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(dá)機(jī)電的開拓，安川變頻器在陶瓷機(jī)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(gè)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(jì)蓬勃發(fā)展，帶動各行各業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，尤其是以房地產(chǎn)為龍頭的產(chǎn)業(yè)，更是占有強(qiáng)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(jī)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(jià)仍在上升，陶瓷機(jī)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(xiàng)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(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速，減輕了對輸入電源的要求，同時(shí)消除了設(shè)備硬啟硬停造成對運(yùn)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(dá)帶動大飛輪上的曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動鋸框做往復(fù)運(yùn)動，同時(shí)通過升降傳動機(jī)構(gòu)連續(xù)向下作進(jìn)給運(yùn)動對鋸片施壓，使金鋼石鋸片對石材做相對的切割運(yùn)動，達(dá)到切割石材的目的。鋸框往復(fù)運(yùn)動速度最高可達(dá)92m/min,主運(yùn)動導(dǎo)軌采用高鋼性設(shè)計(jì)，導(dǎo)向精度高，鋸縫小，因此是目前排鋸主流產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。排鋸實(shí)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(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機(jī)來說，如果在啟動時(shí)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(shí)，啟動電流只有原來按三角形接法直接起動時(shí)的1/3，如果直接起動時(shí)的起動電流以6~7倍額定電流來算，則在星三角起動時(shí)，起動電流才2~2.3倍，同時(shí)啟動電壓只有原來的三角形接法直接啟動時(shí)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(shí)，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(jià)格也最便宜。當(dāng)電機(jī)功率大于55KW時(shí)，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(jī)啟動電源容量的要求，降低了起動電流，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比高，但不能對電機(jī)速度進(jìn)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(shí)可以對電機(jī)速度的調(diào)節(jié)使得變頻器在眾多機(jī)械產(chǎn)品中普及率很高，基本上有電機(jī)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(gè)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(jī)轉(zhuǎn)速，不僅切割板面平整度好，而且耗電量少，大大改進(jìn)了現(xiàn)有的石材加工工藝，同時(shí)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(jī)軸拖動皮帶帶動大飛輪作圓周運(yùn)動，當(dāng)飛輪帶動曲柄連桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)是電動過程，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)是發(fā)電過程，因此電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈，有半圈電機(jī)是在發(fā)電狀態(tài)，因此需要配置一個(gè)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)速度為額定50HZ,最低運(yùn)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(shí)，將速度調(diào)低，等鋸齒完全切進(jìn)石頭時(shí)，再加速運(yùn)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(shí)候，將速度調(diào)低，不易拉板。切爛料或者石頭有裂縫時(shí)，將速度調(diào)低，同時(shí)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(shí)，我們知道電機(jī)額定電壓為380V，按常規(guī)設(shè)置變頻器參數(shù)項(xiàng)中電機(jī)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(shí)，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(yán)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?yàn)榇箫w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(yùn)轉(zhuǎn)。
　　　
　　排鋸主電機(jī)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(jī)連合起來傳遞旋轉(zhuǎn)動力的機(jī)械裝置，安裝在電機(jī)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(hù)性能和起動性能好，載荷過大而停轉(zhuǎn)時(shí)輸入軸仍可轉(zhuǎn)動，不致造成動力機(jī)的損壞；當(dāng)載荷減小時(shí)，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(shí)可獲得較高的效率，因此用在大理石排鋸上不失為一個(gè)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(shí)都是好幾個(gè)小時(shí)，因此能量消耗巨大，同時(shí)周期性往復(fù)運(yùn)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(gè)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(shí)現(xiàn)了這種效果。為了實(shí)現(xiàn)精確的力矩控制，我們采用閉環(huán)控制模式，在電機(jī)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(shí)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?jiǎng)幼麟妷菏侵绷?30V，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(diǎn)是變頻器停車時(shí)間較長，而我們所知客戶一般切割一塊荒料的時(shí)間都要好幾個(gè)小時(shí)，因此持續(xù)幾分鐘的停車時(shí)間要比原有的制動電阻方式停車時(shí)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(shí)間考慮進(jìn)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(shí)，將電機(jī)減速時(shí)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(jī)做持續(xù)的減速運(yùn)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(shí)間比帶常州博邦電氣Burbund品牌制動電阻的減速方式停車時(shí)間要長，但比慣性方式停車時(shí)間又要短，同時(shí)消除了電機(jī)慣性停止到最后速度點(diǎn)的時(shí)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(gè)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(shí)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(jià)比。