機,變頻器運行在帶PG矢量控製方式下，轉速控製精度可達到0.1%-0.05%.
設計實例：表1是海申機電總廠在φ350到φ720的4個係列十幾個品種城市汙水處理離心機中主、副變頻器的功率匹配和副電機選型表，主變頻器選用艾默生TD2000,副變頻器選用TD3000，副電機均選4極變頻電機，安裝OMRON E6C2-CWZ6C型600線光電編碼器。
表1
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離心機型號 |
轉鼓
直徑
mm |
汙泥
處理量
m3/h |
主變頻器功率
KW |
副變頻器功率
KW |
副電機型號 |
副電機
力矩
N.m |
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LW350W |
φ350 |
6-15 |
30 |
5.5 |
QABP-132S-4A |
35 |
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LW430W |
φ430 |
20-30 |
30 |
7.5 |
QABP-132M-4A |
47.8 |
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LW520W |
φ520 |
30-45 |
45 |
11 |
QABP-160M-4A |
70 |
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LW720W |
φ720 |
60-85 |
90 |
22 |
QABP-180L-4A |
140.1 |
以LW430W離心機為例，運行轉速n1=2200r/min;差速器額定輸出力矩4000-5000N.m,速比i=91;差速調節範圍Δn=2-20r/min（正常運行10-12r/min）;副電機和差速器小軸直接連接（如圖1），差速按Δn=（n1-n）/i計算，得表2數據，完全可以滿足工藝要求。
表2
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序號 |
差速
r/min |
小軸轉速
r/min |
副電機
頻率
Hz |
螺旋推料力矩
N.m |
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1 |
最小 2 |
2018 |
67.3 |
3230 |
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2 |
7.7 |
1500 |
50 |
4350 |
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3 |
典型 12 |
1108 |
36.9 |
4350 |
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4 |
最大 20 |
380 |
12.7 |
4350 |
表2中：差轉速低於7.7r/min輸出力矩變小，是由於變頻電機50Hz以下為恒轉矩調速；50Hz以上為恒功率調速，但差轉速低的情況僅當進料濃度特別低或離心機進料初期才出現，這時的推料力矩也較小。
4 應用實例
圖2是應用於大豆蛋白漕液分離的LW520型高速離心機電氣控製簡圖,主變頻器U1用於驅動離心機，使離心機轉速0-3500r/min無級可調，變頻器的輸出頻率由端子X1和X2設定。S1是離心機工作狀態選擇開關，把S1打到X1位置，離心機以分離頻率運行，S1打到X2位置，以衝洗頻率運行。分離頻率出廠時設置為45Hz(轉鼓轉速3150r/min),衝洗頻率出廠時設置為5Hz(轉鼓轉速350r/min),如果需要改變運行頻率，可以對變頻器參數F58,F59進行設定。
U2是(shi)副(fu)變(bian)頻(pin)器(qi)，用(yong)於(yu)調(tiao)節(jie)離(li)心(xin)機(ji)轉(zhuan)鼓(gu)和(he)螺(luo)旋(xuan)速(su)度(du)之(zhi)差(cha)，即(ji)差(cha)轉(zhuan)速(su)，改(gai)變(bian)差(cha)轉(zhuan)速(su)的(de)大(da)小(xiao)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)離(li)心(xin)機(ji)的(de)推(tui)泥(ni)速(su)度(du)，也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)離(li)心(xin)機(ji)每(mei)小(xiao)時(shi)汙(wu)泥(ni)處(chu)理(li)量(liang)。本(ben)機(ji)主(zhu)副(fu)變(bian)頻(pin)器(qi)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)直(zhi)接(jie)並(bing)連(lian)，具(ju)有(you)優(you)良(liang)的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)。
PR是轉速顯示儀表，用於顯示離心機轉鼓轉速和差轉速。轉速表內部有一個開關,用於選擇同步報警點，可選擇：1r/min,5r/min,10r/min三種，當差速小於報警點時，安裝在轉速表內部的繼電器常開觸點先閉合,然後,繼電器K1動作，副電機停車。通過繼電器K1外接觸點，用戶可外接聲音報警係統，或報警時切斷進料閥，或和遠程控製係統通信。
時間繼電器KT是解決離心機啟動階段差轉速低於報警點的問題.
本設計的特點除了電路簡單操作方便以外,更主要的是差轉速調節快速而準確,穩定性可達到±0.1r/min.
圖2
4 結束語
gongzhiliumuxianjiaoliubianpintiaosuxitongjiaohaodijiejuelewoluolixinjibeiqudongdianjizaishengnengliangdehuishouwenti，tageiyonghudailailehendadeshihui。yishanghailonghuashuizhijinghuachangweili，gaichangmuqiannianchulichengshiwushui10萬噸，使用2台LW430W型離心機。設運行差速10r/min,小軸力矩15N.m[4], 初步測算一台離心機節能1.5KW,以每天運行10小時，每年運行300天計算，年節電4500度，以每度電費0.631元計算，年節省電費2839.5元。2台離心機共節省電費5679元。
這種調速係統具有強大的生命力，值得推廣應用。
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