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注塑机伺服节能改造

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节能改造关注问答
1、

用单片机产生矩形波经放大电路放大后驱动电机

采煤机再制造工艺实践工作为今后采煤机的再制造以及煤机装备的循环利用打下了坚实的基础。控制模块设计与分析,硬件控制模块设计采用N沟道MOS管IRF540驱动,该电路功耗小,驱动能力较好,成本较低,在PWM输出端与驱动端之间加入了光电耦合器,使控制电路与驱动电路隔离,有效保护了控制装置。

PWM输出模块PWM相对线性控制具有节能、易控制、提高电机运行效率的特点,采用PWM电路控制电机。用单片机产生矩形波,经放大电路放大后驱动电机。该方案优点是不需要另搭外围电路,通过编程即可改变输出矩形波占空比,从而控制电机。PWM产生及占空比控制,使用单片机产生PWM时,本文先后采用了两种方法,一种是编写延时由直接输出,另一种是使用定时器,通过周期延拓的方式输出PWM波。但是IO口直接输出的方式在控制占空比时不够精确,因此而采用键盘控制时,使用了外部中断来控制占空比。

使用了三个独立键盘,分别控制占空比增加、占空比减小以及特定占空比(45°时的占空比)。使用单片机、步进电机验证了单片机控制模式方案设计,采用的测试仪器有示波器、数字万用表、秒表等测试设备。测试结果表明当加占空比键按下后,转动角度值变大;减占空比键按下后,转动角度值值变小。实验证明占空比控制非常重要,也证明了PWM波的频率对响应速度有很大影响,同时验证了方案的可行性,为微量注射泵控制系统设计具有一定的参考价值。




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2、

变频调速产生谐波对拖动电动机的影响分析

我国《节约能源法》第39条规定:“将变频调速列入通用节能技术加以推广”。在工矿企业众多的电力拖动系统是采用异步电动机拖动的,在电力拖动系统的节能技术改造中,除了优化托动系统装置的设计外,还要大力推广应用变频调速技术对拖动电动机进行节能技术改造,从而实现异步电动机的节能运行。

在变频调速的电力拖动系统中,变频器属非线性设备,其运行中必然会产生高次谐波。当变频器向拖动电动机供电时,必然会将含有颇丰的高次谐波电流输入电动机,从而对电动机造成不利的影响。为此,在对电力拖动系统实施变频调速技术改造中,还应采取相对应措施,消除谐波带给电动机的不利影响。

1变频调速的优越性

1.1变频器的调速特性好

实现异步电动机的变频调速,是发明异步电动机百年以来人们翘首以待的“世界之梦”。通过科技人员的不懈努力。提高和完善,其调速工作特性毫不逊色,即与直流调速系统相比,某些方面还超过直流调速。由于频率本身是数字量,即可实现在不需外部反馈的情况下,就能获得很硬的机械特性。同时还具有调速精度高、平滑、性能稳定、维护简单,易于实现生产过程的自动控制等特点。

1.2变频调速拖动系统故障率低

异步电动机拖动系统,可在不更换原电动机条件下,实施变频调速技术改造,即在电动机与电源之间接入相对应型号变频器,就能获得最佳调速效果。其拖动系统的故障率低,是得益于异步电动机的结构简单,转子回路内的电力不需从外部接入,故而出现故障几率极少。

1.3变频调速拖动系统可实现软起动

异步电动机若采用全压直接起动,其起动电流可达额定电流的5-7倍,必将对拖动系统或电网造成不良的影响。而采用变频调速起动,其起动电流一般不会超过额定电流的1.5倍。同时起动平稳,无冲击,实现异步电动机真正意义上的软起动。

1.4变频调速会延长设备使用寿命

变频调速技术在风机、泵类负载中使用,不仅能按负载运行要求实现转速调节,而且起动过程中振动和机械噪音很小。变频调速用于一般生产机械的电力拖动中,在起动、停止、减速、加速等工况下,均不会产生振动和冲击,故而可延长设备使用寿命。

1.5变频调速在加减速时转矩平滑

变频调速技术应用于输送机的节能改造中,在运行过程中若负载需加速、减速时,具有性能良好的软起动效果,并达到转矩平滑。尤是重载工况下起动时,可提升输出转矩,这是普通起动器所无法达到的效果。

2变频器产生谐波对拖动电动机影响

异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便等优点,在工矿企业的电力拖动中得到广泛使用。对电力拖动系统的异步电动机实施变频调速技术改造,可在不更换原电动机条件下实现转速调节。但因变频器是非线性设备,运行中将会产生高次谐波,必将会对其拖动电动机造成不良影响,故而必须采取相应措施加以防范。

按常规设计的异步电动机,通常都是设计在额定频率和额定电压下工作的,只有在额定频率和电压下运行,才能保证电动机轴上的输出转矩,功率达到额定设计值。然而在变频调速工况下运行的异步电动机,因供电频率是个变量,故对电动机实际输出轴功率会有所影响。所以对不同工况下拖动电动机容量的选择,必须充分考虑这个影响因素。

通常使用的异步电动机,在额定功率和温升条件下运行,电动机的运行温度是不会超过设计值的。但在变频调速拖动系统中,由于输入电动机的电流含有颇丰的高次谐波,故而由谐波电流使电动机产生附加损耗。即使在额定频率下长期运行,由于谐波电流的影响也会造成输出转矩降低、效率下降、温升增高等异常等情况。异步电动机运行中,若是温升增高会导致线圈绝缘的挥发和降解加速,介电强度和体积电阻率下降,还可能造成线圈绝缘的炭化而丧失绝缘功能。

变频调速拖动系统中的异步电动机,因受高次谐波的影响,谐波电流所产生的磁场相对于转轴是高速旋转的,它所产生的轴电势比较高,可能会击穿轴承的油膜,使轴电流流过轴承而对轴承造成危害。

异步电动机的线圈间存在着分布电容,高次谐波电压输入时,各线圈之间的电压分担是不均匀的,往往会导致承担高电压线圈的绝缘老化加速,从而使首匝线圈成为绝缘损伤点。在变频调速拖动系统中,变频器输出电压的幅值为标准电压的3倍多,再加上变频器电压变化率(du/dt)很高,它所引起的振荡会使电动机应力变得更大,势必对线圈造成危害。

在开关频率很高的工况下,变频器和电动机之间连接电缆,若是长度过长时会产生驻波,将导致电动机端电压升高,致使电动机线圈承受端电压比电网电压高,这必然会加速线圈绝缘的老化,影响电动机使用寿命。

