用变频器对屡损电机的问题攻关
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作者:葛兴岩
摘 要：移动平台车是生产过程中常用的短途运输工具，普遍采用全压启动、可逆控制方式驱动电机运行。该控制方式存在电器元件易损，频繁启、停造成电机过流发热而加速绝缘老化，机械传动惯性冲击损坏的缺点。利用变频器先进的技术优势对传统控制方式进行改造，通过实际使用证明完全可以取代使用星角降压启动、自耦降压启动以及需要调速的各种设备。
关键词：渣翻车 电磁制动电机 参数设置 多段速
中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0093-03
2012年北营炼铁上马320t混铁车（鱼雷罐）项目，正式运行后出现渣翻车电机频繁损坏的现象。一个月内烧损电机10余台、次，甚至3天坏1台。为保证生产正常运行，维修人员在生产间隙对机械和电气线路反复排查，没有找到电机损坏的故障原因。经作业区上报到公司后，联系设备生产制造单位到现场对设备整体检查也没有找到具体原因。为确保生产顺行和避免更大的经济损失，公司决定抽调技术骨干成立攻关小组，组织对渣翻车屡损电机的问题进行技术攻关。
1 渣翻车电机频繁损坏原因的查找分析
设备的工作流程如下：鱼雷罐倒完铁水以后，内部残留炼铁后产生的物料需要定期排出，由在地下坑道运行的渣翻车接收物料。渣翻车接渣后，沿总长23m的轨道运行到出料口用吊车吊运处理。该渣翻车由宽2.358m、长5.19m的平台车和渣罐固件构成，平台车自重25t，载重63t以上，由电磁制动电机驱动减速机运行，电气部分是典型的全压直接启动可逆控制方式。电机工作原理如网上下载的图1所示，电机参数如表1所示。
电磁制动电机的直流圆盘制动器YB安装在电机非轴伸出端的端盖上，当电机接入电源工作时YB也同时通入直流电工作，YB电源由电机接线盒内的整流器（输入交流电压380V，输出直流电压170V）供给，由于电磁力的作用，电磁铁吸引衔铁移动并压缩弹簧，制动盘与衔铁端盖脱开，电机开始运转。当切断电源时，电磁铁失去磁吸力，弹簧推动衔铁压紧制动盘，在磨擦力矩作用下，电机立即停止运转。
根据测绘的电气原理图如图2所示：（原理叙述从略）检查电气元件及线路正常。
为查找故障重新更换电机后，运行渣翻车35s内走完18m轨道全程，没有机械卡阻和声音异常现象。根据机械部分给定技术数据：速比80，每分钟运行30m，测量渣翻车车轮轮径为φ840mm，根据已知条件：
i=80，V=30m/min，d=φ840mm
∵C=πd
∴C=3.14×840mm≈2.64m
∵V=m/s
∴V=18m÷35s≈0.514m/s
n2=18m÷2.64m÷35s×60s≈13.196 r/min
i=n1/n2=970r/min÷13.196r/min≈73.5 r/min
i=73.5<80
C-圆周长;V-线速度;i-总速比;r/min-转速;n1-电动机转速;n2-减速机输出转速。
通过上述计算证明渣翻车实际运行速度比技术给定速度快8%，机械部分基本满足设备的运行要求。
攻关小组仔细观察岗位人员正常生产情况，发现鱼雷罐倾翻出渣时操作人员频繁点动SB3和SB5按鈕，接渣的渣罐车前后剧烈串动，监视电机工作电流的量程300A的电流表指针在超出量程极限位置大幅波动。
正常电机的启动电流应为额定电流的4～7倍，现场实际情况严重超出正常启动电流，而为了不影响正常的接渣生产，热继电器的保护触点已经人为短接。另外，渣翻车的平台车构件自重25t，渣罐自重22t，再加上15t左右的物料，电机每次都需驱动近60t以上的负荷。
经询问操作人员得知，渣翻车在接渣口位置反复移动对位来防止溅渣。而正反向频繁点动使电机处于交替全压直接启动和制动状态，过大电流使电机绝缘迅速老化直至烧损，是电磁制动电机损坏的根本原因。
2 采用变频器对设备进行改造的原理与实施
2.1 采用变频器对设备进行改造的原理
