中心論題：

• 變頻器的原理及相關設備的選用
• 變頻調速改造方案
• 運行情況

解決方案：

• 重新設計了主回路及控製回路
• 將變頻器安裝在遠離工作現場的地方
• 將輸出頻率下限設置為9 Hz

我廠海綿銅處理工序中采用SGZ1000-N 型三足式全自動下部卸料離心機，進行海綿銅固液分離

，該設備由主機、輔機、轉鼓（以1 200 r/min轉動）等組成。傳動係統情況如圖1所示。

 
由於該離心機是通用設備，它的主機是Y160L-4 型交流電動機，其轉速保持在1 460 r/min，因此不可避免地帶來下述問題：不能根據我廠工藝流程調節合適的轉速
，物料的固液分離不能達到理想的效果；因為我廠的物料組成較為特殊

，以至離心機在啟動和運行中震動很大，因此使設備使用壽命大大縮短。

為此我們采用變頻器對離心機的電動機進行控製，結果使設備的使用壽命延長了12 倍，金屬回收率提高了1倍左右，僅一年節約的鎳金屬就價值45萬元。該項改造很好地解決了原來設備中存在的問題

，提高了生產效率和經濟效益。

變頻器的原理及相關設備的選用
a.變頻器的基本原理
圖2所示為變頻器的基本構成。它的基本原理是用一種特定的方式對變頻器中的晶閘管開關進行導通和關斷
，直接把輸入的電壓波形“大致”調製成所需頻率的交流波形。

 
變頻器的控製方式大體有4 種：V/f控製，轉差頻率控製，矢量控製
，直接轉矩控製。我廠選用的變頻器采用V/f 控製。

什麼是V/f控製？它是在改變頻率的同時控製變頻器的輸出電壓
，使電動機的磁通保持一定
，調速範圍較寬，而且使電動機的效率
、功率因數不下降。因為是控製電壓與頻率的比，所以稱為V/f 控製。

為什麼控製fjiunenggoutiaozhengzhuansune？yibudiandongjidetongbuzhuansuyoudianyuanpinlvhediandongjijiduishujueding

，zaigaibianpinlvshi，diandongjidetongbuzhuansusuizhegaibian
，dangdiandongjifuzaiyunxingshi，diandongjizhuanzizhuansulvediyudiandongjidetongbuzhuansu，jicunzaihuacha。huachadedaxiaohediandongjidefuzaidaxiaoguanxiwei

既然改變f 就能夠調整電動機的轉速，那麼保持V/f恒定控製有何意義？它與電動機正常運行又有什麼關係呢？下麵以異步電動機的T型等效電路（如圖3所示）來進行說明。

在電動機額定運行情況下，電動機定子電阻和漏抗的電壓降較小
，電動機的端電壓和電動勢近似相等。由式（2）可見，當電動機電源頻率變化時，若電動機電壓不隨著改變，那麼電動機的磁通將會出現飽和或欠勵磁。例如當頻率f降低時
，若繼續保持電動機的端電壓不變，即繼續保持電動機的感應電動勢E 不變
，那麼，由式（2）可(ke)知(zhi)，電(dian)動(dong)機(ji)的(de)磁(ci)通(tong)椎(zhui)將(jiang)增(zeng)大(da)。由(you)於(yu)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)磁(ci)通(tong)常(chang)處(chu)於(yu)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)值(zhi)
，因(yin)此(ci)磁(ci)通(tong)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)大(da)將(jiang)導(dao)致(zhi)電(dian)動(dong)機(ji)出(chu)現(xian)飽(bao)和(he)現(xian)象(xiang)。磁(ci)通(tong)出(chu)現(xian)飽(bao)和(he)後(hou)將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)流(liu)過(guo)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)很(hen)大(da)，這(zhe)將(jiang)增(zeng)加(jia)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)銅(tong)損(sun)耗(hao)和(he)鐵(tie)損(sun)耗(hao)。而(er)當(dang)電(dian)動(dong)機(ji)出(chu)現(xian)欠(qian)勵(li)磁(ci)時(shi)，將(jiang)會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)。因(yin)此(ci)，在(zai)改(gai)變(bian)電(dian)動(dong)機(ji)頻(pin)率(lv)時(shi)應(ying)對(dui)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)動(dong)勢(shi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，以(yi)維(wei)持(chi)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)磁(ci)通(tong)恒(heng)定(ding)。顯(xian)然(ran)，若(ruo)在(zai)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)電(dian)動(dong)機(ji)時(shi)，能(neng)保(bao)持(chi)V/f 為恒定，可以維持磁通恒定。

