鋼軌刨床直流發(fā)電機(jī)組改全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的績(jī)效分析

1 前言

我公司道岔車(chē)間現(xiàn)有兩臺(tái)120KW鋼軌刨床，其電氣傳動(dòng)采用的是我國(guó)上世紀(jì)六十年代流行的交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)方案，運(yùn)行三十多年來(lái)，為工廠的發(fā)展也發(fā)揮了重要的作用，但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，老設(shè)備的占地面積大、電能浪費(fèi)嚴(yán)重、噪音大、備件不易等缺點(diǎn)日趨明顯。當(dāng)今大型龍門(mén)刨床成熟的直流傳動(dòng)方案是采用全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，它采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，從而使整個(gè)電控系統(tǒng)裝置不但體積小，而且高效、節(jié)能，運(yùn)行可靠性也大為提高。

2 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)改造方案

鑒于以上原因，我們?cè)?005年8月先對(duì)其中的1#鋼軌刨床進(jìn)行了改造，新改的電氣傳動(dòng)采用PLC（可編程邏輯控制器）控制的全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。電控系統(tǒng)的PLC選用日本OMRON公司的CPM2A型整體式PLC，它負(fù)責(zé)完成全數(shù)字直流調(diào)速裝置外圍的給定信號(hào)處理、機(jī)床按鈕站信號(hào)、各種限位信號(hào)和系統(tǒng)故障信號(hào)的邏輯控制與處理。全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速裝置選用英國(guó)歐陸公司的590+系列500A四象限邏輯無(wú)環(huán)流（可逆）全數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速裝置，它的內(nèi)部主電路是由兩組反并聯(lián)的三相全控晶閘管整流單元組成，兩者通過(guò)觸發(fā)脈沖邏輯互鎖構(gòu)成四象限邏輯無(wú)環(huán)流（可逆）直流調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。它所有的控制算法都由高速16位微處理器完成，以獲得優(yōu)越的動(dòng)態(tài)控制性能；自整定算法可自動(dòng)計(jì)算出電流環(huán)的P、I常數(shù)及電流斷續(xù)點(diǎn)，使系統(tǒng)獲得最佳動(dòng)態(tài)性能；其電流環(huán)的自適應(yīng)功能使系統(tǒng)變化較大時(shí)，也可獲得平穩(wěn)的速度響應(yīng)。此次改造調(diào)速系統(tǒng)采用光電編碼器構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋速度閉環(huán)控制，用以提高電氣調(diào)速系統(tǒng)的速度平穩(wěn)性、擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)速范圍、減小轉(zhuǎn)速靜差率。

3 新舊兩種調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

下面就新舊兩種調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能做以詳細(xì)比較。

3.1調(diào)速范圍

鋼軌刨床交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)方式（JF—F—D）采用電壓負(fù)反饋、電流正反饋控制方式，其調(diào)速范圍D≤20。全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速拖動(dòng)方式（KZ—D）采用光電編碼器做轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，其調(diào)速范圍D≤50。

3.2穩(wěn)態(tài)精度

JF—F—D系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度只能達(dá)到1%，而KZ—D系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度卻能達(dá)到0.1%（光電編碼器反饋）。

3.3 運(yùn)行可靠性

JF—F—D系統(tǒng)由于調(diào)整電阻多，采用的繼電器邏輯控制方式固有連接接點(diǎn)多，從而造成電路虛接的故障幾率很高。JF—F—D系統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)均有換向器和電刷，因電刷接觸不良造成的故障頗多。高速微處理器控制的KZ—D系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC）后，由于整個(gè)控制系統(tǒng)是適用于惡劣工業(yè)環(huán)境的工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)完成所有控制算法，所以整個(gè)電控系統(tǒng)比JF—F—D系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，原控制電路中的繼電器邏輯控制硬觸點(diǎn)代之以PLC的軟觸點(diǎn)，原主電路中的直流發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、啟動(dòng)電阻等代之以電路簡(jiǎn)練的全數(shù)字晶閘管整流裝置?？刂齐娐返暮?jiǎn)化、大電流接點(diǎn)的減少，必將進(jìn)一步提高鋼軌刨床電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

