摘 要： 分離機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種,，本文將主要介紹ACS550變頻器在作為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的典型案例三足式離心機(jī)的應(yīng)用和作為多電機(jī)取得驅(qū)動(dòng)的典型案例臥螺離心機(jī)的應(yīng)用。
　　
關(guān)鍵詞： 變頻器 分離機(jī)械 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
　　
1,、前言

分離機(jī)械是將液體與固體顆?；旌衔镞M(jìn)行分離的設(shè)備，主要分為離心機(jī),、分離機(jī),、壓濾機(jī)、濾油器,、過(guò)濾器等設(shè)備,。分離機(jī)械一般是工藝流程中的后處理設(shè)備,，所以直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量,。從整體上看,，我國(guó)分離機(jī)械技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在較大差距,。主要表現(xiàn)在：分離機(jī)械品種、規(guī)格少,，不能完全滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要,，特別是分離物料粘度大,、精度細(xì)的機(jī)械,，效率高、生產(chǎn)能力大,、自動(dòng)化程度高的分離機(jī)械絕大多數(shù)依賴進(jìn)口；分離機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)研究落后,，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度慢；制造工藝落后,，生產(chǎn)效率低,，產(chǎn)品可靠性,、穩(wěn)定性較差，技術(shù)水平和自動(dòng)化水平較低,；配套設(shè)備和材料不能滿足分離機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，尤其是產(chǎn)品的質(zhì)量,、可靠性很不穩(wěn)定,。

從分離機(jī)械的發(fā)展來(lái)看，數(shù)字交流變頻器將替代原來(lái)的電磁調(diào)速,、直流調(diào)速,、液力偶合調(diào)速、多速電機(jī),，而逐步成為分離機(jī)械的主要驅(qū)動(dòng)裝置,。本文將介紹的是ABB公司的新品ACS550變頻器在分離機(jī)械的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
　　
ACS550是ABB公司最新推出的智能性變頻器,，該系列變頻器用于0.75KW～355KW低壓交流傳動(dòng),。它能精確地控制速度和轉(zhuǎn)矩，能匹配現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)鼠籠異步電動(dòng)機(jī),。ACS550具有三種控制方式,，即標(biāo)量V/F控制、無(wú)傳感器矢量控制,、轉(zhuǎn)矩控制,，所以該款變頻器不僅能夠適合于最簡(jiǎn)單的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也可以應(yīng)用在復(fù)雜的工作場(chǎng)合,。其可靠的過(guò)載能力設(shè)計(jì),，也可以同時(shí)滿足普通負(fù)載和重載工作。
　　
分離機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種,，本文將主要介紹ACS550變頻器在作為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的典型案例三足式離心機(jī)的應(yīng)用和作為多電機(jī)取得驅(qū)動(dòng)的典型案例臥螺離心機(jī)的應(yīng)用,。
　　
2,、變頻器在三足式離心機(jī)中的應(yīng)用
　　
三足式離心機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)物料的適應(yīng)性很強(qiáng),、應(yīng)用面最廣的立式離心機(jī),。分沉降型和過(guò)濾型兩大類。應(yīng)用最多的是過(guò)濾型三足式離心機(jī),。它即能適于分離粒徑僅為數(shù)微米的細(xì)顆粒,，也能用于成件物品的脫液。通過(guò)調(diào)整各操作工序的延續(xù)時(shí)間,，可用于分離過(guò)濾難易程度不同的各種懸浮液,，通過(guò)調(diào)節(jié)濾餅的洗滌時(shí)間，可以滿足不同的洗滌要求,。這種機(jī)型主要適用于中小型的生產(chǎn)規(guī)模,，但由于有上述很多長(zhǎng)處，所以廣泛應(yīng)用于制藥,、化工,、輕工、紡織,、食品,、機(jī)械制造等工業(yè)部門。
　　
在本應(yīng)用中,，變頻器驅(qū)動(dòng)的是離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓,，啟動(dòng)平穩(wěn)，分離因數(shù)可調(diào),；徹底克服了傳統(tǒng)直流碳刷式離心機(jī)噪音大,、故障率高、使用壽命短,、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等缺點(diǎn),，是重力沉降分離設(shè)備更新?lián)Q代產(chǎn)品。交流變頻離心機(jī)在減震系統(tǒng)和變頻電機(jī)等幾項(xiàng)重要指標(biāo)上具有鮮明的特色和獨(dú)創(chuàng)性,。常見(jiàn)的三足式離心機(jī)的單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率在3KW與55KW之間,，ACS550完全可以勝任。

