摘要：宝钢600t回转窑篦式预热机原使用电磁耦合器调速。在变频改造时，根据使用实际情况重新核定调速范围，并充分利用变频器的恒功率调速特性，降低了设备容量达50%。尽量简化系统，减少了故障率。达到了改造低成本，运行高性能、低成本、低故障的效果。
关键词： 电磁耦合器；篦式预热机；恒功率调速；开环控制系统
1 引言
宝钢600t回转窑用于烧制冶金石灰，使用篦式预热机。该预热机使用1台15kW，4极的鼠笼型电动机，经一台1∶59的摆线减速机和一台1∶57的齿轮减速机两次减速后，驱动该预热机。在电动机和摆线减速机之间，接有电磁耦合器，用来进行调速。其调速范围为120～1200r/min，相应的预热机的速度为84～840mm/min。
电磁耦合器有电能浪费大的缺点，且需冷却水系统为其降温。该电磁耦合器已使用多年，由于备件的困难，带来了调速精度低，转矩不稳定等毛病。转矩的不稳定曾导致篦板拉断的事故。因此宝钢于2004年对其进行了改造。
改造的方法是利用变频器来取代原来的电磁耦合器调速系统。改造没有简单地保持原设备容量，而是针对该预热机运行时的实际情况，对设备的选型进行了优化，从而使设备容量降低了一半。
2 原设备的实际情况
原电动机速度为120～1200r/min，经两级减速后为0.035～0.35r/min，预热机相应的速度是84～840mm/min。根据宝钢多年的实际运行情况，当产量为额定值600t/d时，需要的速度是420mm/min，目前回转窑已超产到720t/d，此时需要的速度为500mm/min。
在设备检修时，对空载的预热机有时希望移动的速度快一点，可用到700mm/min。
原电动机的额定电流为29A，实际电流一般不超过15A，有相当大的裕量。
3 预热机调速的性质
要改变预热机的产量，可以使用两种方法，一是保持料层的厚度不变，改变预热机篦板的速度，该方法属恒转矩调速。
另一个方法是保持预热机篦板的速度不变而改变料层的厚度。该方法将改变电机的负荷转矩。
如果由于某种原因需要提高预热机的转速，而要维持产量不变，则预热机上的料层必须减薄，电机的负荷转矩将减轻。也就是说，这是个恒功率的调速过程。反之亦然。
4 电动机及摆线减速机的选择
由于增产到720t/d以上的可能已很小，故只要在此基础上留有一定的裕量即可。当篦板速度为504mm/min时，与之对应的电机转速是720r/min，8极电机的转速可满足其要求。与4极电机相比，在同样的转矩下，电机的功率可降低一半，7.5kW的电机可满足要求。
由于减速机使用日久，故实际改造时，将原1∶59的摆线减速机更换为1∶121的摆线减速机。相应使用7.5kW，4极的变频电机。
一般变频电机当采用强制冷却时，其调速范围可以从0到100Hz，调速范围很广。但采用强制冷却时，电动机有独立的冷却风扇。风扇功率虽小，但一套控制回路与一般电动机一样一点都不能少，并且为了防止冷却风扇故障时烧坏主电机，还要给主电机回路加上一些与冷却风扇的联锁。这样就使整个系统变得很复杂。而使用自扇风冷时，就没有这些问题。
因此变频电机使用自扇风冷电机，选用上海南洋电机厂的SYBP型产品。摆线减速机选用天津减速机厂的产品。
5 变频器的选择
当预热机发生机械故障时，如电机转矩裕量太大，会发生拉坏篦板的事故，故变频器没必要保留过大的裕量。由于新老系统电机的驱动转矩相同，都比预热机的负荷转矩大，电机电流有较大的裕量。故变频器不必在电机容量之上再留裕量，选用7.5kW即可。为了将变频器装在原MCC盘中，选用了三菱540型变频器。
使用2块输出信号变换板选配件，装于变频器内，将0～10V的电流和速度信号转换成4～20mA的信号输出显示到中央操作室的CRT画面上。
6 变频器调速方式的选择
闭环矢量控制调速尽管有许多优点，但并不是任何情况下都是用该方式最好，速度精度的提高，是以电流的波动为代价的。当系统产生扰动，使速度发生变化时，高精度系统必然要迅速发生响应，力求快速恢复原来的速度。这就必然要求有一个较大的附加转矩来与之抗衡。也就是说，系统会有一个较大的电流波动。这个电流波动如果是正的，将加重变频器与电机的负担，如果是负的，且较大的话，将使系统工作于制动状态，为此将不得不给变频器加用制动单元。反馈回路的存在也会使系统增加故障。另外，较大的转矩波动还使机械系统产生较大的交变扭矩，降低机械寿命。
在本系统中，由于对速度控制的精度要求不是很高，使用闭环矢量调速是得不偿失的。因此选用无反馈V/F调速，以求系统的最大稳定性和可靠性。
7 调速上下限的选定
选用以上电动机和变频器后，电动机在50Hz（其对应的篦板速度为520mm/min）以下时，使用恒转矩调速，该方式下的最高产量可达740t/d。
当产量在740t/d时，如果有某种原因需要更高的速度，则可以使用恒功率调速。考虑到这种可能性很小，调速的范围也不会很大，选定最高速度为750mm/min，此时的运行频率为71Hz。
上海南洋电机厂的SYBP型自扇风冷变频电机，其调速范围为10到75Hz。经计算，当电机运行于10Hz时，其对应的篦板速度为100mm/min。可满足生产要求，故即以此作为调速下限。
8 其他参数设定
（1）过流保护值：额定电流值，延时时间为1s；
（2）停止方式：惯性停止；
（3）加速时间：15s；
（4）减速时间：10s。
9 改造方案其他要点
（1） 速度指令由PLC原AO回路提供；
（2） 由变频器反馈电流和频率信号作为中控室的电流和速度监视；
（3） 尽量使用变频器内部控制电源，PLC与变频器信号尽量直接授受，不设置不必要的中间继电器，变频器输入与输出端均不设置接触器，将系统尽量简化，以减少中间环节故障；
（4） 利用窑修时期进行施工。现场拆除原电动机、电磁耦合器和水冷系统，安装新减速机和电动机。拆除MCC单元内器件，安装变频器。
10 结束语
宝钢600t回转窑篦式预热机设备变频改造投运两年，一直无故障。节电达50%以上，并免除了水冷系统的运行费用和故障，效益十分显著。
11/13/2006
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