由於對電動機的電勢進行檢測比較困難，考慮到在電動機正常運轉時電壓和電勢近似相等，由式（2）和式（3）可知，通過控製V/f比bi一yi定ding可ke以yi保bao持chi磁ci通tong恒heng定ding。所suo以yi變bian頻pin器qi可ke實shi現xian軟ruan啟qi動dong，使shi電dian動dong機ji逐zhu漸jian加jia速su
，減jian少shao了le設she備bei啟qi動dong時shi的de震zhen動dong。運yun行xing時shi為wei了le在zai電dian動dong機ji中zhong保bao持chi恒heng定ding的de磁ci通tong量liang，按an照zhao頻pin率lv來lai調tiao節jie外wai加jia電dian壓ya的de幅fu值zhi，這zhe就jiu要yao求qiu電dian壓ya和he頻pin率lv的de比bi值zhi為wei一yi常chang數shu。但dan對dui實shi際ji電dian動dong機ji來lai說shuo保bao持chi“氣隙”dianyahepinlvzhibiweichangshujiuxuyaoyidayuzheyibilideshuzhilaitiaojiewaijiadianya，yibuchangdingzidianliuzairaozuchuanlianzukangshangchanshengdedianyajiang。youyugailixinjizaishijiyunxingzhongdegongzuopinlvjiaogao，yibanzai30~40 Hzzhijian，yincidianyajiangshijizhizhandiandongjiedingdianyadehenxiaodebufen。fuzaibianhuayinqiwaijiadianyafuzhisuoxuzuodexiaoliangtiaojieduidiandongjiyunxingdeshijiyingxiangbuda
，suoyifuhezaigaiduanpinlvtiaojieshidezhuanjuxingnengjiaohao。lixinjiV/f的曲線如圖4所示。
 

zheyangtongguobianpinqiduishebeigongzuosududetiaojie，shilixinjidadaopingwendegongzuozhuangtai，budanyanchangleshebeideshiyongshouming
，erqieshilixinjideyunzhuansudunenggoutiaojiedaowuliaoguyefenlidezuijiazhuangtai

，jingjixiaoyishifenmingxian。

b.變頻器選型
變bian頻pin器qi選xuan型xing須xu注zhu意yi電dian壓ya等deng級ji和he最zui大da容rong量liang兩liang個ge參can數shu。電dian壓ya等deng級ji是shi根gen據ju使shi用yong單dan位wei的de實shi際ji用yong電dian電dian壓ya確que定ding，如ru變bian頻pin器qi電dian壓ya等deng級ji選xuan得de過guo低di會hui減jian少shao設she備bei使shi用yong壽shou命ming
，使shi變bian頻pin器qi自zi動dong保bao護hu功gong能neng動dong作zuo，導dao致zhi設she備bei不bu能neng正zheng常chang運yun行xing。如ru變bian頻pin器qi的de電dian壓ya等deng級ji選xuan得de過guo高gao，則ze相xiang當dang於yu減jian少shao了le變bian頻pin器qi所suo帶dai負fu荷he的de容rong量liang，很hen不bu經jing濟ji

，我wo廠chang電dian網wang電dian壓ya長chang期qi運yun行xing在zai440~448 V之間，所以我們選用電壓等級為440 V的變頻器。

shebeichangjiazaixuanyongdiandongjishi
，yibandoukaolvleduanshiguozaidengfeichangqingkuang，liuyouyidingdeyuliang。yincibianpinqiderongliangzhixuyudiandongjideedingrongliangxiangpipeijike。