圖一為ACS550變頻器的原理,，在其外圍線路中,，主要分三個(gè)部分：
　　（1）直流母線UDC+,、UDC－端接制動(dòng)單+,、—端,，然后根據(jù)不同的選擇（如回饋制動(dòng)接電網(wǎng)三相,、能耗制動(dòng)則接制動(dòng)電阻）,，Tk為制動(dòng)單元的內(nèi)部繼電器，當(dāng)本單元出現(xiàn)故障時(shí),，Tk動(dòng)作,，通過(guò)變頻器的端子DI4定義，瞬間封鎖U/V/W輸出,。
　?。?）控制回路輸入、輸出端子中,，采用宏9902＝5的定義
　　DI1：手動(dòng)/自動(dòng)起動(dòng)/ 停車 （ 手動(dòng)）: 得電起動(dòng)
　　DI2：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)（ 手動(dòng)）: 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)
　　DI3：EXT1/EXT2 選擇: 得電選擇自動(dòng)控制
　　DI4：運(yùn)行允許: 一旦斷開(kāi)變頻器將停車
　　DI5：正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)（ 自動(dòng)）: 得電轉(zhuǎn)向?yàn)榉崔D(zhuǎn)
　　DI6：起動(dòng)/ 停車 （ 自動(dòng)）: 得電起動(dòng)
　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V （ 手動(dòng)控制,，電位器、參考電壓 10 VDC ）
　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA （ 自動(dòng)控制,，參考信號(hào): 0…20 mA ）
　　AI1：外部速度給定 1: 0…10 V （ 手動(dòng)控制,，參考電壓 10 VDC ）
　　AI2：外部速度給定 2: 0…20 mA （ 自動(dòng)控制，參考信號(hào): 0…20 mA ）
　　RO2C/2B：繼電輸出2,， 可編程（默認(rèn)動(dòng)作：運(yùn)行）
　　RO3C/3B：繼電輸出3,， 可編程（默認(rèn)動(dòng)作：故障）
　　AO1：直流數(shù)顯儀（頻率或轉(zhuǎn)速指示）
離心機(jī)使用變頻器時(shí)，制動(dòng)方式應(yīng)優(yōu)先考慮向電網(wǎng)回饋能量的再生制動(dòng),，電能回饋制動(dòng)是將制動(dòng)的能量反饋回電網(wǎng)再利用,，從節(jié)能的角度來(lái)看，是一種最好的方式,，而且沒(méi)有熱量產(chǎn)生,，非常適合安裝在易燃場(chǎng)合（因?yàn)槟芎闹苿?dòng)會(huì)有大量熱量產(chǎn)生）。在不宜采用這種再生制動(dòng)裝置的地方,，如有電網(wǎng)諧波要求（因?yàn)橐话愕哪芰炕仞佒苿?dòng)單元諧波系數(shù)不盡理想）,，應(yīng)安裝足夠容量的制動(dòng)電阻器，并采取散熱措施,；當(dāng)然在非易燃場(chǎng)合,，從節(jié)省一次性安裝成本考慮，也大都采用能耗制動(dòng),。