3变频器产生谐波的防范措施

3.1运用滤波技术消除谐波影响

为提高变频调速拖动系统中异步电动机的运行效率,必须运用谐波技术消除谐波影响。谐波器接在电动机输入端的,称为电动机端滤波;接在变频器输出端的,称为变频器输出滤波。电动机端滤波分为一阶RC串联型和一阶RC并联型两种滤波方式。变频器输出端滤波有四种结构:3.1.1LR并联型;3.1.2二阶RLC低通变频器输出端滤波;3.1.3改进型二阶RLC低通滤波,即把星型联接的阻容电路中性点与变频器直流母线中性点接在一起。该滤波器尺寸小、损耗少、成本较低、值得推广;3.1.4LC与RLC两级串联变频器输出滤波器。

3.2尽量缩短连接电缆长度

缩短变频器与电动机之间联接电缆的长度,为的是避免驻波产生而造成的影响。切勿将连接电缆过长部分盘成圈状放在变频器框内,这种处理方法欠佳,仍会造成谐波干扰。

其次,可在变频器进线电缆端套上约1.5~2m的金属蛇皮管,管皮外壳良好接地,这也是抑制谐波干扰的措施。此外,还可将变频器控制线屏蔽,并做好屏蔽层的良好接地,这也能防止谐波干扰。

3.3变频器和电动机的选用

在实施变频调速技术改造时,为提高电力拖动系统的运行效率,应选用不易输出高反射电压的变频器。若有更换拖动电动机,应选用专用变频器驱动的电动机。



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3、

三相异步电动机的基本结构

电动机(Motors)是把电能转换成机械能的设备,它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成,分布于各个用户处,电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。

(一)定子(静止部分)

1、定子铁心

作用:电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。

构造:定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁心的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。

定子铁心槽型有以下几种:

半闭口型槽:电动机的效率和功率因数较高,但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。

半开口型槽:可嵌放成型绕组,一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。

开口型槽:用以嵌放成型绕组,绝缘方法方便,主要用在高压电机中。

2、定子绕组

作用:是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。

构造:由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。

定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。

(1)对地绝缘:定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

(2)相间绝缘:各相定子绕组间的绝缘。

(3)匝间绝缘:每相定子绕组各线匝间的绝缘。

电动机接线盒内的接线:

电动机接线盒内都有一块接线板,三相绕组的六个线头排成上下两排,并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2),.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。

3、机座

作用:固定定子铁心与前后端盖以支撑转子,并起防护、散热等作用。

构造:机座通常为铸铁件,大型异步电动机机座一般用钢板焊成,微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积,防护式电机的机座两端端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。

(二)转子(旋转部分)

1、三相异步电动机的转子铁心:

作用:作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。

构造:所用材料与定子一样,由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上,大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

2、三相异步电动机的转子绕组

作用:切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。

构造:分为鼠笼式转子和绕线式转子。

(1)鼠笼式转子:转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组,对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为:阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种,起动转矩等特性各有不同。

(2)绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电刷与外电路联接。

特点:结构较复杂,故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件,用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能,故在要求一定范围内进行平滑调速的设备,如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

(三)三相异步电动机的其它附件

1、端盖:支撑作用。

2、轴承:连接转动部分与不动部分。

3、轴承端盖:保护轴承。

4、风扇:冷却电动机。

三相异步电动机型号字母表示的含义:

J——异步电动机;O——封闭;L——铝线缠组;

W——户外;Z——冶金起重;Q——高起动转轮;

D——多速;B——防爆;R一绕线式;

S——双鼠笼;K一—高速;H——高转差率。



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4、

电力拖动的虚拟实验技术探讨

随着社会经济的发展,以及人们素质的普遍提高,社会对人们的要求也日益提高。但是由于种种方面的限制,诸如资金的不足,实践活动的缺乏等种种因素,导致实际操作能力与创新能力缺乏。而虚拟实验技术的引用能够大大缓解以上种种因素的限制。具体到电力拖动的虚拟实验技术当中,MATLAB等软件的运用,成为了虚拟实验开发与创新技术培养的全新方式。

1虚拟实验

1.1概述

虚拟实验是在计算机仿真基础上发展起来的一项应用技术。利用计算机的强大功能可虚拟仿真实际的物理系统。众多计算机仿真软件的不断被研发出来,并应用于科研技术设计之中,做出了极为巨大的贡献。PISPCE和MATLAB是当今较为常见的计算机仿真软件,其中MATLAB是虚拟实验的主要开发软件。

1.2优势

在如今大多电机课程实验设备条件下,运用直流电机作为调速对象,仅仅只能开出直流调速系统实验。传统实验虽然拥有众多优势,但是劣势也显而易见,诸如体积巨大,维护繁琐,故障频出,购置需要大量资金等。同时在培养方面也具有巨大局限,如容纳人数的数量方面受到限制,对实验计划和方案制定会提出很高的要求,容错率很低,难以满足人才培养的需求。因此,由于传统实验存在的种种不足,衬托出了虚拟实验多种优势。基于计算机平台上的虚拟实验技术将以上劣势化为优势,对仪器和设备几乎没有需求,同时节省资金和空间。

2具体运用

通过在计算机外接设备上的点击与拖动,将虚拟的各种仪器,按实验的目标与步骤整合成一个完整实验系统的过程,就是虚拟实验。而实验条件的变动,数据的收集汇总,实验结果的分析归纳三个方面全部完成,才意味着整个实验的达成。本文以带有RLC滤波器的交流电机变频调速实验作为实例,实验中包括电机、电力电子、驱动控制三个方面,分析虚拟实验的强大作用,并与传统实验进行比较。

2.1模型的建立

将电压源型逆变器、电动机主回路以及RLC滤波器通过使用MATLAB中PSB库中的元件模型完成建立。一般出现超过功率变换电路的情况,并产生多环节控制,多信号反馈,多非线性环节的特征,说明控制电路规模较大,需要大量运用集成电路。但是,基于对电路的控制,其输入输出特性是我们研究所要了解的主要目标,而其内部的电压与电流则是可有可无的旁枝末节,导致无法使用虚拟实验来进行电路的控制。所以想要实现仿真的方式,可以通过SIMULINK数学函数进行SPWM的调制电路模型的驱动控制。而右图即为所示。

2.2模型参数的构建

通过鼠标对元件图标的点击,在出现的参数设置对话框输入诸如电机的额定电压、功率、频率、转动惯量和定转子数据等各种必要参数。通过滤波效果进行滤波器的RLC参数的设计与运算。在接收变频调速的恒压频比所产生的调制信号之后,通过SPWM调制和驱动模块内部函数的计算,再与设计的三角载波进行比较。

2.3设置仿真模型

设置仿真参数是在仿真模型开始之前必须完成的步骤。包括对开始与终止的时间、步长以及解电路运算方式等仿真类型和相对与绝对的误差等方面进行设置。较快模拟速度的得出需要使用如ode23tb、ode15s这样的刚性系统的参数运算方式。同时,MATLAB软件参数锁设定的虚拟时间与现实的时间并不一致,只是一种对于时间流逝的表现手段。若是缩小步长,则会造成采样点数的增加,使得现实中的执行时间变长。

