《電子技術(shù)應(yīng)用》
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鋼軌刨床直流發(fā)電機(jī)組改全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的績(jī)效分析
摘要: 我公司道岔車間現(xiàn)有兩臺(tái)120KW鋼軌刨床,其電氣傳動(dòng)采用的是我國(guó)上世紀(jì)六十年代流行的交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)方案,運(yùn)行三十多年來(lái),為工廠的發(fā)展也發(fā)揮了重要的作用,但是,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,老設(shè)備的占地面積大、電能浪費(fèi)嚴(yán)重、噪音大、備件不易等缺點(diǎn)日趨明顯。
Abstract:
Key words :

1 前言
  我公司道岔車間現(xiàn)有兩臺(tái)120KW鋼軌刨床,其電氣傳動(dòng)采用的是我國(guó)上世紀(jì)六十年代流行的交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)方案,運(yùn)行三十多年來(lái),為工廠的發(fā)展也發(fā)揮了重要的作用,但是,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,老設(shè)備的占地面積大、電能浪費(fèi)嚴(yán)重、噪音大、備件不易等缺點(diǎn)日趨明顯。當(dāng)今大型龍門刨床成熟的直流傳動(dòng)方案是采用全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng),它采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,從而使整個(gè)電控系統(tǒng)裝置不但體積小,而且高效、節(jié)能,運(yùn)行可靠性也大為提高。
2 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)改造方案
  鑒于以上原因,我們?cè)?005年8月先對(duì)其中的1#鋼軌刨床進(jìn)行了改造,新改的電氣傳動(dòng)采用PLC(可編程邏輯控制器)控制的全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。電控系統(tǒng)的PLC選用日本OMRON公司的CPM2A型整體式PLC,它負(fù)責(zé)完成全數(shù)字直流調(diào)速裝置外圍的給定信號(hào)處理、機(jī)床按鈕站信號(hào)、各種限位信號(hào)和系統(tǒng)故障信號(hào)的邏輯控制與處理。全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速裝置選用英國(guó)歐陸公司的590+系列500A四象限邏輯無(wú)環(huán)流(可逆)全數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速裝置,它的內(nèi)部主電路是由兩組反并聯(lián)的三相全控晶閘管整流單元組成,兩者通過(guò)觸發(fā)脈沖邏輯互鎖構(gòu)成四象限邏輯無(wú)環(huán)流(可逆)直流調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。它所有的控制算法都由高速16位微處理器完成,以獲得優(yōu)越的動(dòng)態(tài)控制性能;自整定算法可自動(dòng)計(jì)算出電流環(huán)的P、I常數(shù)及電流斷續(xù)點(diǎn),使系統(tǒng)獲得最佳動(dòng)態(tài)性能;其電流環(huán)的自適應(yīng)功能使系統(tǒng)變化較大時(shí),也可獲得平穩(wěn)的速度響應(yīng)。此次改造調(diào)速系統(tǒng)采用光電編碼器構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋速度閉環(huán)控制,用以提高電氣調(diào)速系統(tǒng)的速度平穩(wěn)性、擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)速范圍、減小轉(zhuǎn)速靜差率。
3 新舊兩種調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
下面就新舊兩種調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能做以詳細(xì)比較。
3.1調(diào)速范圍
  鋼軌刨床交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)方式(JF—F—D)采用電壓負(fù)反饋、電流正反饋控制方式,其調(diào)速范圍D≤20。全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速拖動(dòng)方式(KZ—D)采用光電編碼器做轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,其調(diào)速范圍D≤50。
3.2穩(wěn)態(tài)精度
  JF—F—D系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度只能達(dá)到1%,而KZ—D系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度卻能達(dá)到0.1%(光電編碼器反饋)。
3.3 運(yùn)行可靠性
  JF—F—D系統(tǒng)由于調(diào)整電阻多,采用的繼電器邏輯控制方式固有連接接點(diǎn)多,從而造成電路虛接的故障幾率很高。JF—F—D系統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)均有換向器和電刷,因電刷接觸不良造成的故障頗多。高速微處理器控制的KZ—D系統(tǒng)采用可編程序控制器(PLC)后,由于整個(gè)控制系統(tǒng)是適用于惡劣工業(yè)環(huán)境的工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)完成所有控制算法,所以整個(gè)電控系統(tǒng)比JF—F—D系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化,原控制電路中的繼電器邏輯控制硬觸點(diǎn)代之以PLC的軟觸點(diǎn),原主電路中的直流發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、啟動(dòng)電阻等代之以電路簡(jiǎn)練的全數(shù)字晶閘管整流裝置??刂齐娐返暮?jiǎn)化、大電流接點(diǎn)的減少,必將進(jìn)一步提高鋼軌刨床電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
3.4 可維修性
  JF—F—D系統(tǒng)可調(diào)電阻多,控制電機(jī)多,需調(diào)整的部位多,調(diào)試難度大,維修不易。高速微處理器控制的KZ—D系統(tǒng)采用全數(shù)字裝置,充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)軟件靈活的優(yōu)勢(shì),具有完善的數(shù)字控制和保護(hù)功能;數(shù)字控制調(diào)整點(diǎn)少,調(diào)試參數(shù)自整定,發(fā)生故障后有準(zhǔn)確的故障信息顯示,縮短了維修時(shí)間。
3.5 效率及設(shè)備體積
  JF—F—D系統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)組效率僅能達(dá)到93%左右;其電氣傳動(dòng)系統(tǒng)除了電氣控制柜以外,還有占地面積達(dá)3平方米的直流發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、啟動(dòng)電阻箱等外圍設(shè)備,而且機(jī)組運(yùn)行噪音大。高速微處理器控制的KZ—D電氣傳動(dòng)系統(tǒng)效率高達(dá)98%以上;其全部控制裝置均安裝在原電氣控制柜內(nèi),無(wú)其它外圍裝置,而且運(yùn)行無(wú)噪音。12米鋼軌刨床改造后操作人員反映,以前擾人的機(jī)組噪音沒(méi)有了,工作環(huán)境大為改善。

