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欧科变频器在料斗提升机上的应用
作者：龙文辉 一、 前言 随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械化水平的不断提高，对混泥土搅拌站的工作效率和整个机械自动化技术水平的要求越来越高。普通的提升机一般采用接触器-继电器控制方式，星三角启动和机械抱闸强制制动，启动制动冲击大，对机械结构和机构的损坏大，电气元件的触点也容易烧坏，影响施工速度和施工企业的效益。 提升机采用变频器调速有诸多优点，零速抱闸，对制动器无磨损，无级调速，任意低的就位...
作者：龙文辉
随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械化水平的不断提高，对混泥土搅拌站的工作效率和整个机械自动化技术水平的要求越来越高。普通的提升机一般采用接触器-继电器控制方式，星三角启动和机械抱闸强制制动，启动制动冲击大，对机械结构和机构的损坏大，电气元件的触点也容易烧坏，影响施工速度和施工企业的效益。
提升机采用变频器调速有诸多优点，零速抱闸，对制动器无磨损，无级调速，任意低的就位速度，速度响应快，速度过渡平滑，对机构和结构件无冲击，提高提升机的安全性和工作效率，节能的调速方式，减少系统运行的能耗。
二、&混泥土搅拌站的整体机构
1-料斗；2-提升机卷筒传动系统；3-卸料槽；4-储料器；5-配料器；6-集料漏斗；7-输送水泥的运输系统；8-水泥运输车；9-量水器；10-搅拌机；11-熟料斗；12-搅拌运输车
二、&现场混泥土搅拌站控制系统界面
三、&混泥土搅拌站控制系统构成
整个系统由配料系统，料斗提升系统，水泥、水和添加剂配比系统，搅拌系统，下料系统组成，通过把前端传感器、感应器采集位移、重量等信号转化成开关量信号、模拟量信号给PLC，PLC与PC机进行通讯连接，接收PC下达的任务指令，通过程序运算，PLC经过处理后再通过输出口，控制相应的电气元件（包括中间继电器、接触器、电磁阀等）进行动作，完成指令。
1.配料系统：由两个大箱组成，上面一个大箱分隔成3块，一块放大石，一块放瓜子片石头，一块放黄沙。下面那个大箱体用于接收上面三个小箱体放下的料，以便于集中给料斗放料。
2.料斗提升系统：由料斗，料斗行走轨道，电机，减速箱，卷筒、钢丝绳以及相关传动结构，制动结构。通过光电开关来采集位移量，从而让PLC控制变频器来控制电机的速度以及启停。控制料斗上升下降，料斗门打开还有停留时间是通过PC机设定来控制。
3.水泥、水和添加剂配比系统：主要由几个储料箱组成，还有重量感应器、阀门。通过PC机输入数据，控制储物箱下放多少水泥、水以及添加剂。
4.搅拌系统：通过2个相对运动的搅拌螺杆进行搅拌动作
5.下料系统：由几个启动阀门控制下料的位置，有3个位置，也可以三个位置一起下料，就看运输车的种类以及停放位置。
四、变频器在料斗提升系统中的工作过程
首先经配料系统配好石料下放到料斗，下料门关闭，料斗开始上升（变频器开始启动0-30HZ），经过光电开关感应，速度切换，由开始慢速加速到快速（变频器段数切换，由30HZ切换到50HZ），匀速运行，到达上限位的减速位置（变频器50-30HZ减速），料斗减速，到达料斗停止位置，料斗停止（变频器30-0HZ），在轨道上有个挂钩，挂钩打开料斗门，料斗门打开，卸料，到达卸料时间后，料斗开始下降，料斗门关上，料斗逐渐加速下降，到达下限位减速位置，速度放慢，到达下限位停止位置，料斗停止（情况跟上升一样）。整个工作往复来回。
料斗重量1吨，石料有2吨，总共三吨左右，电机是18.5KW（客户说是18.5KW，装在最上方，本来想看一下，位置太不安全，没有路径，加上电机外壳上有厚厚一层水泥，无法搞到电机资料，变频器是37KW（客户要求的）
变频器控制电机，经减速箱传动结构，带动滚筒，滚筒上缠绕钢丝绳，钢丝绳牵引料斗在行走轨道上上升、下降。
提升机电机上升部分处于电动，下降过程就有再生能量产生，变频器接入一个制动单元和制动电阻，就可以满足料车下行时的再生制动，实现平稳的下行，还有一个电磁抱闸，用于静止时的制动，特别是料车停在轨道的斜坡上，而且变频器1HZ以下力矩输出太小，如果力矩不够，抱闸松开，容易遛钩，导致料斗拉动电机反转，进而导致故障，轻则报警，重则造成设备损坏。可以有两种方法，一种是通过FDT电平到达功能，还有一种就是修改频率下限，通过控制继电器开关来控制电磁抱闸的工作与停止，从而达到料斗不会产生遛钩故障。