2.4实验成果观测验证参数设计以及电路结构是否合理,是虚拟实验的主要目标。而上述实验能够经过观测器观测电机速度的变化方式与电压的波形,并依靠给定频率的大小,在进行理论的分析之后,对结果的正确性进行判断。而下面两图中的前者是电机转速的变化图,后者则是在固定的载波频率与固定的调制频率之下的逆变器输出线电压幅度频谱。两张图示将谐波各次的大小、总谐波的有效值和基波有效值三个方面十分明了的展示出来。由于电机的运行效率和机器寿命受到谐波的影响,因此,为了减少电机受高次谐波损害,将RLC滤波器安装于电机与逆变器的中间成为了有效的解决方法。总谐波畸变率在经过RLC参数的设计与电机端电压频谱的观测之后可以保持在10%之下。

2.5实验结果总结

由上面的实验可以得知,作为旋转机械的电机设备,作为是大功率电力开关的逆变器设备等传统实验设备,存在损耗高、构建繁琐、危险性强、价格昂贵等种种弊端。因而既可以对已有系统展开研究又能对处于构想中的设备进行探索,虚拟实验展现了极为显着的优越性。比如上述实验中,在模型库中虽然并不存在满足观测要求的频谱分析仪,但是在运用MATLAB函数展开构建之后,使不可能成为了可能。而虚拟实验的自定义、自主性强的特点,成为了其另一个巨大的优势。同时,虚拟实验具有良好的通用性、与其他系统开展数据交换的便利性以及升级与扩展的成长性,使其在实验数据的分析处理方面显得极为高效迅速。

3结束语

虚拟实验的优越性,通过上文的分析与具体的实验体现的淋漓尽致。但是,十全十美的系统终归是不存在的,虚拟实验尽管在各个方面上都具有显着的优势,然而也无法取代传统实验。建立极为准确的数学模型,始终是虚拟实验仿真技术中的一个难关,各种限制会使之与实际情况产生差异,这也是传统实验存在的必要性体现。因此,只有现实实验与虚拟实验相互配合,才会使电力拖动等电子电路设计技术得以真正的进步与发展。



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5、

同步电动机的电力拖动原理

由于同步电动机在稳定运行时,其转速等于同步转速,虽然同步电动机的机械特性较为简单,但由于同步电动机仅在同步转速下才能产生恒定的同步电磁转矩,不能采取直接起动的方法,而必须采取专门的方法来起动。

1、同步电动机的起动

同步电动机在正常运行时,转子恒以同步转速旋转,使旋转的转子磁场与定子因电磁作用而产生的旋转磁场保持相对静止,使得同步电动机产生稳定的电磁转矩,故同步电动机能够带动负载稳定地并恒以同步速度运行。但是要利用这两个定、转子磁场之间的作用使电动机在50Hz的交流电源下从静止状态起动起来却是非常困难的。

如果三相定子绕组接人三相对称电源时,所建立的定子磁场N极正好擦过巳励磁的转子磁极的S极面,由于异性磁极的吸引作用,定子磁场力图将静止的转子吸着与它一同旋转。但由于转子有着相当大的机械惯性,当转子尚未来得及向前转动时,定子磁场的N极已转到了转子D极的后面。它又力图将转子拉向倒退。在转子仍未反应过来时,定子磁场的"极又转到了转子S极的前方,苒度要将转子向前拉……如此反复,致使转子只能在原处摆动而旋转不起来。因此不能在额定电源下直接起动是同步电动机的主要缺点之一。为了使同步电动机得以起动,目前可采用的方法主要有三种。

1.1辅助电动机起动

选用一台和同步电动机极数相同的异步电动机作为辅助电动机来牵引同步电动机。起动时在同步电动机转子尚未加入励磁的情况下,先用辅助电动机将转子牵引到接近同步转速,然后采用自整步法,在同步电动机转子励磁绕组中通入直流励磁电流,再利用整步转矩将同步电动机接入电网,这时在定、转子磁场的共同作用下将转子拉入同步运行。此时辅助电动机巳失去作用,为减小不必要的损耗,可切断辅助电动机电源使它与主机脱离并停止运行。该方法只适用于空载起动或同步调相机的起动,其所需设备多、操作复杂。

1.2异步起动

现代大多数同步电动机,在其转子上都装有类似异步电动机的笼型绕组(称为起动绕组或阻尼绕组)。在定子接通电源后,起动绕组中便能产生异步电磁转矩起动电动机,等转速接近同步转速时,再通入励磁电流,利用同步电磁转矩将电动机牵入同步转速。这种起动方法是目前同步电动机最常用的起动方法。

异步起动时,励磁绕组不能开路,否则由于励磁绕组匝数很多,定子旋转磁场将在励磁绕组内感应很高的电压,可能会击穿励磁绕组的匝间绝缘,甚至造成人身事故。异步起动时,励磁绕组也不能直接短路。如果直接短路,励磁绕组中将感生一个很大单相电流,此单相电流与旋转气隙磁场相互作用,将产生一个较大附加转矩(单轴转矩〉。因为异步起动时实际的起动转矩是起动绕组产生的异步转矩和单轴转矩之和(两者合成〉。通常选用一个阻值为励磁绕组本身阻值10倍左右的起动电阻与转子励磁绕组串接,以减小励磁绕组中的感应电流,削弱单轴转矩对起动的影响。

2、同步电动机的变频调速

同步电动机是以其转速"与供电电源频率力之间保持严格同步关系而命名的,即只要电源频率保持不变,同步电动机的转速就恒定不变而与负载大小无关。因此要改变同步电动机的转速,只有通过改变其供电电源的频率来达到,即采用变频调速的方法。

2.1他控式同步电动机变频调速系统

他控式同步电动机变频调速系统中的变频装置可以采用交-直-交变频器,也可采用交-交变频器。该系统结构简单,控制方便,只需一台变频器供电,成本低廉。可作为变频起动装置,实现同步电动机的软起动;也可用于多台同步电动机的群调速系统。但由于没有转速反馈,他控式变频调速方法虽然可以实现同步电动机的转速调节,但就像同步电动机接在工频电网上一样,存在转子振荡和失步的隐患,这是他控式同步电动机

2.2自控式同步电动机变频调速系统

与他控式同步电动机变频调速相比,自控式同步电动机变频调速的最大特点就是从根本上消除了同步电动机转子振荡和失步的隐患。因为自控式同步电动机变频调速系统在电动机轴端装有一台转子位置检测器,由它发出的信号控制给定子供电的变频装置电力电子器件的导通顺序和频率,使定子旋转磁场的转速和转子旋转的转速相等,始终保持同步,因此不会因负载冲击等造成失步现象。这种调速方式适用于快速可逆运行和负载变化剧烈的场合。

