變頻技術在堆取料機行走驅動中的應用研究

史可心+張超

【摘 要】在當今面臨能源危機的條件下，節能降耗不僅有近期的直接經濟效益，更有著長遠的社會效益，而變頻器作為節能應用中越來越重要的自動化設備，也得到了快速的發展和應用。本文筆者主要分析了變頻技術及其在在堆取料機行走驅動中應用的優勢，并對其在堆取料機行走驅動中的應用情況作了進一步闡述，以為同行提供參考。

【關鍵詞】變頻技術；堆取料機；應用

1.變頻技術對堆取料機的控制

堆取料行走機構采用的是雙速電機驅動，雙速電機是利用改變定子繞組的接線改變其極對數的方法變速。改變極對數分別由不同的接觸器控制完成，控制線路復雜。斗輪堆取料機是大型設備，其行走機構的驅動臺車數量由工作所需的功率來確定（驅動臺車的數量一般是4臺、6臺、8臺、10臺等）。由于電動機臺數多在快速起動時對供電電源有很大的沖擊，當行走機構啟停或變速時，整機振動很大，機器的使用安全存在隱患，還會降低機器的使用壽命。

行走機構電機采用變頻電機，變頻電機是由一個單獨的變頻器來控制的，可保證所有的電機啟動同步，行走機構運行平穩，無振動，可延長行走減速機主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動、手動和定速運行三種控制方式。在堆取料機司機室內可監視回轉轉速及實現遠方自動或手動操作，也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進行點動運行操作。

變頻器具有低速軟啟動功能，可平滑地大范圍調節回轉電動機轉速，還可根據堆取料的多少將懸臂回轉轉矩調節至最佳。

2.變頻技術及其在在堆取料機行走驅動中應用的優勢

2.1變頻技術的優勢

堆取料機是一種廣泛應用于港口、電力、煤炭、冶金等行業的大型散料輸送設備，由于工作環境的限制，常常會出現停電狀況，而在沒有預告停電的情況下電壓瞬時降低，使正在運行的設備無法正常運行，突然的斷電也將導致設備被燒壞；而又不知情的進行供電，使設備電流驟然增加，這些都會使礦井下的工作存在潛在的安全隱患。變頻技術正好可以解決這樣的問題。由于電動機臺數多在快速起動時對供電電源有很大的沖擊，當行走機構啟停或變速時，整機振動很大，機器的使用安全存在隱患，還會降低機器的使用壽命。行走機構電機采用變頻電機，變頻電機是由一個單獨的變頻器來控制的，可保證所有的電機啟動同步，行走機構運行平穩，無振動，可延長行走減速機主要零部件的使用壽命。變頻器有全自動、手動和定速運行三種控制方式。在堆取料機司機室內可監視回轉轉速及實現遠方自動或手動操作，也可直接通過變頻器鍵盤面板或外部通信接口進行點動運行操作。

2.2變頻技術在堆取料機行走驅動中應用的優勢

堆取料機的主要任務是堆料和取料，堆料形狀根據PLC程序可設定下列三種堆料形狀，均為自動控制。一種是定點移動，一層堆料。堆料機的懸臂按照原料的堆積高度，依次的升高，直到最后堆積高度為止。雖然，系統能對操作進行有效控制，卻不能對系統維持恒減速運行，這種狀況很有可能燒壞某些零件，使設備出現故障。加入變頻技術以后，變頻調速可以保證對機電系統進行恒加速或恒減速運行的控制，延長設備的使用壽命。

斗輪堆取料機是大型散裝物料裝卸機械，起制動控制是通過設定加減速斜坡時間、變頻器輸出連續電壓控制電機升降速來達到堆取料機平穩起制動的。其驅動機構中的斗輪與懸臂皮帶機的驅動電動機選用三相籠型異步電動機，功率較大，起動方式采用直接起動或自耦變壓器減壓起動，但采用直接起動，起動電流大，一般為電動機額定電流的4～8倍，造成供電電壓下降，影響同一電源其他電氣設備的正常運行；采用自耦變壓器降壓起動，起動過程中會出現二次沖擊轉矩和電流，不能帶載起動，控制線路復雜，維護不便。

3.變頻技術在堆取料機上的應用

數控堆取料機是由數字控制技術操縱的一切工作母機的總稱，是集現代機械制造技術、微電子技術、功率電子技術、通訊技術、控制技術、傳感技術、光電技術、液壓氣動技術等

為一體的機電一體化產品，是兼有高精度、高效率、高柔性的高度自動化生產制造設備。

3.1堆取料機的電力驅動

這里從節電的角度來考慮數控堆取料機的電氣拖動問題。數控堆取料機的電力驅動主要分為3種類型：1）進給伺服驅動系統；2）主軸驅動系統；3）電機內裝式高速交流主軸驅動系統。

3.2主軸變頻交流調速

使用通用型變頻器可以對標準電機直接變速傳動，所以除去離合器很容易實現主軸的無級調速。對于通常采用主軸直流調速的高級機種，引入主軸專用變頻器進行交流調速。另外，對于通常采用離合器變速的堆取料機，引入通用變頻器后，也可取得如下的效果：簡化了動力傳遞機構；能實現精細的恒線速控制；不用對離合器進行維護；使用效果有：與以往方式相比，對機械部件的熱影響降低，速度跟蹤性能提高使線速度變化減小。變頻技術已深入我們生活的每個角落，變頻調速系統的控制方式包括V/F、矢量控制（VC）、直接轉矩控制（DTC）等。V/F控制主要應用在低成本、性能要求較低的場合；而矢量控制的引入，則開始了變頻調速系統在高性能場合的應用.

3.3通用變頻技術

矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是變頻中的一種，其共同特點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流回路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而，省去了體積大、價格貴的電解電容，其實現功率因數為1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。

3.4矢量控制變頻調速

矢量控制變頻調速是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流通過三相—兩相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流，再按轉子磁場定向旋轉變化，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流，It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，再經過相應坐標的反變化，實現對異步電動機的控制。但是，實際應用中，由于難以準確觀測轉子磁鏈，系統特性受電機參數的影響較大。

4.結語

變頻器的保護功能非常的完善，如欠壓、過壓、斷路、短路以及電機過熱保護等。利用變頻技術改造煤炭堆取料機的行走驅動系統，提出具體的改造方案，解決了原系統中存在的振動較大、受力不均、易受損等問題，實現了電機的同步控制。所以變頻調速技術在斗輪堆取料機上的應用是穩定、可靠的技術，它可以節能，維護設備，減少工作量，延長設備的使用壽命，能平穩高效的完成正常的堆料作業，起制動及行走，效果明顯，行走系統實現了軟起停，連續運行時同步性好，振動明顯減小，行走控制系統故障率明顯降低，確保系統安全、穩定地運行，取得了一定的經濟效益和社會效益。當然，我們仍然需要努力，更加去完善。

參考文獻：

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