既然操作人员需要不断在接渣口位置移动渣翻车对位，就是在实际生产时需要的操作工艺要求，也说明原来的装备设计已经不符合生产现场的需求。在尽可能少变更现场设备的情况下，如何解决损坏电机的问题而又能满足操作工艺要求，正是攻关小组面临且必须解决的问题。由于电磁制动电动机工作在S1（连续工作制）下，通用变频器的软启动特性和调速功能，完全能满足其工作要求。
经主管部门调拨一台日本富士FRENIC5000G系列FRN15G11S-4CX通用变频器 。其主要技术数据如表2所示。
根据变频器使用原理，首先按预计使用要求设计绘制改造后的控制电路原理图如图3所示。
简述工作原理如下：主回路QF和控制回路QF1合闸，SB旋转复位。按下SB2接触器KM吸合，KM辅助触点KM-1吸合自保，变频器上电，同时KM辅助触点KM-2接通，电源指示灯HL点亮、表示变频器处于待机状态。
按下前进点动按钮SB4，变频器X7端子与变频器接点输入信号的公共端子CM形成回路，变频器以10Hz的低速驱动电机正向运行，同时变频器内继电器触点Y5A和Y5C闭合吸合HL1点亮，表示变频器处于运行状态。松开SB4，电机停止运行。按下后退点动按钮SB5，X8端子与CM形成回路，变频器以10Hz的低速驱动电机反向运行，同时变频器运行指示灯HL1点亮，松开SB5，电机停止运行。 SB4和SB5在电路中完成的就是点动运行的作用，SB6为故障复位按钮，起到和变频器控制面板一样的复位作用。自锁式主令开关SB3共分3档，低速挡（I挡20Hz）、中速档（II档35Hz）与高速档（III档50Hz），变频器正转端子FWD和反转端子REV与变频器接点输入信号的公共端子CM形成回路时为I挡，FWD与增命令端子X1和REV与减命令端子X2与CM形成回路时为II挡， FWD与X1和REV与X2加上多段速频率选择端子X3与CM形成回路时为III挡。
2.2 采用变频器对设备进行改造的实施
按照变频器使用手册的要求安装好变频器，首先拆掉电磁制动电机内的制动器的直流供电模块并锁紧制动器的手动释放机构，使电机处于自由旋转状态。将电机电源线接到主接触器KM下端;拆除KM1和KM2的主线和线圈连接线;拆除原3号线和SB3、SB4、SB5的连接线;将SB3更换成多档位主令开关;按设计原理图对变频器控制回路接线;经复检合格后，硬件安装工作结束。
因为变频器本身既有强电又有弱电，由硬件和软件组成，只有设置合适的参数才能让变频器发挥应有的作用。利用变频器无级调速特性在需要渣翻车对位时实现低频点动运行，渣翻车在轨道中段运行时选择多段速运行。
经上述改造试车运转正常、各项指标合格，圆满完成公司交予的任务。从查找故障到改造设备的整个过程中深深体会到各工种技术人员相互协调、配合的重要性，如果有软件方面的技术人员，在设备上安装个小型PLC（可编程逻辑控制器）控制变频器的运行，本次设备改造将更加完美。
3 结语
变频器是电气传动控制系统重要的组成部分，是电力电子技術、微电子技术和现代控制理论在交流变频调速领域的综合应用。随着变频器的普及和性价比的提高，如果你工作的范围有传统的星角降压启动、自耦降压启动以及需要调速的电路、并且故障频发，完全可以用变频器取代。
各品牌变频器在企事业单位的应用日益广泛，需要技术人员充分了解其在设备使用上的特点和运行状态，不但要使用和维护好，更要善于利用它对存在的老旧设备进行合理的改造和升级，让设备保持完好、保证生产顺行是提高经济效益的保障，也是广大维修技术人员的追求。
致谢：本文是在本钢工学院孟绍峰老师悉心指导下完成的。值此，向孟老师表示诚挚谢意！此次设备改造得到设备主管史守峰同志大力支持和帮助，一并表示衷心的感谢。
参考文献
[1] 张燕宾.常用变频器功能手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] 富士FRENIC5000G11S/P11S变频器操作说明书[Z].
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