1 概述
我厂海绵铜处理工序中选用SGZ1000-N 型三足式全主动下部卸料离心机，进行海绵铜固液别离，该设备由主机、辅机、转鼓(以1 200 r/min滚动)等组成。传动体系状况如图1所示。
因为该离心机是通用设备，它的主机是Y160L-4 型沟通电动机，其转速坚持在1 460 r/min，因而不可防止地带来下述问题：
1)不能根据我厂工艺流程调理适宜的转速，物料的固液别离不能到达抱负的作用;
2)因为我厂的物料组成较为特别，以致离心机在发动和作业中轰动很大，因而使设备运用寿命大大缩短。
为此咱们选用变频器对离心机的电动机进行操控，成果使设备的运用寿命延伸了12 倍，金属收回率进步了1倍左右，仅一年节省的镍金属就价值45万元。该项改造很好地处理了本来设备中存在的问题，进步了出产功率和经济效益。
2 变频器的原理及相关设备的选用
2.1 变频器的根本原理
图2所示为变频器的根本构成。它的根本原理是用一种特定的方法对变频器中的晶闸管开关进行导通和关断，直接把输入的电压波形“大致”调制成所需频率的沟通波形。
变频器的操控方法大体有4 种：V/f操控，转差频率操控，矢量操控，直接转矩操控。我厂选用的变频器选用V/f 操控。
什么是V/f操控?它是在改动频率的一起操控变频器的输出电压，使电动机的磁通坚持必定，调速规模较宽，并且使电动机的功率、功率因数不下降。因为是操控电压与频率的比，所以称为V/f 操控。
为什么操控f就可以调整转速呢?异步电动机的同步转速由电源频率和电动机极对数决议，在改动频率时，电动机的同步转速跟着改动，当电动机负载作业时，电动机转子转速略低于电动机的同步转速，即存在滑差。滑差的巨细和电动机的负载巨细关系为
已然改动f 就可以调整电动机的转速，那么坚持V/f稳定操控有何意义?它与电动机正常作业又有什么关系呢?下面以异步电动机的T型等效电路(如图3所示)来进行阐明。
在电动机额外作业状况下，电动机定子电阻和漏抗的电压降较小，电动机的端电压和电动势近似持平。由式(2)可见，当电动机电源频率改变时，若电动机电压不跟着改动，那么电动机的磁通将会呈现饱满或欠励磁。例如当频率f下降时，若继续坚持电动机的端电压不变，即继续坚持电动机的感应电动势E 不变，那么，由式(2)可知，电动机的磁通椎将增大。因为电动机在规划时磁一般处于挨近饱满值，因而磁通的进一步增大将导致电动机呈现饱满现象。磁通呈现饱满后将会形成流过电动机的励磁电流很大，这将添加电动机的铜损耗和铁损耗。而当电动机呈现欠励磁时，将会影响电动机的输出转矩。因而，在改动电动机频率时应对电动机的电压或电动势进行操控，以坚持电动机的磁通稳定。显着，若在变频操控电动机时，能坚持V/f 为稳定，可以坚持磁通稳定。
因为对电动机的电势进行检测比较困难，考虑到在电动机正常作业时电压和电势近似持平，由式(2)和式(3)可知，经过操控V/f比必定可以坚持磁通稳定。所以变频器可完成软发动，使电动机逐步加快，削减了设备发动时的轰动。作业时为了在电动机中坚持稳定的磁通量，依照频率来调理外加电压的幅值，这就要求电压和频率的比值为一常数。但对实践电动机来说坚持“气隙”电压和频率之比为常数就需求以大于这一份额的数值来调理外加电压，以补偿定子电流在绕组串联阻抗上产生的电压降。因为该离心机在实践作业中的作业频率较高，一般在30~40 Hz之间，因而电压降实践只占电动机额外电压的很小的部分。负载改变引起外加电压幅值所需作的小量调理对电动机作业的实践影响不大，所以负荷在该段频率调理时的转矩功用较好。离心机V/f的曲线如图4所示。
