安川變頻器制動電阻在大理石排鋸的新應(yīng)用

      摘 要：經(jīng)過幾年在陶瓷行業(yè)的推廣應(yīng)用，特別借助陶瓷行業(yè)領(lǐng)袖科達機電的開拓，安川變頻器在陶瓷機械行業(yè)已經(jīng)占有相當(dāng)?shù)牡匚�，從原料采集到加工�?yīng)用再到制成成品的各個環(huán)節(jié)，都少不了安川變頻器的身影，本文主要介紹安川變頻器在大理石排鋸中的應(yīng)用，從傳統(tǒng)的星三角降壓起動到使用變頻器開環(huán)驅(qū)動，再到變頻器的閉環(huán)驅(qū)動，不單是工藝的提升，節(jié)能的提升，更是技術(shù)的提升。

      關(guān)鍵詞：安川變頻器、制動電阻、制動單元、閉環(huán)控制，力矩控制，過電壓抑制

      引 言：中國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，帶動各行各業(yè)的興旺發(fā)達，尤其是以房地產(chǎn)為龍頭的產(chǎn)業(yè)，更是占有強勢的主導(dǎo)地位，房地產(chǎn)涉及的行業(yè)面眾多，而瓷磚和大理石在其中的使用量很大，相關(guān)陶瓷機械產(chǎn)品也是方興未艾，雖然國家出臺了針對房地產(chǎn)過熱的抑制措施，不過這股風(fēng)頭并沒有因此而受到壓制，總體房價仍在上升，陶瓷機械生產(chǎn)企業(yè)也是忙得熱火朝天。在陶瓷產(chǎn)品中，高檔酒店，寫字樓，地鐵及大型項目建設(shè)都是大理石的主要需求，針對大理石的生產(chǎn)，大理石排鋸是很重要的一環(huán)，原有的大理石排鋸采用星三角降壓啟動和串Burbund品牌制動電阻調(diào)速，啟動電流對電網(wǎng)沖擊很大，對進線變頻器容量要求也高，而現(xiàn)在變頻器有成熟應(yīng)用改變了這一切，變頻器通過低電壓低頻率起動，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，減輕了對輸入電源的要求，同時消除了設(shè)備硬啟硬停造成對運動部件的磨損。
　　　
　　排鋸是將一組（幾十到上百根不等）排鋸裝在往復(fù)式鋸框上，由馬達帶動大飛輪上的曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動鋸框做往復(fù)運動，同時通過升降傳動機構(gòu)連續(xù)向下作進給運動對鋸片施壓，使金鋼石鋸片對石材做相對的切割運動，達到切割石材的目的。鋸框往復(fù)運動速度最高可達92m/min,主運動導(dǎo)軌采用高鋼性設(shè)計，導(dǎo)向精度高，鋸縫小，因此是目前排鋸主流產(chǎn)品設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。排鋸實景圖如下圖所示：