自控式同步电动机变频调速系统中的变频装置,可采用交-直-交型,也可采用交-交型。自控式同步电动机变频调速系统中的同步电动机,从电机结构上看,它是交流的,但从其工作原理上看,就像是一台直流电动机。它采用电力电子逆变器和转子位置检测器,代替了容易产生火花的旋转接触式换向器,即用电子换向取代机械换向。因此自控式同步电动机变频调速系统又称为无换向器电动机的调速系统。自控式变频同步电动机也称为无换向器电动机。根据调速系统所采用的变频装置不同,无换向器电动机可分为交流和直流两类。采用交-直-交变频装置时,其逆变器由直流电源供电,故称为直流无换向器电动机;采用交-交变频装置时,其逆变器由交流电源供电,故称为交流无换向器电动机。

3、同步电动机的功率因数补偿应用

随着电力系统日益扩大,运行在系统上的主要负载是异步电动机与变压器。因此,电网就要担负很大一部分电感性的无功功率,导致整个电网的功率因数降低,使得线路损耗和压降增大,输电质量变坏,电力系统运行也很不经济。为此,就提出了提高电网功率因数的要求。而同步电动机在额定电压和额定频率下,在输出功率不变的条件下,改变励磁电流的大小,就可以改变流入同步电动机定子电流的性质。即正常励磁时,同步电动机的定子电流与定子电压同相位,相当于纯电阻性负载;当励磁电流比正常励磁电流大时(处于过励状态),同步电动机定子电流在相位上超前定子电压,相当于电阻电容性负载;当励磁电流小于正常励磁电流时(处于欠励状态),同步电动机定子电流在相位上滞后定子电压,相当于电阻电感性负载。因此,同步电动机接人电网,通过调节其励磁电流,能够起到改善电网总功率因数的作用。一些大生产企业为了提高电网的功率因数,常使用同步电动机来补偿电网的功率因数。



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6、

试论电力拖动自动控制系统

1引言

随着科技日新月异的发展,机械自动化程度与生产水平达到了前所未有的高度,在当前的工业生产领域中,电力拖动自动控制系统得到了广泛的应用。电力拖动自动控制系统的优势在于:一方面可以保障自身系统安全稳定运行;另一方面可以满足企业机械生产要求。电力拖动系统可以很好的对电动机、各类继电器等原件进行保护,进而减少系统运行过程中故障发生概率。因此,研究电力拖动自动控制系统,提升其自动化程度,增强其安全性,完善其功能,对于企业而言是至关重要的。

2电力拖动系统自动控制原理及其设计

2.1电力拖动系统自动控制原理

操作人员在电力拖动控制系统运行过程中可以得到电动机各信息的反馈,例如电流反馈等。在电力拖动控制系统中,电气设备是实现机械自动控制的核心器件。计算机系统在此过程中的主要作用是显示信息显示、运行连锁、安全保护等信息,同时其也是电力拖动系统自动控制实现的唯一途径。

在计算机系统中,操作人员可以利用计算机根据实际生产需求实行不同的自动控制方案。电力拖动自动控制主要是利用计算机完成逻辑计算、功能模块化、编程等工作,然后为操作人员提供独立于机械设备的仪器驱动程序,方便使用者可以较快的将程序与自己的系统进行对接测试,方便编程。虽然电力拖动自动控制系统的各项参数及要求的设定“因人而异”。但从系统的本质来讲,系统构成的基本原理还是殊途同归的,即以计算机为系统的集中控制中心,信号输入给计算机下达指令,信号输出执行指令。电力拖动自动控制系统计算机接收信号与输出信号的系统反应如图1所示。

2.2电力拖动自动控制系统方案的确定

在电力拖动自动控制设计方面,是否确定好方案与控制方式将会决定整个设计能否成功。如果宏观方案是正确切实可行的,那么生产设备各项指标达到要求的可能性才能得到保障。在设计时,即便出现某个控制环节设计的错误,也可以通过不断改进与测试达到要求,但如果宏观方案一开始就制定有问题,那么设计工作必须等到方案明确后重新开始。

学术领域认为,所谓电力拖动自动控制方案,其主要是依据不同的生产工艺要求,例如根据运动要求、加工效率、零部件加工精度等条件来决定电动机运行、类型、数量、传动方式等控制要求。最后将这些调研好的工艺要求与控制要求相结合,作为电气控制原理图设计电器原件选择的重要参考凭证。譬如说,在设计效率要求较高的加工机床时,拖动方式可以随机变化,如可以使用直流拖动,也可以使用集中拖动等。确定好拖动方案后,拖动电动机的数量以及各项参数也随之明了,控制方式的选择就是控制要求的选择。

2.3电力拖动系统自动控制电动机的选择

在确定好电力拖动系统设计方案后,需要根据实际需求对电动机的数量、规格及各项参数如额定转速、功率等进行选择与确定。笔者通过总结,归纳出电动机在选择方面应当遵循以下几点:

(1)电动机功率的选择应当与生产机械标准要求直接挂钩,要选择与其相匹配,能够拥有一定负载的电动机,这样,才能保证生产机械的正常运行。此外,在明确电动机功率时,还需对以下三大要素进行综合考虑:1)允许过载能力;2)启动能力;3)电动机发热。确决定电动机功率选择的核心条件是电动机容量,通常,电动机容量容易受外界环境影响,所以电动机额定功率的确定要进行多次校验确认。

(2)电动机采用直流还是交流电需要结合企业经济、技术等方面综合考量,笔者认为,通常情况,企业只需要选择操作简单,稳定性强、维护遍历、价格低廉的交流异步电动机即可。但如果所在企业生产机械功率大、调速范围广,则可以采用调速性能优质的直流电动机。

(3)电动机额定转速需要结合以下方面来选择,主要是看所在企业机械匹配的技术经济程度,如企业所需电动机需拥有较高的使用寿命,并较少使用,那么就需要结合企业经济、技术等多方面因素来选择;如果企业使用电动机频繁,那么该电动机额定转速就需要以电动机的动能储存量来选择。

(4)必须在供电电网电压基础上选择电动机额定电压各参数,必须保证两者一致。电动机机构形式要根据企业的作业环境进行选择。

总而言之,电动机数量、规格以及各项参数的选择应当根据企业的经济、技术、作业环境、使用需求等多方面综合考虑来选择,要保证所选择的电动机既能满足企业生产机械的实际需求,又能够保证其运行的可靠性与实惠。

2.4电力拖动设计中电器控制线路的设计

拖动方案与电动机的选择之后,其次是电器控制线路的设计。电器控制线路是整个电器选择与安装图设计的主要依据,通常,电器控制线路的设计方法是,根据所有部件不同的需求,根据控制线路的总体框架来细化局部线路,最后根据生产机械的实际需求与相互关联,将局部线路统筹规划到线路总体框架中,形成一个完整的控制线路。