3.4 可維修性

JF—F—D系統(tǒng)可調(diào)電阻多，控制電機(jī)多，需調(diào)整的部位多，調(diào)試難度大，維修不易。高速微處理器控制的KZ—D系統(tǒng)采用全數(shù)字裝置，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)軟件靈活的優(yōu)勢(shì)，具有完善的數(shù)字控制和保護(hù)功能；數(shù)字控制調(diào)整點(diǎn)少，調(diào)試參數(shù)自整定，發(fā)生故障后有準(zhǔn)確的故障信息顯示，縮短了維修時(shí)間。

3.5 效率及設(shè)備體積

JF—F—D系統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)組效率僅能達(dá)到93%左右；其電氣傳動(dòng)系統(tǒng)除了電氣控制柜以外，還有占地面積達(dá)3平方米的直流發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、啟動(dòng)電阻箱等外圍設(shè)備，而且機(jī)組運(yùn)行噪音大。高速微處理器控制的KZ—D電氣傳動(dòng)系統(tǒng)效率高達(dá)98%以上；其全部控制裝置均安裝在原電氣控制柜內(nèi)，無(wú)其它外圍裝置，而且運(yùn)行無(wú)噪音。12米鋼軌刨床改造后操作人員反映，以前擾人的機(jī)組噪音沒(méi)有了，工作環(huán)境大為改善。

3.6 節(jié)能分析及投資效益

2005年8月27日，我們分別在已改造的1#鋼軌刨床和未改造的2#鋼軌刨床上各安裝了一臺(tái)三相四線有功電度表和一臺(tái)三相四線無(wú)功電度表進(jìn)行節(jié)電數(shù)據(jù)的采集。兩臺(tái)鋼軌刨床的班次安排和所加工產(chǎn)品均接近相同。2005年9月28日，時(shí)隔一月后記錄電度表讀數(shù)。已改造的1#鋼軌刨床月耗電：有功為 43×60（電流互感器變比）=2580KW?h，無(wú)功為120×60（電流互感器變比）=7200KVar?h; 未改造的2#鋼軌刨床月耗電：有功為 98×60（電流互感器變比）=5880KW?h，無(wú)功為398×60（電流互感器變比）=23880KVar?h。

由以上數(shù)據(jù)可知，采用全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的鋼軌刨床比采用直流發(fā)電機(jī)組電氣傳動(dòng)的鋼軌刨床平均月節(jié)電：有功為3300KW?h，無(wú)功為 16680KVar?h。有功節(jié)電的意義在于每年可直接節(jié)約電費(fèi)：3300（KW?h/月）×12（月）×0.5（元/ KW?h）=19800（元），按此估算就改造后直接節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)，此次改造的9.3萬(wàn)元投資就可5年完全回收。無(wú)功節(jié)電的意義在于降低車(chē)間供電母線的線路損耗，降低車(chē)間配電變壓器的二次電流，節(jié)約的無(wú)功電流可以出讓給電網(wǎng)中新安裝的設(shè)備，從而化解了新增設(shè)備后的車(chē)間配電變壓器增容問(wèn)題。由以上節(jié)電數(shù)據(jù)可以看出，鋼軌刨床改造后節(jié)約的無(wú)功遠(yuǎn)比有功大的多，無(wú)功節(jié)電給車(chē)間電網(wǎng)帶來(lái)的間接收益也是十分明顯的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，用PLC控制的全數(shù)字晶閘管可逆直流調(diào)速系統(tǒng)改造交磁擴(kuò)大機(jī)控制的直流發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，鋼軌刨床的調(diào)速范圍、穩(wěn)態(tài)精度、調(diào)速平滑性等技術(shù)指標(biāo)均有所提高，運(yùn)行可靠性有技術(shù)保證，可維修性較好，效率高而且占地面積小，無(wú)噪音運(yùn)行，投資回收期短，這是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、可行的設(shè)備節(jié)能改造方案。鋼軌刨床節(jié)能改造后，機(jī)床操作者認(rèn)為這項(xiàng)改造既有利于公司的節(jié)電和設(shè)備性能的提高，又有利于對(duì)操作者工作環(huán)境的改善，是一項(xiàng)利國(guó)利民的好事。

參考文獻(xiàn)：

EUROTHERM?590+Integrator Series DC Digital Drive Product Manual?HA466461U003?2003