 

3.6 節(jié)能分析及投資效益
  2005年8月27日,我們分別在已改造的1#鋼軌刨床和未改造的2#鋼軌刨床上各安裝了一臺(tái)三相四線有功電度表和一臺(tái)三相四線無(wú)功電度表進(jìn)行節(jié)電數(shù)據(jù)的采集。兩臺(tái)鋼軌刨床的班次安排和所加工產(chǎn)品均接近相同。2005年9月28日,時(shí)隔一月后記錄電度表讀數(shù)。已改造的1#鋼軌刨床月耗電:有功為 43×60(電流互感器變比)=2580KW•h,無(wú)功為120×60(電流互感器變比)=7200KVar•h; 未改造的2#鋼軌刨床月耗電:有功為 98×60(電流互感器變比)=5880KW•h,無(wú)功為398×60(電流互感器變比)=23880KVar•h。

  由以上數(shù)據(jù)可知,采用全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的鋼軌刨床比采用直流發(fā)電機(jī)組電氣傳動(dòng)的鋼軌刨床平均月節(jié)電:有功為3300KW•h,無(wú)功為 16680KVar•h。有功節(jié)電的意義在于每年可直接節(jié)約電費(fèi):3300(KW•h/月)×12(月)×0.5(元/ KW•h)=19800(元),按此估算就改造后直接節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng),此次改造的9.3萬(wàn)元投資就可5年完全回收。無(wú)功節(jié)電的意義在于降低車間供電母線的線路損耗,降低車間配電變壓器的二次電流,節(jié)約的無(wú)功電流可以出讓給電網(wǎng)中新安裝的設(shè)備,從而化解了新增設(shè)備后的車間配電變壓器增容問(wèn)題。由以上節(jié)電數(shù)據(jù)可以看出,鋼軌刨床改造后節(jié)約的無(wú)功遠(yuǎn)比有功大的多,無(wú)功節(jié)電給車間電網(wǎng)帶來(lái)的間接收益也是十分明顯的。
4 結(jié)束語(yǔ)

  綜上所述,用PLC控制的全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改造交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng),鋼軌刨床的調(diào)速范圍、穩(wěn)態(tài)精度、調(diào)速平滑性等技術(shù)指標(biāo)均有所提高,運(yùn)行可靠性有技術(shù)保證,可維修性較好,效率高而且占地面積小,無(wú)噪音運(yùn)行,投資回收期短,這是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、可行的設(shè)備節(jié)能改造方案。鋼軌刨床節(jié)能改造后,機(jī)床操作者認(rèn)為這項(xiàng)改造既有利于公司的節(jié)電和設(shè)備性能的提高,又有利于對(duì)操作者工作環(huán)境的改善,是一項(xiàng)利國(guó)利民的好事。

參考文獻(xiàn):
EUROTHERM•590+Integrator Series DC Digital Drive Product Manual•HA466461U003•2003

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