在zai使shi用yong的de過guo程cheng中zhong，如ru果guo電dian動dong機ji實shi際ji負fu荷he過guo小xiao，存cun在zai大da馬ma拉la小xiao車che的de情qing況kuang。所suo以yi從cong經jing濟ji的de角jiao度du考kao慮lv，可ke以yi按an照zhao實shi際ji運yun行xing時shi的de電dian流liu大da小xiao，選xuan擇ze變bian頻pin器qi的de容rong量liang。

但此時需要注意，如果電動機長期運行在總負荷容量的30%以yi下xia的de時shi候hou，電dian動dong機ji的de電dian抗kang隨sui電dian動dong機ji的de容rong量liang而er不bu同tong
，即ji使shi負fu荷he相xiang同tong，電dian動dong機ji容rong量liang越yue大da其qi脈mai動dong電dian流liu值zhi也ye越yue大da，也ye就jiu是shi說shuo這zhe時shi隻zhi考kao慮lv電dian動dong機ji電dian流liu是shi不bu夠gou的de，還hai需xu要yao考kao慮lv脈mai動dong電dian流liu的de影ying響xiang
，負fu荷he越yue輕qing，這zhe部bu分fen的de影ying響xiang就jiu越yue大da。須xu加jia大da變bian頻pin器qi的de容rong量liang
，才cai能neng解jie決jue這zhe方fang麵mian的de問wen題ti。

c.離心機負荷的特殊性
youyulixinleifuheguanxingjiaoda
，yidanzaiyunxingzhongjiangdisudu
，diandongjidedongnengjiuhuizhuanhuaweidianneng，gaidiannengfankuihuibianpinqi，zaochengbianpinqineibuzhiliucedianyaguogao，yinqibianpinqibaohugongnengdongzuo
，zhishishebeitingzhigongzuo。zheyangyilai
，jiwufashixianzaiyunxingzhongduilixinjijinxingtiaosudeyaoqiu
，youhuiduibianpinqizaochengshanghai，suoduanbianpinqideshiyongshouming。suoyixuyaocaiyongshidangdecuoshijiangzhebufennengliangxiaohaodiaohuohuikuidaodianwang。yibanyoudianzuzhidong
、直流製動、PWM 整流等方式，我廠采用了電阻製動的方式。

電dian阻zu製zhi動dong是shi在zai直zhi流liu側ce安an裝zhuang製zhi動dong電dian阻zu。當dang電dian動dong機ji以yi發fa電dian機ji狀zhuang態tai運yun行xing，產chan生sheng再zai生sheng能neng量liang
，使shi變bian頻pin器qi內nei直zhi流liu中zhong間jian環huan節jie的de直zhi流liu電dian壓ya升sheng高gao，直zhi流liu電dian壓ya達da到dao使shi製zhi動dong單dan元yuan打da開kai的de狀zhuang態tai
，再zai生sheng製zhi動dong單dan元yuan的de功gong率lv開kai關guan導dao通tong
，電dian流liu流liu過guo製zhi動dong電dian阻zu，再zai生sheng能neng量liang以yi製zhi動dong電dian阻zu放fang出chu熱re量liang的de形xing式shi消xiao耗hao掉diao，使shi電dian機ji的de轉zhuan速su降jiang低di，直zhi流liu側ce的de電dian壓ya變bian低di。