五、&变频器工作原理
变频器通过多段速速度设置来控制速度，DI1、DI2为正反转，DI3、DI4为多段速。
参数设置如下：
P01.01=1,P01.03=4,P01.09=2.0，P01.11=5.0，P01.12=5.0，P02.01=2.0，P05.00=1，P05.09=2.0，P05.10=7.0，P05.11=10.0，P05.12=30.0，P05.13=50.0，P05.14=100.0，P06.00=2，P06.01=1，P06.02=12，P06.03=13,P11.00=60.0，P11.01=100.0，P11.02=90.0，P08.02=12
六、&现场数据
1.满载，启动开始电流最大60A，工作起来40A左右，在斜坡上，再启动大个5A左右的启动电流，如果从下限位停止位启动，电流不是很大，不超过55A，母线电压536V左右。
2.下降过程中母线电压一直保持在680V左右，制动单元工作了，电流30A左右。
3.上升过程时间是18-20秒左右，上限位停斗时间由PC机输入数据决定。
4.现场调试的时候，老是出现水泥、水和添加剂往搅拌机里面放完材料后，阀门不关闭，不能正常进行下一个动作。
七、现场图片
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变频器输出电线的绝缘电阻问题
今天去维修了一套变频器控制一台7.5kw的管中泵，水泵离控制柜400米左右。项目已使用半年。故障是（因传动问题引起的过流故障），
拆下控制柜内的电机接线端用兆欧测量（1000V DC），三相对地电阻均接近于0，然后到水泵端，断开连接电线再去测水泵的...
有没有可能是变频器本身的传动单元出了故障，把水泵电机损坏。但前一些时间都用得好好的！0-30HZ运行的时候，电流很大，30HZ时电流接近20A左右，7.5kw额定才15A的电流。三根线都是这样，运行是用万用表测量的！
我有更好的答案
400米传输距离，必须加输出滤波器+输出电抗器！
问题是原来没有加的时候为什么可以正常使用半年之久，然后突然出现水泵损坏，更坏水泵后依然无法使用，如果是会损坏水泵，那第二台好的水泵为什么启动不了，线路确定是没有什么问题？
变频器输出是一个pwm载频正弦波，含有很多高频分量，在长距离传输时受到寄生电容的影响，波形严重畸变。电机运转时，发热严重，绝缘降低，极易损坏。这一点在变频器说明中有明显提示！使用半年并不代表没问题，只是原来的水泵绝缘好一点而已，侥幸运转半年。线路应该没有其它问题。
今天更换电线过后，设备正常使用！
那也要注意，很多问题是不能忽视的。
水泵现在改为工频启动，在加上电抗器之前！
采纳率：82%
俺是做销售的，原理的部分不是特别清楚，给您提供两点建议：第一，在变频器输出端加装变频器输出滤波器+输出电抗器，变频器长距离传输的情况下，线路上会存在较大的分布电容，另外，就是可能会有较大的dv/dt。由于变频器本身输出的是PWM波，而非正弦波，再加上传输距离较长，线路压降较大，所以，会损害水泵的。第二，就是由于变频器输出的是非正弦波，所以，用普通的万用表，测量的变频器的输出电流，并不是准确的，建议用指针表，或者是福禄克等高端品牌的万用表去测量。前一段时间，我们也接手了一个CASE，丹佛斯的FC111系列变频器，15KW的，带一台潜水泵，运行了半个多月，就开始报接地故障，后来经检查发现，竟然把潜水泵烧毁了。后来，建议客户同时增加了变频器输出滤波器+变频器输出电抗器，到现在差不多有半年了，问题没有出现过。
问题是原来没有加的时候为什么可以正常使用半年之久，然后突然出现水泵损坏，更坏水泵后依然无法使用，如果是会损坏水泵，那第二台好的水泵为什么启动不了，线路确定是没有什么问题？
说明这台变频器的输出波形比较好，所以，才能使用半年左右。忘记说了，这台丹佛斯变频器也坏了，厂家给换了台新的
今天更换电线后，水泵能正常启动了，0-50HZ都没有问题，也没有出现报警。按说变频器说明书，输出电抗器以后会加。我估计是因为电线的原因让变频器的出输产生问题，如果不换线，加个电抗器应该也可以启动。现在换了线不加电抗器也可以启动。
第二台水泵烧了吗？
运行不了，30HZ的时候报故障停机自动重新启动。依然如此
我的意思是，你可以用兆欧表摇摇电机的对地绝缘啊，，是否烧毁呢？变频器出线，如果两相绝缘不好，会形成短路。如果有一相绝缘不好，我感觉对设备和变频器都是没有啥损害的。