设计前期调研:控制线路设计之初,设计者需要对企业生产工艺与机械实际需求进行调研。对于一般企业而言,控制线路仅需要满足下属三种功能即可:即制动、起动与反向。生产机械工艺较大的企业通常还需要平滑调速、安全预警功能等。另外,操作者能否对控制线路做出及时反应,能否进行操作等问题也都需要设计人员在设计前调研明白。

设计过程的掌控:控制线路能否稳定安全运行取决于控制线路工作是否安全与稳定,因此在选择设计元件时,应当采用性能良好、使用期限长、抗干扰能力强、安全可靠、稳定的继电器,同时在规划具体线路时,笔者认为,设计人员还需要注意以下几点内容:

(1)触头的设计,要保证所有电器触头必须全部正确对接。例如同一电器,如果将常闭与常开的辅助头放在一起,那么当将它们接在不同相的电源上时,很可能由于限位开关上的常开/闭触头产生电位差使得电路短路,如果线路没有良好的绝缘性,那么势必会造成电路短路事故。

(2)设计电器线圈联接时,要保证所有电器线圈正确联接。串联的两个电器线圈一般不能出现在交流控制电路中,即便串联的两个线圈的额定电压和等同于外加电压,也不允许非并联线圈连接。要实现接触器与接触器,接触器与线圈的同步,应当将所有线圈并联在电路中,使所有线圈承受相同的额定电压。

(3)设计后的控制机构,其后期维护与操作必须简单明了,在操作人员采用某种控制方式控制时,可以根据实际需求迅速、快捷的切换到其他控制方式,例如,在进行自动控制时,可以根据需求直接切换到手动控制,所有电控设备都需保证其后期运行的稳定性与维护的便利性,同时还需为其配置隔离电器,以便在仪器出现故障时进行抢修。

2.5电力拖动自动控制系统设计应遵循的原则

笔者通过总结,归纳出当前电力拖动自动控制系统在设计时应当遵循的原则:

(1)经济简单化原则。企业在选择电力拖动自动控制系统时,都想要低廉的价格换来可靠的电力拖动控制系统。因此在设计过程中,设计人员应当尽最大努力将系统不必要的电器与触头数量进行减少,线路设计应当最优化。

(2)稳定、安全、可靠性原则。在经济简单化原则基础上选择稳定性、可靠性、安全性较强的元件。

3电力拖动自动控制系统的安全防护

任何系统的出现都需要制定想匹配的安全防护措施,电力拖动自动控制系统亦是如此,一般情况下,电力拖动自动控制系统的安全防护分为两种:一种是计算机系统保护;另一种是电器保护。电器保护是最基本,也是必要的保护,其通常有过流保护、短路保护、欠压保护以及热保护。而计算机系统保护则是不可或缺的保护,它属于高级保护,主要是对确保系统运行、维稳等进行保护。笔者在下文将从以下几点对电力拖动自动控制系统的安全防护进行分析:

(1)短路保护:短路故障一般是因为电流短路而造成局部电气设备绝缘体过热损害,电流过大,容易造成强大的电磁脉冲进而产生电动应力,进而损害电力拖动自动控制系统或各种电器设备。

(2)过流保护:如果使用电动机不当,很容易使得电动机超负荷运作,这样会引起电动机局部过电流,一般的过电流能量是正常启动电动机电流的数倍,因此容易损害电动机及系统元器件。

(3)欠压保护:系统运行过程中,如果电源电压不能满足电动机正常运作的需求,容易造成系统因欠压而减缓电动机速率甚至同志运作,当负载矩不变时,可以适当的增加电源来提压。另外,欠压还会造成电气释放问题,进而影响系统所有器件的正常工作,情况严重时还会出现系统故障。所以,笔者认为,当电压达到电动机电压临界值时,可以采取切断电源措施来进行保护。

(4)热保护:任何元器件在经过长时间工作时都会出现过热现象,如果电动机绕组或长时间超载运行,那么势必会造成自身温度高于允许值,进而导致电动机出现故障,为避免过热损害,可以采用多个电动机相替换的方法进行热保护。

(5)安全链:安全链的保护主要涉及五个方面。1)欠压保护的控制;2)过流保护的控制;3)水压保护;4)油压保护;5)轴瓦温度保护。安全链是将上述五种保护串联在一起的保护,无论其中哪个环节出现问题,计算机都会直接将自动控制系统关闭。

(6)运行连锁和启动连锁的保护:当计算机接收到信号后,电力拖动自动控制的实现主要是通过计算机所配置的程序完成,该过程主要是预防系统运行时信号条件的消失或电动机缺乏条件启动的保护。

4结论

本文通过对电力拖动自动控制系统各方面的研究,提出了加强、完善系统设计与安全防护的意见,以期为设计者与使用者提供帮助。



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7、

浅析电力拖动系统稳定运行的充要条件

电力的拖动系统可实现机械生产各方面的不同需求,且价格不昂贵、电路设计简单、对自身系统有保护作用,所以当前工业生产对电力拖动应用已非常广泛。本篇文章简单分析了电力拖动系统稳定运行的充要条件,并且对他励直流电动机、异步电动机三种典型负载时系统的稳定性进行判断。

伴随自动化水平提升及科技的发展,在工业生产中对电力拖动系统的控制性、安全性得到了极大重视,再加上电力拖动系统的众多优点,因此电力拖动系统已得到了很广泛的运用。

1电力拖动系统

1.1稳定运行概念

(1)转速改变:假设原本是在工业生产中的运动,以相同的速度进行。当通过一些条件,如负载转矩变化,电源电压变化时,系统切换原来的转速(速度可能是变大或是变小),将原有平稳状态所打破。而在这一种情况下电力拖动系统会生产新的转速并且可以持续一段时间,然后通过新的转速带来新的稳定状态,并产生新的工业生产运行。这表明该系统的运行状态是非常稳定的。

(2)转速变回:可能是因为电源电压及负载转矩变化所带来的副作用消失,新的转速转变回原有的转速,电力拖动系统后又进行正常运行。这点也可说明电力推动系统是很稳定的。

(3)转速超限上升、下降:电源电压及负载转矩变化所带来的副作用消失之后,电力拖动系统的转速却超越正常限量的上升或是下降,则可证明该系统的运行存在不稳定的情况。

1.2工作原理

(1)方向的判断正方向判断:电动机在未有干扰和障碍的环境下,假设可以正常地旋转,即可认为方向为正方向。电磁转矩、转速所形成方向和电动机旋转一致为正向;反方向判断:电磁转矩、转速所形成方向和电动机旋转不一致为反向。

(2)控制情况:一般情况下是用电气设备控制。计算机对电力拖动系统控制运用的方法主要是靠逻辑运算、编写程序进行。

1.3负载机械性、过渡

(1)负载机械性分为:恒转矩、恒功率、风机泵类负载三种。在电动机上运用负载非常广泛的,为了可完善电力拖动系统,对负载了解就非常必要。第一,要知道恒转矩、恒功载、风机泵类负载以及负载方程式;第二,要了解负载曲线图,与所学过的动力学有机结合,对负载分析,分析其特性。