而er直zhi流liu側ce的de電dian壓ya降jiang低di使shi製zhi動dong單dan元yuan的de功gong率lv開kai關guan關guan斷duan
，這zhe時shi沒mei有you電dian流liu流liu過guo製zhi動dong電dian阻zu。如ru果guo負fu荷he未wei停ting將jiang繼ji續xu累lei積ji能neng量liang
，直zhi流liu電dian壓ya再zai次ci升sheng高gao，當dang直zhi流liu側ce的de電dian壓ya高gao到dao使shi製zhi動dong單dan元yuan重zhong新xin動dong作zuo時shi，製zhi動dong單dan元yuan重zhong複fu以yi上shang開kai關guan過guo程cheng來lai平ping衡heng直zhi流liu電dian壓ya，使shi係xi統tong正zheng常chang運yun行xing。當dang再zai生sheng能neng量liang大da時shi，再zai生sheng製zhi動dong單dan元yuan的de開kai關guan頻pin率lv增zeng高gao，使shi製zhi動dong轉zhuan矩ju增zeng大da
，單dan位wei時shi間jian電dian能neng轉zhuan換huan為wei熱re能neng的de量liang增zeng大da。製zhi動dong電dian阻zu的de選xuan擇ze包bao括kuo對dui電dian阻zu的de阻zu值zhi和he電dian阻zu的de功gong率lv的de選xuan擇ze
，前qian者zhe決jue定ding製zhi動dong時shi流liu過guo電dian阻zu的de電dian流liu，後hou者zhe決jue定ding電dian阻zu容rong許xu的de發fa熱re量liang。由you於yu製zhi動dong電dian阻zu通tong常chang工gong作zuo在zai斷duan續xu工gong作zuo製zhi下xia，因yin此ci對dui電dian阻zu功gong率lv的de選xuan擇ze應ying考kao慮lv工gong作zuo時shi間jian。在zai選xuan擇ze製zhi動dong電dian阻zu的de阻zu值zhi和he功gong率lv時shi要yao對dui係xi統tong的de製zhi動dong能neng量liang進jin行xing仔zai細xi地di校xiao核he。

製動單元在係統中的連接位置如圖5所示。

考慮到連線分布，電阻阻值本身的分散性以及電阻的溫度分散性等因素，在選定電阻值時要留有餘量，一般情況選1.2倍
，即選用阻值=計算值*1.2。

要求放電電流值應小於變頻器的額定電流值
，因此有IP=VDC /選定阻值小於變頻器的額定輸出電流值。當考慮到過負荷的情況時
，需要留一些餘量。

當然要求的可靠性越高，餘量應該越大，通常情況下餘量係數為1.2~2倍。

綜上所述

，我們選用的製動電阻為40 贅，1 500W。

在離心機減速時，動能消耗在製動電阻上，變頻器內部不再產生過電壓，延長了變頻器的使用壽命。

d.主電源的幹擾和諧波
變頻器從電網吸取非正弦的電流
，這將增加輸入電流有效值。非正弦電流通過傅裏葉分析可以展開為不同頻率的正弦波，也即以50 Hz 為基頻的不同頻率的諧波電流。諧波不直接影響功率的消耗，但會增加係統的熱損耗，造成變壓器過載和電纜溫升。

有些諧波電流還會幹擾接在同一變壓器上的通信設備。選用有中間電路電感線圈的變頻器
，能夠抑製減小諧波電流，解決上述問題。

e.提高係統效率
 

如何才能提高效率呢？當變頻器的輸出波形越接近正弦波
，則係統效率越高。加入LC濾波器可以減少電壓的上升時間（dv/dt）抑製紋波電流，從而使電壓電流接近正弦。這樣不但提高了係統的效率
，還將減少電動機的聲頻噪聲。

f.電纜的選擇
頻率範圍為150 kHz~30 MHz的電子幹擾一般來自傳導。傳動係統中範圍為30 MHz~1 GHz 的空間輻射幹擾產生於逆變器，電機電纜及電動機。由於電動機電壓較高的dv/dt 以及電機電纜上的容性電流產生了漏電流，而且使用屏蔽的電機電纜也會增加漏電流，如圖6所示。

這是由於屏蔽電纜有較大的對地電容。如果漏電流未被濾掉，將導致在電網中產生5 MHz 以下射頻範圍內的較大幹擾。由於漏電流（I1）通過屏蔽層（I3）返fan回hui逆ni變bian器qi單dan元yuan，從cong而er可ke知zhi屏ping蔽bi電dian纜lan上shang產chan生sheng較jiao小xiao的de電dian磁ci場chang。屏ping蔽bi減jian少shao了le射she頻pin幹gan擾rao，增zeng加jia了le對dui主zhu電dian路lu的de低di頻pin幹gan擾rao，所suo以yi電dian機ji電dian纜lan必bi須xu與yu變bian頻pin器qi的de外wai殼ke相xiang連lian。