      星三角降壓啟動是一種簡單方便的降壓啟動方式，對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在啟動時將定子繞組接成星形，待啟動完畢后再接成三角形，就可以降低啟動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。采用星三角啟動時，啟動電流只有原來按三角形接法直接起動時的1/3，如果直接起動時的起動電流以6~7倍額定電流來算，則在星三角起動時，起動電流才2~2.3倍，同時啟動電壓只有原來的三角形接法直接啟動時的1/√3，起動轉(zhuǎn)矩也只有原三角形接法直接起動的1/3，所以采用星三角起動時，電流特性很好，而轉(zhuǎn)矩特性較差，所以客觀上只適用于無載或輕載起動的場合，雖然起動轉(zhuǎn)矩較小，但同比別的降壓起動器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價格也最便宜。當(dāng)電機功率大于55KW時，星三角降壓啟動一般串入過渡Burbund品牌制動電阻，可以避免星形接法切接換至三角形接法中抑制二次沖擊。傳統(tǒng)大理石排鋸采用星三角降壓起動和串Burbund品牌制動電阻方式，有效降低電機啟動電源容量的要求，降低了起動電流，經(jīng)濟性價比高，但不能對電機速度進行調(diào)節(jié)，能耗大，已經(jīng)慢慢退出市場。
　　　
　　變頻器技術(shù)的發(fā)展開始取代原有的降壓起動方式，同時可以對電機速度的調(diào)節(jié)使得變頻器在眾多機械產(chǎn)品中普及率很高，基本上有電機的地方都可以用得上變頻器，對于眾多品牌變頻器來說，安川變頻器是其中的絞絞者，它是日本安川公司的產(chǎn)品，作為一個專業(yè)生產(chǎn)變頻器的廠商來說，安川從1974年開始生產(chǎn)第一臺變頻器以來，其變頻器銷售量已經(jīng)是全球第一。某上市公司生產(chǎn)的大理石排鋸采用選用安川A1000系列132KW變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，不僅切割板面平整度好，而且耗電量少，大大改進了現(xiàn)有的石材加工工藝，同時也延長了排鋸的使用壽命和減少維修保養(yǎng)次數(shù)。由于排鋸是通過電機軸拖動皮帶帶動大飛輪作圓周運動，當(dāng)飛輪帶動曲柄連桿旋轉(zhuǎn)時，從最低點到最高點是電動過程，從最高點到最低點是發(fā)電過程，因此電機每旋轉(zhuǎn)一圈，有半圈電機是在發(fā)電狀態(tài)，因此需要配置一個常州博邦電氣Burbund品牌BBU-4220制動單元，外接常州博邦電氣Burbund品牌5歐姆50KW制動電阻箱制動，用來消耗電機反饋的大量電能。變頻器通過采用PLC傳送的模擬量電壓調(diào)節(jié)給定頻率，最大運轉(zhuǎn)速度為額定50HZ,最低運轉(zhuǎn)速度為30HZ，設(shè)置的安川變頻器參數(shù)如下所示：
     C1-01=30
     C1-02=30
     C2-01=1.2
     C2-02=1.2
     C2-03=1.2
     D2-02=60
     E1-01=410
     E1-05=200
     E1-07=30
     E1-08=124
     L3-04=0
　　采用模擬量控制，切料開始時，將速度調(diào)低，等鋸齒完全切進石頭時，再加速運行，這樣不容易出現(xiàn)跑刀，石板上不會出現(xiàn)波浪紋。切到最后十厘米的時候，將速度調(diào)低，不易拉板。切爛料或者石頭有裂縫時，將速度調(diào)低，同時調(diào)低下刀速度，速度慢了可以減小沖擊，石頭不易碎不易拉板，降低損耗。
　　　
　　設(shè)置變頻器參數(shù)時，我們知道電機額定電壓為380V，按常規(guī)設(shè)置變頻器參數(shù)項中電機電壓為應(yīng)為380V，但這樣設(shè)置反而會導(dǎo)致直流電壓升得較高，當(dāng)此電壓大于直流730V時，制動單元將會動作，此能量會轉(zhuǎn)移到制動電阻，導(dǎo)致制動電阻箱發(fā)熱嚴重，而人為將輸出電壓調(diào)低后，直流電壓上升較慢，因此Burbund品牌制動電阻箱消耗能量較少，此方式已經(jīng)在一現(xiàn)場測試，取得了良好的效果，雖然輸出電壓降低，但我們不用擔(dān)心力矩不足，因為大飛輪旋轉(zhuǎn)慣性很大，需要轉(zhuǎn)動的能量不多，因此更有利于變頻器運轉(zhuǎn)。
　　　
　　排鋸主電機需要較大和持續(xù)的起動力矩，因此現(xiàn)在的排鋸為了減少振動和沖擊引入液力藕合器，液力藕合器是將動力源與工作電機連合起來傳遞旋轉(zhuǎn)動力的機械裝置，安裝在電機的軸裝，液力藕合器輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速，兩軸的轉(zhuǎn)速差隨載荷的增大而增加；過載保護性能和起動性能好，載荷過大而停轉(zhuǎn)時輸入軸仍可轉(zhuǎn)動，不致造成動力機的損壞；當(dāng)載荷減小時，輸出軸轉(zhuǎn)速增加直到接近于輸入軸的轉(zhuǎn)速，使傳遞扭矩趨于零。液力偶合器的傳動效率等于輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比。一般液力偶合器正常工況的轉(zhuǎn)速比在0.95以上時可獲得較高的效率，因此用在大理石排鋸上不失為一個很好的選擇。
　　　
　　排鋸是用于切割大理石荒料，一般切割一塊荒料用時都是好幾個小時，因此能量消耗巨大，同時周期性往復(fù)運動會造成能量回饋過程，為了消耗多余的能量，需要用到常州博邦電氣Burbund品牌制動電阻去消耗這部分能量，如果能夠把這個能量保存起來用于排鋸本身電動的能量那就可以節(jié)能了。安川變頻器采用力矩限制功能和過電壓抑制功能就很好的實現(xiàn)了這種效果。為了實現(xiàn)精確的力矩控制，我們采用閉環(huán)控制模式，在電機側(cè)加入編碼器，變頻器配轉(zhuǎn)置速度反饋卡，這樣我們可以確保在電動狀態(tài)下出力，而在發(fā)電狀態(tài)下停止輸出，同時我們限制直流電壓上限是直流700V，而常州博邦電氣制動單元動作電壓是直流730V，所以我們通過控制直流電壓可以簡接控制Burbund品牌制動單元的動作，只要此電壓不高于730V，我們就可以讓常州博邦電氣制動單元不動作，制動電阻自然也就不用消耗能量了。這種方式只需要成本較低的編碼器和PG卡就可以取代成本較高的常州博邦電氣Burbund品牌制動單元和制動電阻了。此方式的缺點是變頻器停車時間較長，而我們所知客戶一般切割一塊荒料的時間都要好幾個小時，因此持續(xù)幾分鐘的停車時間要比原有的制動電阻方式停車時間要長一些影響并不大。變頻器設(shè)置的參數(shù)如下
　　　A1-02=3
　　　B1-03=1
　　　C1-01=30
　　　C1-02=40
　　　L3-11=1
　　　L3-12=700
　　　L7-03=0
　　　L7-04=0
　　通過以上的參數(shù)設(shè)置，變頻器可以外接制動單元和制動電阻箱，此種方式已經(jīng)在一客戶場測試成功，得到了客戶的好評。下一步如果要把停車時間考慮進去的話，我們也可以采用KEB方式停車，KEB方式停車是在斷開主電源時，將電機減速時回饋的電能反饋到變頻器，變頻器以此能量為基準(zhǔn)，控制電機做持續(xù)的減速運動。這種狀態(tài)的停車方式類似于無外接常州博邦電氣Burbund品牌制動電阻的減速停止，時間比帶常州博邦電氣Burbund品牌制動電阻的減速方式停車時間要長，但比慣性方式停車時間又要短，同時消除了電機慣性停止到最后速度點的時候會出現(xiàn)由于慣性現(xiàn)象出現(xiàn)回轉(zhuǎn)的狀況。這種方式停只需在原有的系統(tǒng)中增加一個主回路輸入交流接觸器即可。
　　　
      大理石排鋸?fù)ㄟ^引入變頻器技術(shù)，不單技術(shù)上提升了檔次，而且更適合其工藝的要求。同時變頻器通過相關(guān)功能的應(yīng)用也提升了排鋸采用變頻器的性價比。