这样经过变频器对设备作业速度的调理，使离心机到达平稳的作业状况，不光延伸了设备的运用寿命，并且使离心机的作业速度可以调理到物料固液别离的最佳状况，经济效益非常显着。
2.2 变频器选型
变频器选型须留意电压等级和最大容量两个参数。电压等级是根据运用单位的实践用电电压确认，如变频器电压等级选得过低会削减设备运用寿命，使变频器主动维护功用动作，导致设备不能正常作业。如变频器的电压等级选得过高，则相当于削减了变频器所带负荷的容量，很不经济，我厂电网电压长时刻作业在440~448 V之间，所以咱们选用电压等级为440 V的变频器。
设备厂家在选用电动机时，一般都考虑了短时过载等非常状况，留有必定的余量。因而变频器的容量只须与电动机的额外容量相匹配即可。
在运用的进程中，假如电动机实践负荷过小，存在大马拉小车的状况。所以从经济的视点考虑，可以依照实践作业时的电流巨细，挑选变频器的容量。
但此刻需求留意，假如电动机长时刻作业在总负荷容量的30%以下的时分，电动机的电抗随电动机的容量而不同，即便负荷相同，电动机容量越大其脉动电流值也越大，也就是说这时只考虑电动机电流是不行的，还需求考虑脉动电流的影响，负荷越轻，这部分的影响就越大。须加大变频器的容量，才干处理这方面的问题。
2.3 离心机负荷的特别性
因为离心类负荷惯性较大，一旦在作业中下降速度，电动机的动能就会转化为电能，该电能反应回变频器，形成变频器内部直流侧电压过高，引起变频器维护功用动作，致使设备停止作业。这样一来，既无法完成在作业中对离心机进行调速的要求，又会对变频器形成损伤，缩短变频器的运用寿命。所以需求选用恰当的办法将这部分能量耗费掉或回馈到电网。一般有电阻制动、直流制动、PWM 整流等方法，我厂选用了电阻制动的方法。
电阻制动是在直流侧设备制动电阻。当电动机以发电机状况作业，产生再生能量，使变频器内直流中心环节的直流电压升高，直流电压到达使制动单元翻开的状况，再生制动单元的功率开关导通，电流流过制动电阻，再生能量以制动电阻放出热量的方法耗费掉，使电机的转速下降，直流侧的电压变低。
而直流侧的电压下降使制动单元的功率开关关断，这时没有电流流过制动电阻。假如负荷未停将继续累积能量，直流电压再次升高，当直流侧的电压高到使制动单元从头动作时，制动单元重复以上开关进程来平衡直流电压，使体系正常作业。当再生能量大时，再生制动单元的开关频率增高，使制动转矩增大，单位时刻电能转换为热能的量增大。制动电阻的挑选包含对电阻的阻值和电阻的功率的挑选，前者决议制动时流过电阻的电流，后者决议电阻容许的发热量。因为制动电阻一般作业在断续作业制下，因而对电阻功率的挑选应考虑作业时刻。在挑选制动电阻的阻值和功率时要对体系的制动能量进行细心地校核。
制动单元在体系中的衔接方位如图5所示。
考虑到连线散布，电阻阻值自身的分散性以及电阻的温度分散性等要素，在选定电阻值时要留有余量，一般状况选1.2倍，即选用阻值=核算值伊1.2。
要求放电电流值应小于变频器的额外电流值，因而有IP=VDC /选定阻值小于变频器的额外输出电流值。当考虑到过负荷的状况时，需求留一些余量。
当然要求的牢靠性越高，余量应该越大，一般状况下余量系数为1.2~2倍。
综上所述，咱们选用的制动电阻为40 赘，1 500W。
在离心机减速时，动能耗费在制动电阻上，变频器内部不再产生过电压，延伸了变频器的运用寿命。
2.4 主电源的搅扰和谐波
变频器从电网汲取非正弦的电流，这将添加输入电流有效值。非正弦电流经过傅里叶剖析可以打开为不同频率的正弦波，也即以50 Hz 为基频的不同频率的谐波电流。谐波不直接影响功率的耗费，但会添加体系的热损耗，形成变压器过载和电缆温升。