(2)过渡:过渡受外来因素影响(包括外部环境、人为等原因)负载转矩参数会发生变化,电力拖动系统稳定性会被打破。为了确保电力拖动系统稳定,要明确根据电动机机械性产生变化来确定过渡的运行情况。

1.4电动机

(1)电动机种类:a.安装方式:包括卧式、立式两种类型;b.防护方式:包括开放式、防护式、封闭式、防爆式四种类型。

(2)电动机工作:可用连续工作制进行表达,多数情况电动机工作形式与生产机械一致,从三方面选择(连续工作制、周期继续工作制、短期工作制)。

(3)电动机的选择:电动机好坏决定电力拖动系统的成功与否,因此对与电动机的选择要细心,既要考虑电动机自身性能和所工作的环境,还要考虑到价格等客观因素。电动机构造、机械能力、形式要完完全全根据生产要求进行,做到机械类别、负载条件、形式完全是吻合的,也只有满足了这些条件才可保证电动机质量合格及正常运行,才能让电力拖动系统发挥出最佳的效果及作用。在生产运行中会发现电动机容量同样也是重要的环节,在选择电动机时要非常重视。电动机工作时所要求的环境同样重要,环境温度要是渐渐升高并接近或达到规定温度值,就会造成电动机在运行时的机械散热作用及拖动负载作用不能发挥最大效果。

在选择电动机容量的时候需要正确判断额定功率值,但在现实环境的影响下,额定功率地计算并不容易,它要求我们要了解并掌握好电动机相关依据、理论,并且通过合理分析及试验。电动机额定转速是按照经济、技术、使用数据决定,例如:在一个电动机运行过程中制动、启动次数变少就可用技术、经济两方面对电动机进行选择,而一个电动机运行过程中启动、制动次数多时即可用储蓄量来对电动机进行选择。

1.5安全保护

电力拖动系统所无法忽视的问题:安全保护,可分为电器保护、计算机保护两个方面。电器保护是最为简单的也是最为基础的,又可成为短路保护、过流保护、热保护、欠电压保护等等。

(1)短路保护:为防止因电流短路造成一些绝缘电气设备受到机械上故障或损坏状况,或是制止电流所产生电动应力作用下,使电动机绕线、延伸电路绕线以及其他的零件、设备受到损坏和故障。

(2)热保护:防止因为电动机运行时间长、电动机运行超载时间过长所产生出来大量热量的问题,因为这一些热量让绕线温度超过所规定正常温度范围最后破坏电动机运行,或让电动机未能正常运行工作。

(3)过渡保护:防止电动机在运行前出现无法准确的启动,又或者是电动机在运行前负载过大所形成电流量会破坏传动机的零件,让电动机受到故障、损坏状况。

(4)欠电保护:防止电动机电源电压下降过低,让电动机运行过程中,转速也慢慢降低甚至是停止运行造成电气设备的损坏、电路受损、故障的情况。

2电力拖动系统稳定运行的充要条件

众多电力拖动、电机和拖动、电机学资料及参考书中均给出一结论:电力拖动系统稳定的充要条伯为在T=TL外,。可是对于这个条件几乎示有证明或解释。以下内容对此条件作一些简单的说明。

2.1必要性

T=TL此条件表明在同一Ton平面作出电力拖动系统中电动机的机械特点与生产机械负载转矩特点两条曲线一定要有交点,系统可会运行稳定。如果未有交点则系统不可能会稳定。

2.2充分性

微分可近似以微小增量进行表示,即电力拖动系统稳定运行的充分条件可以近似表示:T=TL处,。以下对此条件作出解释性的说明:

(1)当△n>0,即系统为加速,并且满足了的条件。同时在不等式两边乘上大于0的△n,不等号方向保持不变,有△T<△TL,即:T+△T

(2)当△n<0,即系统为减速,并且满足了的条件。同时在不等式两边乘上小于0的△n,不等号方向转变,有,即。也根据电力拖动系统运动方程式可知系统为加速,最后系统达到新平稳以及稳定运行。

2.3系统稳定性的分析

按照上面条件的进行判断他励立直流电动机拖动恒转矩负载情况,知道△n>0,△T<0,满足了的条件,系统那可以稳定的运行。通过此项内容可判定各类电力拖动系统是不是处于稳定的状态中。

3结束语

通过上述的分析,可得出以下结论:正常工作中的他励直流电动机带三种典型的系统都可稳定运行;异步电动机如果在机械特性的工作带三种典型负载中也可运行稳定,可是如果在机械特性的非工作段中只有泵类负载时系统才可稳定;如果是因为电枢反应去磁作用强,导致他励直流电动机机械特性上翘,三种典型负载系统都不能稳定运行。



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8、

《电力拖动控制线路与技能训练》实训中故障检测方法的分析

在《电力拖动控制线路与技能训练》的实习教学中,有相当多的学生在安装完控制线路后,对所接电路是否正确没有信心,不敢通电试车;当线路出现故障时又不知如何下手去处理。本文着重介绍电阻测量法、短接法这两种简单又安全的检测方法。

因电阻测量法断电操作,学生觉得安全;而短接法结果比较直观,所以这两种方法大受欢迎。下面就讨论这两种检测方法在《电力拖动控制线路与技能训练》实习教学中的应用。

一、电阻测量法

在实训中,不少学生在控制线路安装完后会立即想到通电试车,但又怕通电不成功而遭到同学的耻笑,心里很矛盾。此时如果能有合适的检测方法帮助他自检,不仅可以减少失败率,而且一旦成功,带给学生的会是更高的学习兴趣和自豪感,还能增强他们进一步学习的信心。因为此时电路没有通电,所以电阻测量法是最好的检测方法。

要想测量时思路清晰,学生首先要多识读电路图,会分析电路的控制原理,同时掌握基本的测量方法。下面以接触器联锁正反转控制线路为例来讲解,电路图如图1,接触器选择CJ10-20。

测量时通过按下按钮、接触器等元件来模拟控制元件的工作,根据各支路的通断,从万电表所指示的阻值变化来判断安装的线路是否正确。

1.安装前先测量各元件是否完好,坏的要修理好,修不好的要更换,同时要测量并记下所用交流接触器KM1、KM2线圈的直流电阻值,因为不同型号的接触器具体的阻值有较大差别,如常用的CJ10-20交流接触器线圈直流电阻约1800Ω。

2.万用表选用合适的档位,档位过大使示数太小、容易误判是短路,档位过小使示数很大、误判为开路,严重会影响到测量的准确性;一般选择×10Ω档或者×100Ω档。

3.用万用表电阻档测量熔断器FU1、FU2、FU3,应该是电阻为0Ω,若不导通,则更换熔体或重新拧紧熔断器的瓷帽直到导通良好。

4.在自检测量时把万用表的两根表笔分别接在控制电路的起点即FU2的U11、V11两点(或是FU2的出线点0、1两点),万用表的读数指示为∞(如果电阻为0Ω,则电路存在短路;如果电阻为1800Ω或900Ω,则有可能是自锁触头或启动按钮接错)。

