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)分析
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)速裝置選用英國歐陸公司的590+系列500A四象限邏輯無環(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，兩者通過觸發(fā)脈沖邏輯互鎖構(gòu)成四象限邏輯無環(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**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。
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。
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)。
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練的全數(shù)字晶閘管整流裝置。控制電路的簡化、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。
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。
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)，無其它外圍裝置，而且運(yùn)行無噪音。12米鋼軌刨床改造后操作人員反映，以前擾人的機(jī)組噪音沒有了，工作環(huán)境大為改善。
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號(hào)鋼軌刨床和未改造的2號(hào)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)。已改造的鋼軌刨床月耗電：有功為 43×60(電流互感器變比)=2580KW•h，無功為120×60(電流互感器變比)=7200KVar•h; 未改造的2號(hào)鋼軌刨床月耗電：有功為 98×60(電流互感器變比)=5880KW•h，無功為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9.3萬元投資就可5年完全回收。無功節(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)約的無功遠(yuǎn)比有功大的多，無功節(jié)電給車間電網(wǎng)帶來的間接收益也是十分明顯的。
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