有些谐波电流还会搅扰接在同一变压器上的通讯设备。选用有中心电路电感线圈的变频器，可以按捺减小谐波电流，处理上述问题。
2.5 进步体系功率
怎么才干进步功率呢?当变频器的输出波形越挨近正弦波，则体系功率越高。参加LC滤波器可以削减电压的上升时刻(dv/dt)按捺纹波电流，然后使电压电流挨近正弦。这样不光进步了体系的功率，还将削减电动机的声频噪声。
2.6 电缆的挑选
频率规模为150 kHz~30 MHz的电子搅扰一般来自传导。传动体系中规模为30 MHz~1 GHz 的空间辐射搅扰产生于逆变器，电机电缆及电动机。因为电动机电压较高的dv/dt 以及电机电缆上的容性电流产生了漏电流，并且运用屏蔽的电机电缆也会添加漏电流，如图6所示。
这是因为屏蔽电缆有较大的对地电容。假如漏电流未被滤掉，将导致在电网中产生5 MHz 以下射频规模内的较大搅扰。因为漏电流(I1)经过屏蔽层(I3)回来逆变器单元，然后可知屏蔽电缆上产生较小的电磁场。屏蔽削减了射频搅扰，添加了对主电路的低频搅扰，所以电机电缆有必要与变频器的外壳相连。
衔接时要防止屏蔽端的尾部绞合，这样会添加高频时的屏蔽阻抗，然后减小了屏蔽的作用，添加了漏电流I4。
如屏蔽电缆用于操控电缆或信号通讯及制动设备上，屏蔽两头均应接外壳。但是这时有必要堵截屏蔽层以防止电流环流。
因上述原因，电动机的电力电缆一般选用一般电力电缆，截面不该过大;操控电缆选用屏蔽电缆。
电缆的长度尽量缩短，以尽可能地削减变频器对整个体系的搅扰。
3 变频调速改造计划
变频调速作业的主回路和操控电路、参数设置及设备环境叙说如下。
3.1 主回路及操控回路
因为这是对旧设备进行改造，所以在改造中充分考虑并照料操作人员的操作习气，坚持原有的作业次序不变。根据操作人员的实践需求，从头规划了主回路及操控回路。用电位器给定频率，操控电动机的转速，完成无级调速。用一转速表显现电动机的实践转速，给操作人员供给牢靠的操作根据。
本来的作业次序是：
操控按钮按下寅PLC 宣布作业信号寅接触器吸合寅主机作业。
改造后次序是：
操控按钮按下寅PLC 宣布作业信号寅接触器常开触点闭合寅变频器接纳作业指令开端作业寅主机作业。
为了节省出资，咱们最大极限地运用设备的原有电气元件，改造后只添加了必备的几样元件。
改造前的主回路如图7所示。
改造后的主回路如图8所示。
3.2 设备环境
变频器主要由各种电子元器件组成，它关于作业环境的要求较高，当环境温度超越它的最高作业温度时，变频器必然会下降其继续电流输出的额外值，如图9所示。
因为离心机作业现场的环境较差，为了确保设备牢靠作业，延伸变频器的运用寿命，咱们将变频器设备在远离作业现场的当地。
3.3 参数设置
我厂选用V/f 方法调理操控变频器，当输出、输入频率比增大时，输出电压的畸变也将显着增大。为了防止变频器低频输出时电压波形畸变，引起电动机颤动、发热，损坏电动机，咱们对输出频率进行了约束。将输出频率下限设置为9 Hz，防止了上述状况的产生。
针对惯性较大的负荷，设置参数时可恰当地延伸减速时刻，也能在必定程度上按捺负荷反应回电能，防止形成变频器过电压。
4 作业状况
改造前，离心机每运用十多天就需求检修，改造后可接连运用半年以上，延伸了设备运用寿命。并且离心机的作业速度可以调理到海绵铜固液别离的最佳状况，海绵铜中含镍量由本来的5%~8%下降到3%~4%，镍金属的收回添加一倍左右。我厂满负荷出产时每年出产海绵铜8 百多t，其间含镍约37 t，因为镍金属的收回添加，每年少丢失镍40%，约15 t，按每吨镍3万元核算，仅此一项节省的镍金属价值45万元，经济效益非常显着。