第二台泵没有烧，对地是400兆欧左右。我只是觉得红线的绝缘电阻太低了，漏电流太大。不接线的时候变频器可以正常的工作，0-50HZ启动。变频器说明书上说的明显大于，这个“明显”不好理解。感觉1.5兆欧没有“明显”大于1兆欧。
你可以尝试着用“转矩提升”这个功能。其实就是提高一下变频器的输出电压。
问题是原来没有加的时候为什么可以正常使用半年之久，然后突然出现水泵损坏，更坏水泵后依然无法使用，如果是会损坏水泵，那第二台好的水泵为什么启动不了，线路确定是没有什么问题？
变频器距离设备线路太长，所以才让你适当的增加“转矩提升”。变频器三相输出线路，因为与普通市电已经通过变频器进行了隔离，所以出现一相绝缘降低也是不影响的。至于你提的更换水泵以后，为什么其动不了，我也就答不上来了。。
今更换电线后，设备正常使用！变频器能用0启动到50HZ，并没有出现报警。但是电机的损坏和电线与输送电距离都有一定关系。
谢谢回复，这个帖子，我也学到很多。再次表示感谢！
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高压变频器设计原理
　　电机是工业生产中主要的耗电设备，高压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。
　2.几种常用高压变频器的主电路分析
　　(1)单元串联多重化电压源型
　　单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联，弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。但其存在以下缺点：
　　a) 使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只IGBT)，装 置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资成问题;
　　b)所需高压电缆太多，系统的内阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多;
　　c) 一个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的，造成电压、电流不平衡，从而谐波也相应的增大，勉强运行时终 究会导致电动机的损坏;
　　d)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出;
　　d)输出电压波 形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出;
　　e)由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;移相变压器中，6kV 三相6绕组&3(10kV时需12绕组&3)延边三角形接法，在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时，产生的内部环流，必将引起内阻的 增加和电流的损耗，也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低，也就影响了整个高压变频器的效率。这 种情况在越低于额定负荷运行时，越是显著。10kV时，变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%，但在轻负荷时，效率低于 90%。
　　(2)中性点钳位三电平PWM变频器
　　该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部 分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧必须配置输出LC滤波器才 能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响，只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态，但随着转速的下降，功率因数和效率都会相应降低。
　　多电平+多重化高压变频器。多电平+多重化高压变频器的本意是想解决高压IGBT的耐压有限的问题，但此种方式，不仅增加了系统的复杂性，而且降低了多重化冗余性能好和三电平结构简单的优点。因此此类变频器实际上并不可取。