(一)控制电路的检查(电路正常的万用表示数)

1.按钮功能检查

(1)正转控制检查

①按下启动按钮SB1→万用表指针读数指示约1800Ω(正转控制接触器KM1线圈回路接通)。

②同时按下停止按钮SB3→万用表指针读数指示∞(正转控制接触器KM1线圈回路被切断)。

③松开SB3,同时按下SB2→万用表指针读数指示约900Ω(KM1、KM2两个控制回路并联)。

④SB1、SB2、SB3同时按下→万用表指针读数指示∞(正、反转控制回路同时被切断)。

(2)反转控制检查

①按下启动按钮SB2→万用表指针读数指示约1800Ω(反转控制接触器KM2线圈回路接通)。

②同时按下停止按钮SB3→万用表指针读数指示∞(反转控制接触器KM2线圈回路被切断)。

③松开SB3,同时按下SB1→万用表指针读数指示约1000Ω(KM1、KM2两个控制回路并联)。

④SB1、SB2、SB3同时按下→万用表指针读数指示∞(正、反转控制回路同时被切断)。

2.自锁和互锁检查

(1)正转控制

①按下KM1触头支架→万用表指针读数指示约1800Ω(接触器KM1常开辅助触头3、4两点接通KM1线圈控制回路)。

②同时按下SB3→万用表指针读数指示约∞(接触器KM1线圈控制回路被切断),则自锁正常。

③松开SB3,同时按下KM2触头支架→万用表指针读数指示约∞(KM1线圈回路被KM2常闭辅助触头4、5两点切断,KM2线圈回路被KM1常闭辅助触头6、7两点切断),则互锁正常。

(2)反转控制

①按下KM2触头支架→万用表指针读数指示约1800Ω(接触器KM2常开辅助触头3、6两点接通KM2线圈控制回路)。

②同时按下SB3→万用表指针读数指示约∞(接触器KM2线圈控制回路被切断),则自锁正常。

③松开SB3,同时按下KM1触头支架→万用表指针读数指示约∞(KM2线圈回路被KM1常闭辅助触头6、7两点切断,KM1线圈回路被KM2常闭辅助触头4、5两点切断),则互锁正常。

(二)主电路的检查

主电路的检查一般是在控制电路检查完后进行,主要目的是为了检查主电路是否存在短路。在检查主电路时由于电动机每相绕组的直流电阻较小,一般在10Ω以下,电阻档应该选择×1Ω档。接上电动机后按各接触器的工作顺序按下接触器触头支架模拟接触器工作,同时用万用表测量总开关出线点U11、V11、W11两两间的电阻,电阻大小应该相等且为电动机任意两相间电阻。若电阻为零,说明主电路出现短路;如果电阻较大或∞,说明主电路存在接触不良或开路。

在电路图中,假设电动机M的绕组是Y形连接,每相绕组电阻为8Ω,测量步骤如下。

1.按下KM1触头支架,用万用表的两根表笔分别测量U11-V11、U11-W11、V11-W11间的电阻,读数应为16Ω。

2.按下KM2触头支架,用万用表的两根表笔分别测量U11-V11、U11-W11、V11-W11间的电阻,读数应为16Ω。

在此图中为了检查反转时KM2进、出线的U相W相是否换相,要同时按下KM1、KM2触头支架进行检查。U11-V11、V11-W11间的电阻,读数应为12Ω(此时U相绕组与W相绕组并联后跟V相绕组串联);U11-W11间电阻为零(由于反转时KM2出线端U相与W相要换相)。

经过测量后若电阻值符合以上规律,电路接线基本正确没有存在严重的故障(短路),通电成功率很高,同时学生在测量过程中也提高了分析判断电路的水平。最后要提醒,在接通电源后通电试车前应该用电压测量法测量各熔断器间的输出电压是否正常,若不正常要找出原因;当控制电路能正常控制后,一定要测量连接电动机的电源输出端子的电压是否正常,以免电动机通电时缺相。

二、短接检测法

所谓短接法,就是用一根绝缘良好的导线,把所怀疑的断路部位短接,如短接过程中电路被接通,就说明该处断路。这种方法需通电检测,是检查控制线路断路故障的一种简便、可靠的方法,实际操作中有局部短接法和长短接法两种方法。下面还以接触器联锁正反转控制线路为例来分析。

(一)检测方法

1.局部短接法

此法是一次只短接一个触头来检查控制线路断路故障的方法。

(1)正转控制电路的检测

合上电源开关,按下启动按钮SB1,若KM1不吸合,说明电路有故障。检查前,先用万用表测量1―0两点间的电压,若电压正常,可按下SB1不放,然后用一根绝缘良好的导线分别短接1―2,2―3,3―4,4―5各点间(注意绝对不能短接5―0两点,否则会造成电源短路),当短接到某两点时,接触器KM1动作吸合,即说明故障点在该两点之间。

(2)反转控制电路的检测

合上电源开关,按下启动按钮SB2,若KM2不吸合,说明电路有故障。可按下SB2不放,然后用一根绝缘良好的导线分别短接1―2,2―3,3―6,6―7(注意绝对不能短接7―0两点,否则会造成电源短路),当短接到某两点时,接触器KM2动作吸合,即说明故障点在该两点之间。

2.长短接法

此法是一次短接两个或两个以上触头来检查控制线路断路故障的方法。

以正转控制电路为例,当KH的常闭触头和SB3的常闭触头同时接触不良时,若用局部短接法短接1―2点,按下SB1,KM1仍不能吸合,则可能造成判断错误。而用长短接法将1―5两点短接,如果KM1吸合,则说明1―5这段电路上有断路故障,然后再用局部短接法逐段找出故障点。长短接法的另一个作用是可把故障范围缩小到一个较小的范围。例如,第一次先短接3―5两点,如果KM1不吸合,再短接1―3两点,KM1吸合,说明故障在1―3范围内。可见,长短接法和局部短接法结合使用,很快就能找出故障点。

(二)注意事项

因为短接法是带电检测,所以使用时必须注意以下几点。

1.一定要注意用电安全。

2.只适用于检查控制线路,不能在主电路中使用,且绝对不能短接负载,或压降较大的电器,如电阻、线圈、绕组等的断路故障,否则将发生短路现象。

3.对于生产机械的某些要害部位,必须在保证电气设备或机械部件不会出现事故的情况下,才能使用短接法。

在实际安装检修中,机床电气故障是多样的,各种检测方法可交叉使用,力求及时、熟练、迅速、准确、安全地找出故障点,并加以排除。



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9、

基于可靠性状态监控的电力拖动监理研究

电力拖动作为占据主导地位的动力系统,检修水平的高低直接控制着生产系统的运行水平,从而决定收益水平。通过对检修体制的分析和审视,以实例对比,分析检修体制监理方法,提出在线监测法,提高了电力拖动系统的可靠性。