連接時要避免屏蔽端的尾部絞合
，這樣會增加高頻時的屏蔽阻抗，從而減小了屏蔽的效果，增加了漏電流I4。

如屏蔽電纜用於控製電纜或信號通信及製動裝置上，屏蔽兩端均應接外殼。然而這時有必要切斷屏蔽層以避免電流環流。

因上述原因，電動機的電力電纜一般采用普通電力電纜，截麵不應過大；控製電纜采用屏蔽電纜。

電纜的長度盡量縮短，以盡可能地減少變頻器對整個係統的幹擾。

變頻調速改造方案
變頻調速運行的主回路和控製電路
、參數設置及安裝環境敘述如下。

a.主回路及控製回路
youyuzheshiduijiushebeijinxinggaizao，suoyizaigaizaozhongchongfenkaolvbingzhaogucaozuorenyuandecaozuoxiguan，baochiyuanyoudegongzuoshunxububian。genjucaozuorenyuandeshijixuyao
，zhongxinshejilezhuhuilujikongzhihuilu。yongdianweiqigeidingpinlv，kongzhidiandongjidezhuansu，shixianwujitiaosu。yongyizhuansubiaoxianshidiandongjideshijizhuansu
，geicaozuorenyuantigongkekaodecaozuoyiju。

原來的工作順序是：控製按鈕按下,PLC 發出運行信號,接觸器吸合,主機運行。

改造後順序是：控製按鈕按下,PLC 發出運行信號,接觸器常開觸點閉合,變頻器接收運行指令開始工作,主機運行。

為了節省投資
，我們最大限度地利用設備的原有電氣元件，改造後隻增加了必備的幾樣元件。

改造前的主回路如圖7所示。

改造後的主回路如圖8所示。

b.安裝環境
變bian頻pin器qi主zhu要yao由you各ge種zhong電dian子zi元yuan器qi件jian組zu成cheng
，它ta對dui於yu工gong作zuo環huan境jing的de要yao求qiu較jiao高gao，當dang環huan境jing溫wen度du超chao過guo它ta的de最zui高gao工gong作zuo溫wen度du時shi，變bian頻pin器qi必bi然ran會hui降jiang低di其qi持chi續xu電dian流liu輸shu出chu的de額e定ding值zhi，如ru圖tu9所示。

因為離心機工作現場的環境較差，為了保證設備可靠運行，延長變頻器的使用壽命
，我們將變頻器安裝在遠離工作現場的地方。
 
c.參數設置
我廠采用V/f 方式調節控製變頻器

，當輸出
、輸入頻率比增大時，輸出電壓的畸變也將顯著增大。為了避免變頻器低頻輸出時電壓波形畸變
，引起電動機抖動
、發熱，損壞電動機，我們對輸出頻率進行了限製。將輸出頻率下限設置為9 Hz

，避免了上述情況的發生。

針對慣性較大的負荷，設置參數時可適當地延長減速時間
，也能在一定程度上抑製負荷反饋回電能，避免造成變頻器過電壓。

運行情況
改gai造zao前qian，離li心xin機ji每mei使shi用yong十shi多duo天tian就jiu需xu要yao檢jian修xiu，改gai造zao後hou可ke連lian續xu使shi用yong半ban年nian以yi上shang
，延yan長chang了le設she備bei使shi用yong壽shou命ming。而er且qie離li心xin機ji的de運yun轉zhuan速su度du能neng夠gou調tiao節jie到dao海hai綿mian銅tong固gu液ye分fen離li的de最zui佳jia狀zhuang態tai，海hai綿mian銅tong中zhong含han鎳nie量liang由you原yuan來lai的de5%~8%降低到3%~4%
，鎳金屬的回收增加一倍左右。我廠滿負荷生產時每年生產海綿銅8 百多t，其中含鎳約37 t
，由於鎳金屬的回收增加
，每年少損失鎳40%
，約15 t，按每噸鎳3萬元計算
，僅此一項節約的鎳金屬價值45萬元
，經濟效益十分明顯。