电机实际选型中应该控制那些量

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电机实际选型中应该控制那些量  

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回转窑主驱动装置的选型与常见故障分析 2006-3-22 19:41:52 未知来源 供稿 由于直流电动机的起动力矩大,调速性能优良,一次投资费用较少,在国内水泥厂的回转窑普遍采用直流驱动装置。 1 装置构成及控制原理 回转窑的主驱动装置由直流电动机和直流调速器构成。直流电动机现多采用Z4系列回转窑专用电动机,现普遍采用调压调速方式,即通过改变电枢的电压来改变电动机转速,从而改变窑转速。 直流调速器有模拟控制系统及数字控制系统。 2 选型原则 回转窑有以下特点,即: 回转窑在起动时,由于自身及热工原因,所需的起动力矩较大,相应起动电流较高,但在正常运行时电流并不高。回转窑在停窑时,有回窑现象。在停窑瞬间,窑筒体由于惯性反转,窑转速从减速机侧传至电动机,电枢的速度很快,电动机瞬间做发电状态运行,如果激磁电流不变,反电势很高,在换向器表面会形成灼痕,甚至会将换向器打出凹坑,对换向器的使用寿命有影响。 鉴于以上原因,回转窑直流传动,在选择直流调速装置时,对于直流电动机及直流调速装置的元器件以及控制方案均有所要求。 2.1 电动机选型 基于水泥回转窑的特点,各直流电动机生产厂家一般都有回转窑专用的型号,如:使用较多的上海南洋电机厂的ZSN4系列,该系列电动机有较好的动态性能,并有较大的过载倍数,其值可达2.5倍左右。并且,通常由于窑主机的额定转速不高,如果电动机自带风叶散热效果不好,通常需要加装强冷风机,加强冷却。 2.2 直流调速装置选型 直流调速装置的整流元件基本采用可控硅元件,可控硅由于自身的过流能力较差,在选型时应考虑足够的裕量。直流调速器的主要参考值如下: 1)额定电压:直流调速装置的额定输出电压一般与直流电动机的额定电压相一致。可控硅元件额定电压一般是正常工作电压峰值的2~3倍值。 2)额定电流:厂家生产的直流调速装置的额定电流一般是指装置输出的平均电流,国外品牌的元器件的过流能力一般为1.5倍,但过流能力与时间有关,选型时应注意。如:西门子的6RA70系列直流调速器的过载能力和时间关系如表1所示。 AB公司的直流调速器的最大过载能力是1.5倍,时间为1min。而国内厂家的直流调速器很少在时间的前提下提出过载倍数。 选取直流调速器,对于国外品牌其额定电流应为:Id≥(2.5~3)Ie/k 式中:Ie--直流电动机的额定电流; k--满足合适起动时间的直流调速器的允许过载倍数。 对于国内厂家的产品额定电流应为:IdIe。整流装置所需的过流能力已从可控硅元件的选择上做了保证。如:北京整流器厂的KGSF系列可控硅传动装置在设备说明书中对于起动性能的描述如下:在任意给定转速下,均可满负荷起动。 可控硅元件的额定电流:带较大电感性负载时,整流装置输出的电流波形连续,流过可控硅元件的平均电流为整流输出平均电流的1/3,即:IT=Id/3。 式中:IT--可控硅元件的平均电流; Id--直流调速装置输出的平均电流。 决定可控硅元件允许电流大小的是温度,具体说是指管芯PN结的温度。此指标主要与电流的有效值有关。但可控硅的额定电流是指在常温和正常的冷却条件下,带电阻性负载的单相工频正弦半波电路中,管子全导通时结温不超标所允许的最大平均电流。因此需要在电流有效值相等的原则下,将实际允许的平均电流与额定电流进行换算。考虑裕量,可控硅的额定电流: ITa=(ITd×Kf/1.57)×Kt 式中:ITa--可控硅实际允许的平均电流,实际计算中可选为电动机最大过载倍数电流的1/3; Kf--整流波形系数(对于电感性负载,三相全控整流桥,其值取为1.73); Kt--电流裕量系数,一般可取1.5~2倍。 整流装置的额定输出电流的大小应与可控硅元件相匹配。 直流调速器实际选型中应充分考虑回转窑的起动特性,调速器的容量与电动机的过载能力应相一致,从而最大有效地发挥二者的能力。 直流调速装置的选型实例: 我厂的1、2号窑为年产熟料35万t的湿法窑。回转窑的主传动采用双传动方式,2台电动机的电枢相串联。