一般的能耗制動(dòng)單元都具有如下的基本功能：

動(dòng)作電壓設(shè)定：通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)可以設(shè)定動(dòng)作電壓設(shè)定值660V或710V（進(jìn)線為380V級(jí)）,。
制動(dòng)使用率：通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)可以設(shè)定制動(dòng)單元的工作使用率，一般的能耗制動(dòng)單元默認(rèn)值為10％,，但由于系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)要求的不同,，可以設(shè)置不同的制動(dòng)率，最大到100％,。
（2）狀態(tài)結(jié)點(diǎn)
模塊異常：當(dāng)直流回路發(fā)生短路,、過(guò)載或IGBT模塊損壞時(shí)制動(dòng)單元報(bào)警，故障繼電器Tk動(dòng)作,。
散熱器過(guò)熱：制動(dòng)單元散熱器過(guò)熱報(bào)警,，故障繼電器Tk動(dòng)作,。
制動(dòng)單元運(yùn)行正常時(shí)，Tk閉合,，變頻器處于使能狀態(tài)可以正常工作,；遇故障動(dòng)作時(shí)，Tk打開(kāi),，通過(guò)對(duì)變頻器輸入端子DI4的定義,,，即可瞬間封鎖U/V/W輸出，起到保護(hù)作用,。
對(duì)于直接回饋制動(dòng),，目前已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品，但造價(jià)普遍高出能耗制動(dòng)的幾倍,。在實(shí)現(xiàn)變頻器的直流回路與進(jìn)線電網(wǎng)電源間的雙向能量傳遞,，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術(shù)：即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng),，它采用了電流追蹤型PWM整流器,，這樣就容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，且具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,。同時(shí),，這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控制交流側(cè)和直流側(cè)之間的無(wú)功和有功的交換。當(dāng)然不同的產(chǎn)品有不同的控制方式,，我們必須同時(shí)注意到功率因數(shù),、諧波分量、輸出相位等,。
　　
3,、ABB變頻器在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用
　　
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)）廣泛應(yīng)用于石油、化工,、冶金,、醫(yī)藥、食品,、輕工等部門,。即可用于固體脫水和分級(jí)，也可用于液體的澄清,，在離心機(jī)領(lǐng)域占有重要地位,。由于這種離心機(jī)具有單機(jī)處理能力大、操作方便,、能連續(xù)自動(dòng)操作,、勞動(dòng)強(qiáng)度低、占地面積少以及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，所以自五十年代以來(lái),，螺旋離心機(jī)在污泥脫水中得到廣泛應(yīng)用,，逐漸取代其他脫水機(jī)械成為大型城市污水處理廠污泥脫水的首選設(shè)備。懸浮液通過(guò)在螺旋輸送器中心的進(jìn)料管進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓內(nèi),，由于離心力的作用，較重或較大的顆粒被拋向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁,，通過(guò)螺旋小端的噴射孔噴出轉(zhuǎn)鼓,，而較輕的固體顆粒及液相通過(guò)轉(zhuǎn)鼓大頭的溢流孔溢出轉(zhuǎn)鼓。懸浮液由一臺(tái)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的螺桿泵進(jìn)料,。
　　
從發(fā)展趨勢(shì)看,，臥螺的傳動(dòng)已經(jīng)從能耗嚴(yán)重的渦流制動(dòng)發(fā)展到目前最主流的雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動(dòng)。如圖二所示,，典型的臥螺離心機(jī)中有兩個(gè)傳動(dòng)軸：一個(gè)軸帶動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng),、另一軸帶動(dòng)筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者的轉(zhuǎn)速需要精確的配合,。變頻矢量控制針對(duì)不同液體濃度自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化,，高效可靠的完成離心分離過(guò)程。具體的分離控制功能則被集成在PLC離心機(jī)控制軟件中,。從接線方式看,，交流電網(wǎng)接到主變頻器的進(jìn)線端，兩變頻器的直流母線直接并聯(lián)輔機(jī)傳動(dòng)變頻器并不直接接駁進(jìn)線 380V,，這樣就可以方便而可靠地實(shí)現(xiàn)能量共享,。在正常運(yùn)行情況下，輔機(jī)都是處在發(fā)電狀態(tài),，主電機(jī)則是在電動(dòng)狀態(tài),，輔機(jī)發(fā)電導(dǎo)致母線電壓泵升，然后通過(guò)母線互聯(lián),，將泵升電壓消耗在主機(jī)上,，從而減少了從電網(wǎng)吸納的電能，起到了節(jié)能的作用,。
　　
在本方案中,，由于輔機(jī)傳動(dòng)電機(jī)需要的無(wú)功勵(lì)磁電流和副電機(jī)偶爾作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行（例如啟動(dòng)階段和加減速過(guò)渡過(guò)程）時(shí)的有功電流都要由主變頻器提供，因此,，選取主變頻器的功率時(shí)應(yīng)予以考慮進(jìn)線整流橋的容量,，必須保證通過(guò)電流為兩電機(jī)電動(dòng)電流之和。

本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,，不需要調(diào)試,，動(dòng)作可靠性極高。本離心機(jī)控制的特點(diǎn)：
（1）離心機(jī)速度的矢量控制方式保證了速度控制的正確性；
（2）可以使用公共直流母線,；
（3）速度差控制,，取消了編碼器，而采用開(kāi)環(huán)的無(wú)傳感器矢量控制可以解決昂貴的帶編碼器的反饋控制方案,；
（4）筒軸傳動(dòng)的負(fù)載補(bǔ)償,。
綜合看來(lái)，臥螺離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：
（1）節(jié)能：共母線雙電機(jī)雙變頻器驅(qū)動(dòng)在臥螺離心機(jī)上廣泛應(yīng)用,，即主,、副電機(jī)各用一臺(tái)普通變頻器驅(qū)動(dòng)，其直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔?，較好的解決了這個(gè)問(wèn)題,在能源日益緊缺的今天,有特別重要的意義?，F(xiàn)代離心機(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的速差可以根據(jù)進(jìn)料的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速相對(duì)于渦流制動(dòng)和液力耦合制動(dòng)來(lái)說(shuō)對(duì)電能的利用率高,，在耗能方面比較節(jié)省,。
（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程從PID調(diào)節(jié)器的數(shù)分鐘減小為變頻無(wú)傳感器矢量控制的數(shù)秒鐘，速差調(diào)節(jié)精確（甚至可以達(dá)到±0.05轉(zhuǎn)/分）,，從而大大提高了卸料物中干物質(zhì)含量（以處理污泥而言在2%左右）,。
（3）轉(zhuǎn)矩控制功能：利用ACS550的轉(zhuǎn)矩控制可以非常容易實(shí)現(xiàn)速度與轉(zhuǎn)矩切換，并處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積,，從而提高工作效率,。采用ACS550的離心機(jī)其有效扭矩更大，最小持續(xù)扭矩為5,000Nm,，瞬間負(fù)載扭矩可達(dá)27,000Nm,。

　　
4、結(jié)束語(yǔ)
　　
本文從常用的兩種分離機(jī)械設(shè)備的變頻使用情況出發(fā),，闡述了ACS550變頻器的具體應(yīng)用原理,。根據(jù)我國(guó)分離機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)看，變頻調(diào)速的離心機(jī)將會(huì)有更廣闊的市場(chǎng),。