　　此类型变频器的性能价格优势并不大，与其同时采用多电平和多重化两种技术，还不如采用前面提到的高压IGBT的多重化变频器或者三电平变频器。
　　(3)电流源型高压变频器
　　功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在线路中串联大电感，再将SCR(或GTO、 SGCT等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。
　　这种方式虽然使用功率器件少、易于控制电流，但是没有真正解决高压功率器 件的串联问题。因为即使功率器件出现故障，由于大电感的限流作用，di/dt受到限制，功率器件虽不易损坏，但带来的问题是对电网污染严重、功率因数低。并且电流源型高压变频器对电网电压及电机负载的变化敏感，无法做成真正的通用型产品。
　　电流源型高压变频器是最早的产品，但凡是电压型变频器到达的地方，它都被迫退出，因为在经济上、技术上，它都明显处于劣势。
　　3.IGBT直接串联的直接高压变频器
　　3.1 主电路简介
图1.IGBT直接串联高压变频
　　如图1所示，图中系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再通过 逆变器进行逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。
　　功率器件IGBT直接串联的二电平电压型 高压变频器是采用变频器已有的成熟技术，应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无输入输出变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%的高压调速系统。对于需要快速制动的场合，采用直流放电制动装置，如图2所示：
图2.具有直流放电制动装置的IGBT直接串联高压变频器主电路图
　　如果需要四象限运行，以及需要能量回馈的场合，或输入电源侧短路容量较小时，也可采用如图3所示的PWM整流电路，使输入 电流也真正实现完美正弦波。
图3.具备能量回馈和四象限运行的IGBT直接串联高压变频器主电路图
　　3.2 IGBT直接串联高压变频器25Hz、30Hz、40Hz、50Hz电压、电流输出波形及谐波图：
　3.3 核心关键技术
　　(1)高速功率器件的串联技术
　　根据查新，世界 各国均未生产出IGBT直接串联的高压变频器。原因正如一些权威人士所言:&IGBT是不能串联的。因为开关时间短，微秒级，很难保证所有管子串联同时开关。否则有的早开，所有的电压都来加在晚开的管子上，那么这个1200V的管子加上6000V，只能烧掉，一烧一串，不可能串联。&
　　(2) 正弦波技术
　　高压电机对变频器的输出电压波形有严格的要求，是业内人士都知道的常识。解决变频器输出电压波形，从两方面着手:一是优化 PWM波形;二是研制出特种滤波器。
　　过去一些人认为:&三电平的电压波形一定优于二电平，今后就是低压变 频器也应采用三电平。&，这种说法可能不太全面。三电平的总谐波含量可能低于二电平，但由于三电平的11次、13次谐波含量特别高，处理起来特别困难，而二电平只要波形优化得好，60次以下的谐波皆可大大降低。而对60次以上的谐波滤波自然容易得多。人们使用三电平是为避免器件串联的困难，不得已而为之。
　　(3) 抗共模电压技术
　　仅解决IGBT的串联，并不能甩掉输入变压器。原因在于共模电压的存在。在低压变频器领域，近年来发现的电机轴承损坏，共模电压就是影响之一，在高压变频器的领域中，共模电压更是必须解决的关键问题之一。共模电压(也叫零序电压)，是指电动机定子绕组的中心点和地之间的电压。
　　共模电压也是对外产生干扰的原因，特别是长线传输设备。无论是电流源还是电压源变频器产生共模电压是必然的。技术人员根据共模电压产生的机理，采取了&堵和疏&的办法将共模电压消灭在变频器内部。
　　由于采用了上述三项核心关键技术，使IGBT直接高 压变频器的效率达到98%以上。输出电压正弦化、共模电压最小化。适用于任何异步电机、同步电机，无需降容使用，几km的长线传输也无问题。对于传输距离 太长时应考虑线路电压补偿。如提高电压或增大导线截面等。
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