变频技术在堆取料机行走驱动中的应用研究

史可心 张 超/中材建设有限公司

变频技术在堆取料机行走驱动中的应用研究

史可心 张 超/中材建设有限公司

在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，更有着长远的社会效益，而变频器作为节能应用中越来越重要的自动化设备，也得到了快速的发展和应用。本文笔者主要分析了变频技术及其在在堆取料机行走驱动中应用的优势，并对其在堆取料机行走驱动中的应用情况作了进一步阐述，以为同行提供参考。

变频技术；堆取料机；应用

1.变频技术对堆取料机的控制

堆取料行走机构采用的是双速电机驱动，双速电机是利用改变定子绕组的接线改变其极对数的方法变速。改变极对数分别由不同的接触器控制完成，控制线路复杂。斗轮堆取料机是大型设备，其行走机构的驱动台车数量由工作所需的功率来确定（驱动台车的数量一般是4台、6台、8台、10台等）。由于电动机台数多在快速起动时对供电电源有很大的冲击，当行走机构启停或变速时，整机振动很大，机器的使用安全存在隐患，还会降低机器的使用寿命。

行走机构电机采用变频电机，变频电机是由一个单独的变频器来控制的，可保证所有的电机启动同步，行走机构运行平稳，无振动，可延长行走减速机主要零部件的使用寿命。变频器有全自动、手动和定速运行三种控制方式。在堆取料机司机室内可监视回转转速及实现远方自动或手动操作,也可直接通过变频器键盘面板或外部通信接口进行点动运行操作。

变频器具有低速软启动功能,可平滑地大范围调节回转电动机转速,还可根据堆取料的多少将悬臂回转转矩调节至最佳。

2.变频技术及其在在堆取料机行走驱动中应用的优势

2.1 变频技术的优势

堆取料机是一种广泛应用于港口、电力、煤炭、冶金等行业的大型散料输送设备，由于工作环境的限制，常常会出现停电状况，而在没有预告停电的情况下电压瞬时降低，使正在运行的设备无法正常运行，突然的断电也将导致设备被烧坏;而又不知情的进行供电，使设备电流骤然增加，这些都会使矿井下的工作存在潜在的安全隐患。变频技术正好可以解决这样的问题。由于电动机台数多在快速起动时对供电电源有很大的冲击，当行走机构启停或变速时，整机振动很大，机器的使用安全存在隐患，还会降低机器的使用寿命。行走机构电机采用变频电机，变频电机是由一个单独的变频器来控制的，可保证所有的电机启动同步，行走机构运行平稳，无振动，可延长行走减速机主要零部件的使用寿命。变频器有全自动、手动和定速运行三种控制方式。在堆取料机司机室内可监视回转转速及实现远方自动或手动操作,也可直接通过变频器键盘面板或外部通信接口进行点动运行操作。

2.2 变频技术在堆取料机行走驱动中应用的优势

堆取料机的主要任务是堆料和取料，堆料形状根据PLC程序可设定下列三种堆料形状，均为自动控制。一种是定点移动，一层堆料。堆料机的悬臂按照原料的堆积高度，依次的升高，直到最后堆积高度为止。虽然，系统能对操作进行有效控制，却不能对系统维持恒减速运行，这种状况很有可能烧坏某些零件，使设备出现故障。加入变频技术以后，变频调速可以保证对机电系统进行恒加速或恒减速运行的控制，延长设备的使用寿命。

斗轮堆取料机是大型散装物料装卸机械，起制动控制是通过设定加减速斜坡时间、变频器输出连续电压控制电机升降速来达到堆取料机平稳起制动的。其驱动机构中的斗轮与悬臂皮带机的驱动电动机选用三相笼型异步电动机，功率较大，起动方式采用直接起动或自耦变压器减压起动，但采用直接起动，起动电流大，一般为电动机额定电流的4～8倍,造成供电电压下降，影响同一电源其他电气设备的正常运行；采用自耦变压器降压起动，起动过程中会出现二次冲击转矩和电流，不能带载起动,控制线路复杂,维护不便。

3.变频技术在堆取料机上的应用

数控堆取料机是由数字控制技术操纵的一切工作母机的总称，是集现代机械制造技术、微电子技术、功率电子技术、通讯技术、控制技术、传感技术、光电技术、液压气动技术等

为一体的机电一体化产品，是兼有高精度、高效率、高柔性的高度自动化生产制造设备。

3.1 堆取料机的电力驱动

这里从节电的角度来考虑数控堆取料机的电气拖动问题。数控堆取料机的电力驱动主要分为3种类型：1）进给伺服驱动系统；2）主轴驱动系统；3）电机内装式高速交流主轴驱动系统。

3.2 主轴变频交流调速

使用通用型变频器可以对标准电机直接变速传动，所以除去离合器很容易实现主轴的无级调速。对于通常采用主轴直流调速的高级机种，引入主轴专用变频器进行交流调速。另外，对于通常采用离合器变速的堆取料机，引入通用变频器后，也可取得如下的效果：简化了动力传递机构；能实现精细的恒线速控制；不用对离合器进行维护；使用效果有：与以往方式相比，对机械部件的热影响降低，速度跟踪性能提高使线速度变化减小。变频技术已深入我们生活的每个角落，变频调速系统的控制方式包括V/F、矢量控制(VC)、直接转矩控制(DTC)等。V/F控制主要应用在低成本、性能要求较低的场合;而矢量控制的引入，则开始了变频调速系统在高性能场合的应用.

3.3 通用变频技术

矢量控制变频、直接转矩控制变频都是变频中的一种，其共同特点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而，省去了体积大、价格贵的电解电容，其实现功率因数为1，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。

3.4 矢量控制变频调速

矢量控制变频调速是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流通过三相—两相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流，再按转子磁场定向旋转变化，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流，It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，再经过相应坐标的反变化，实现对异步电动机的控制。但是，实际应用中，由于难以准确观测转子磁链，系统特性受电机参数的影响较大。

4.结语

变频器的保护功能非常的完善，如欠压、过压、断路、短路以及电机过热保护等。利用变频技术改造煤炭堆取料机的行走驱动系统，提出具体的改造方案,解决了原系统中存在的振动较大、受力不均、易受损等问题,实现了电机的同步控制。所以变频调速技术在斗轮堆取料机上的应用是稳定、可靠的技术,它可以节能，维护设备，减少工作量，延长设备的使用寿命，能平稳高效的完成正常的堆料作业，起制动及行走，效果明显，行走系统实现了软起停，连续运行时同步性好，振动明显减小，行走控制系统故障率明显降低，确保系统安全、稳定地运行，取得了一定的经济效益和社会效益。当然，我们仍然需要努力，更加去完善。

[1]万正喜.斗轮堆取料机行走机构力学性能分析及结构优化[D].长沙：中南大学，2011.

[2]万正喜，易春光，孙波，等.斗轮堆取料机行走机构电机功率计算及修正[J].煤矿机械，2011，32.

[3]崔本亮.变频技术的发展与应用.信阳农业高等专科学校报,2013,13(3):81.