变频器替代直流调速的应用

　　1 引言

　　直流调速系统在很长一段时期内因其调速性能优异：平滑性能好、低速力矩大、调速范围宽而在机械设备的调速系统中占有很大的份额。但同时因为直流电机结构复杂，并且有换向器这个薄弱环节，因此直流调速系统不仅维护量大，并且单机容量、过载能力、最高电压和最大转速都受到了限制。随着科学技术的发展，交流变频技术取得了长足的进步。尤其是20世纪90年代矢量控制技术的成熟应用更使交流调速技术有了质的飞跃。由于svc(无速度传感器的矢量控制)控制可以获得接近闭环控制的性能，其系统适应性和鲁棒性也不断得到加强，因此交流调速系统在很多场合达到了和直流调速相媲美的程度。再加上普通型异步电机结构简单，坚固耐用，维护简单，很多性能指标都优于直流电机。因此在很多新的应用场合直流调速系统都被交流变频调速所取代，一些陈旧的直流调速系统也慢慢被改造成变频调速。本文介绍了一例用变频调速取代直流调速系统的实例。

　　2 原直流系统状况和负载特点

　　原直流调速系统用在某蜂窝制品公司的蜂窝板块生产线上，用来驱动生产线上的卷绕机。此生产线可以把整卷的瓦楞原纸按设定的层数先卷制再分切成生产蜂窝纸芯用的蜂窝板块。卷绕机是一个大型的旋转轮式负载，转轮周长为12m。此种负载类似于造纸的卷取机，属于恒功率负载。其工作过程分为两个部分，一是在一定张力下把瓦楞原纸卷绕在旋转轮上，设计最高生产速度为200m/min，正常生产速度是160m/min，生产过程约14分钟;二是卷绕完成后把卷好后的材料分切成块，这个过程要对转轮进行定位，因此最低速度为4m/min左右，分切过程要持续6分钟。整个工作过程中速度的大小由plc输出0～10v模拟量进行调节。转轮另配一个气液刹车机构用于消除机械惯性和协助分切时定位，刹车机构的动作类似于刹车电机上的刹车，当电机转动时刹车松开，当电机停止时刹车机构抱死负载，避免负载因重力不均而自由转动。

　　这个直流调速系统配置为德国某品牌直流调速器movret365和2极11kw的直流电机。电机配测速发电机作为负反馈，另配强冷风机对主电机进行冷却。电机通过一个齿轮减速机用链条和卷绕机相连。

　　2.1 原调速系统遇到的问题

　　直流电机结构复杂，维护量较大，造价昂贵，并且维修周期长。此设备所用的直流电机使用四五年后因更换的碳刷质量不好造成了换向器烧灼严重，运转时时常打火，拆修了一次，不仅维修费用高，而且需要停机近一周。后来又因为刹车机构故障，刹车片不能完全脱离刹车盘，导致负载过大，造成了电机定子绕组的损坏，于是又面临着长时间的停机维修难题。针对这个问题，我们提出了改直流调速系统为交流调速的设想。要想改变原来的系统，就必须对原系统的特点和负载状况有充分的认识。拆下的直流电机如图1所示。