拖动即指以各种原动机带动工作机械(负荷)产生并完成运动,电力拖动即以电力为原动力的拖动系统。在各产业中,电力拖动提供了90%以上的原动力,在生产流程中占据基础而重要的核心点位。EPRI(ElectricPowerResearchInstitute,美国电力研究协会)2011年的报告指出:全美电力拖动系统消耗了19%的总能源,57%的电力能源;制造业中电力拖动消耗了70%以上的电能;过程工业中电力拖动消耗的电能占90%以上。每年度成本核算中,附加消耗分布为停产损失93.6%,附加能量消耗3.1%,电力拖动寿命降低1.2%,常规消耗2.1%。状态检测新方法的提出,有益于进一步降低维护及衍射费用,提升生产效率。

1电力拖动系统设备检修体制衍射

1.1事后维修RM/BM

特点是:“任其损坏”Reactive(Break-Down)Maintenance。

优点体现在:不必投资在状态监测上,不会出现过度维修,适用于少数非重点设备。缺点为:无法预测事故停机,产生设备二次损坏及灾难性后果,生产损失,高额维修费用,管理失控。

1.2预防维修PM/TDM

要点在于“定期体检”PreventiveMaintenance。优点体现在维修以可控制的方式在方便的时间进行,减少意外事故,有效避免灾难性事故,可更好的控制备件,节约资金。缺点体现在状态良好的设备也被频繁检修(维修过盛),维修导致的损伤可能大于维修的益处,仍存在计划外故障停机,没有针对不同设备进行优化与寿命分析。

1.3预测维修PdM

预测维修即PredictiveMaintenance,要点在于“没有故障就不修”。优点在于:减少意外停机,仅在需要时购买和使用所需备件,只需在适当时候进行维修。缺点在于:监测仪器、系统、服务、人员花费,不能延长设备寿命。

1.4主动维修PAM

即ProactiveMaintenance,要点在于“查明根源,精确维修,一切基于可靠性”。优点在于:设备寿命延长,设备可靠性增加,更少的故障及二次损坏,停机时间减少,总维护费用降低。缺点在于:监测仪器、系统、服务、人员花费,要求特殊技能,需要更多时间进行分析,全体员工改变观念

2状态监测朝向

2.1当前状况分析

EPRI报告中指出:一个新的资产管理的平台提高生产能力,依靠运行在收支平衡之上,生产中断不可容忍,世界级的生产运营需要可靠性维护。对应的管理策略应为合理利用现有设备,增加生产速度提高质量,增加有效生产时间,降低成本。维修部门从单纯的维修,逐渐转变成为确保企业生产能力的高级职能单元,维修费用占企业生产总成本的4%到14%,维修费用所占比例大于企业利润率。故障停机异常昂贵,远远超过维修费用。

2.2状态监测的目的

保护系统(保障运行,避免事故造成二次损伤)——预知维修(提前预警,减少非计划停机事件)——故障诊断(指导维修进程,实施精密维修)——根源分析(有目的地提高设备可靠性)。

2.3案例分析

美国总统轮船公司2001年8月16日安装检修状态监控系统。2001年8月21日TC1轴承失效(已使用10,000小时)。在海上更换轴承,耽搁时间。二次损伤,造成叶片和迷宫密封损伤(价值$180,000)包括产量损失与人工费用。到达港口后,更换整个轴系,浪费时间。

同样在轮船公司的案例中,预测维修经济效益评估可知,VTR714轴承每套USD20,000to25,000;VTR714轴系每套USD120,000to150,000。已知更换轴承推荐时间为10,000小时(16个月),17条船,实行状态监测4年,轴承更换时间由10,000小时提高到20,000(有些轴承达到30,000小时)。总的价值体现为:17×3台涡轮增压器xUSD20,000=USD1,020,000,其中未计算节省时间与人工的效益及二次损伤费用

3RCM

RCM战略即StrategyforRCM,包括设计与改造、设备与备件采购、备品备件库存保养、安装调试、操作与日常保养、运行调度、维修维护。衍射流程为设备改造—提高运行寿命—状态监测日常维护保养—状态监测—有计划的停机—定期维修—备用策略—事后维修。

RCM手段(InstrumentforRCM)包括红外诊断静态/动态电气诊断、机械振动分析、激光对中/现场动平衡、润滑油品分析、超声诊断、腐蚀检测/探伤和实现静态检测、动态巡检、在线监控

RCM收益(BenefitfromRCM)主要有提高产量(2-40%),减少维修费用(7-60%),提高产品质量(重新回炉生产&废品率减少5-90%),延长设备寿命(>1-10xlifeextension),减少零配件库存(10-60%),增加库存周转率(upto75%),减少成品库存,降低能耗(5-15%),提升生产安全及环境保护。

4故障分布与测试

4.1故障分布

根据EPRI的报告:电力拖动故障的53%源于机械原因,如轴承故障、不平衡、松动等;47%源于电气原因;这其中,10%源于转子,如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等;37%源于定子绕组。阻抗不平衡导致的电力拖动系统效率的降低。阻抗不平衡导致功率因数的降低。阻抗不平衡导致电力拖动损耗。阻抗不平衡导致温度上升。附加的温升导致电力拖动系统寿命的降低。

4.2电气测试

静态电气测试SET包括:欧姆表/毫欧表、绝缘电阻计(DA/PI)、

高压绝缘测试仪、LCR测试仪、浪涌测试仪、静态电路分析(MCA)。

动态电气测试DET包括:电压表、安培表、功率表、数据采集器、电源质量分析仪、动态效率仪。

其他还有动态电信号分析(ESA)、动态机械测试DMT、红外分析、振动分析、超声诊断。

5电力拖动监测与管理系统的建立

维修策略的优化通过监控点的系统建立得以实现预知维修与监测进程,需要以下为电力拖动状态监测的时间间隔,以月为单位。台湾麦寮电厂拥有7台600MW火力发电力拖动组2台,12MW柴油发电力拖动组(备用)。实现的技术服务有SPMIntroduction(1998)、CMS用于涡轮增压机(1998)、便携式仪器A30-3(1999)、诊断服务(2001)。现在装备4台A30-3,整体监控点数7600点,远程监控2100点,“VCM+BMS”56点,“MG4toAMStoPRO46”软件72点。下一步装备6台Leonova,远程监控1445点,“MG4toAMStoPRO46”136点。通过系统的故障检点监测成形,有效地实现了检修管理技术的提升。

6结束语

电力拖动系统中检修水平的提升,除了依托于设备管理人员的技术水平外,通过在线检测方法,以先进的检测检修管理技术可以实现更加优化的资源配置和生产效率。



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