窑主电动机的主要参数如下: 单机功率:220kW 电枢电压:220V;电枢电流:960A 所选的直流调速装置如下: 型号:KSF22-1000/440 额定输入电压:380V额定输出电压:440V 额定输入电流:816A额定输出电流:1000A 生产厂商:西安电力整流器厂 从该设备的选型可见,基本满足前面所述的选型要求,运行情况良好。 四川双马水泥集团的7号窑,为年产水泥50万t的湿磨干烧窑,窑中主传动电动机采用单传动方式,窑主电动机参数如下: 型号:ZSN4220kW 额定电枢电压:440V;额定电枢电流:550A 电动机过载倍数:2.5~3 双马厂选用的直流调速器为西门子公司的全数字直流调速装置6RA70系列1200AR产品。 由公式Id≥3Ie/k=3×550/1.5=1100A可见,该选型是比较合理的。实际的运行情况也不错。 3 回窑控制方案 直流调速装置一般是做双闭环运行,即流调、速调,回转窑在直流驱动系统正常时,运行非常平稳。但在停窑时,由于回窑产生较高反电势,会对系统造成一定的危害。故控制系统应有较为完善的解决方案。现提出一些观点,以供商榷: 1)本桥逆变:停窑时,电动机高速反转,产生的反电势较高,此时可使导通角α90°,即使整流电路进入有源逆变状态工作,实现直流逆变交流,将电能回送电网。 2)减弱激磁:停窑时,分断主接触器,并在同时将激磁电流大幅减小以限制反电势。 3)能耗制动:停窑时,整流装置封锁脉冲,主接触器分断,同时在电枢主回路中串入能耗制动电阻以消耗回窑反电势能量。并可与第二种方案作互补控制,进一步减小回窑对直流驱动装置的影响。 实例:西门子的6RA70系列产品本身就具有方案1和方案2的功能,其中方案1为此套系统的标准功能,无需外加器件,即可完成;方案2也无需外加器件,只要通过对直流调速装置内部参数的设定来完成,从而达到主回路一掉电,励磁电流成倍减少,从而成倍减少反电势。2种方案可以同时运用,以达最佳效果。在四川双马水泥厂的6号和7号线上均运用了此2种回窑控制方案,效果比较理想。 4 直流驱动装置故障分析 1)电流波动,窑速不稳。由直流调速理论可知,直流电动机转速(窑速)电流与整流电压、激磁磁通都有关系,二者发生故障对窑速和电流均有影响。 ①电动机内部的激磁电源线有破损,在电动机运行中随着电动机振动有瞬时碰壳现象,电动机的转矩下降,转速降低,电动机转动发生困难,现场表现为窑速波动。 实例:我厂4号窑窑速波动,时不时发生转动困难。当时一度怀疑触发装置故障,但在现场检测中,触发脉冲完全正常,后拆开电动机发现是激磁线破损,处理完后开机正常。 ②由于调速装置整流柜上的冷却风机引起的振动,造成电路印制板上的相关元件焊点松了,或是相关的电子元件发生故障,脉冲时有时无,可控硅元件的触发不可靠,用示波器观察会发现电压波形1个以上的波头不稳定、闪动的情况。 此故障在我厂的3、4号窑多次发生,尤其是在每年的夏季,天气炎热、潮湿,我厂收尘效果又不是太好,粉尘相对较大,对电气元件的影响较大。 ③外部给定信号,由于电气元件的接触不可靠,从而造成触发脉冲不可靠,引起电流和窑速的波动。 2)窑速突然下降,但之后窑主机能稳定运行 造成这种情况主要是以下2种原因:1)触发脉冲丢失,比如触发回路的相关器件脱焊,相应的可控硅回路无法导通,造成输出整流电压下降;2)可控整流桥桥臂上的可控硅元件故障,或是熔断器熔断,造成输出电压下降,常见故障的有一臂、两臂及一相断开,其对整流输出电压的影响如表2所示。 注:Ud:整流桥无故障输出的直流电压;同组是指同一阴极组或同一阳极组。 我厂的3、4号窑曾多次发生此类故障。主要是熔断器熔断引发故障。 3)窑主电动机无法起动 此种情况有以下原因:①外部联锁控制设备故障,主电动机控制回路无法接通;②多个整流元件或是触发回路故障,输出电压低,整流装置提供的起动电流太小,起动力矩不够,不能起动。③由于检修后触发脉冲出线接线不慎,造成可控桥整流元件的触发顺序混乱,电压波形异常。 实例1:我厂的4号窑主电动机直流传动装置柜的控制脉冲分配板上的触发脉冲出线由于整流柜上的风机振动,多个接线松动,造成不能开机。后将出线插头全部改成焊接,此类故障大大减少。 实例2:我厂的1号窑主电动机直流传动装置检修完后,发现电动机不能起动,将装置带上电炉作负荷,观察电压波形,发现波形紊乱,另换上1块脉冲分配板,故障依旧。测脉冲分配器所产生的脉冲,幅度及移相均正常,仔细检查脉冲分配板的出线,发现6个脉冲的出线有顺序接反的现象。将误接线纠正,重测波形正常。

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