交流变频调速技术在润滑脂生产过程中的应用
柳元
Application of AC Converter Technology in the Working Process of Grease
LIU -Yuan
摘要：本文简要介绍了变频调速的基本工作原理和工作方式，着重研究三相异步电动机变频在润滑脂生产过程应用中出现的问题,并针对这些问题提出了解决方案。
关键词：润滑脂；变频调速；机械特性；
ABSTRACT:The AC converter technology basic working principle and mode is presented in this paper, the causing problem of of AC Converter Technology emphatically is researched in the working process of grease,and the resolvent is put forward in allusion to the problem.
KEY WORDS:grease；Converter；mechanical characteristic
1 引言
交流异步电动机是应用最广泛的一种动力机械。异步电动机所以能得到这样广泛的应用，是由于它结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便，而且效率高、重量轻、价格低。但异步电动机存在的缺点之一是调速性能差。在生产中应用异步电动机由于工艺要求，需要电动机调速的场合，人们往往从二个方面着手解决。一方面是不用异步电动机而使用调速性能好的直流电动机。另一方面是应用新技术，使异步电动机的运行能够按照生产工艺要求进行调速。
2 交流异步电动机变频调速的原理
交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下式1所示：
式1中：n——电动机的实际转速
f1——电动机定子绕组的供电频率
p——旋转磁场的极对数
S——转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1与n的关系：n=n1(1-S)
从（1）式中可见，改变异步电动机的供电频率f1，就可改变电动机的转速n1和n，达到调速目的。
3变频调速
3.1工作方式
由于我公司润滑脂生产过程多数在工频以下频率范围内（20~50Hz）低速运行，因此变频器主要采用U/f=const（恒定）的恒磁通控制方式。在这种方式下，定子电压和频率的比值保持不变，异步电动机在变频调速的同时要相应地改变电压，以保气隙中磁通不变，获得恒转矩的调速特性。
3.2机械特性
交流异步电动机在变频变压的控制方式下，当定子供电电源在频率较高时，电动机最大转矩近似保持恒定，机械特性曲线斜率变化很小。当电源频率较低时，由于定子绕组上的电压降影响逐渐显著，电动机无法保持气隙磁通为恒定，使低频时机械特性斜率加大，最大转矩下降。U/f=const时变频调速的机械特性如图1所示。
3.3变频调速存在的问题
近几年，随着我公司润滑脂产品的品种多样化和对产品质量要求的提高，生产工艺的变化对设备的适应性提出了更高的要求。这就给电动机变频调速带来了一些问题，具体表现为：
1、润滑脂炼制过程中电动机正常停车后变频器再起动困难。
2、润滑脂炼制过程中粘度增加电动机超载，造成变频器过电流经常性的停车事故。
3、电动机过热现象严重，缩短电动机使用寿命。
3.4问题分析
3.4.1变频器起动过程是频率从较低的数值以某种曲线增加到设定值，因此变频器每次起动时都要经过较低的频率的运行区间。不同种类的润滑脂在生产过程中因稠度、温度、反应过程的影响使电动机的负载转矩变化较大。如果在负载转矩较大的情况下停车，当再起动时，低频率的运行使得电动机的外加电压较低，因此输出转矩较小，造成电动机起动困难。
3.4.2电动机在工频下运行时，输入电压为电动机额定电压，最大输出功率为其额定功率。当电动机在低于工频50Hz下运行时，为了保持U/f=const，变频器输出电压小于电动机额定电压，电动机最大输出功率将降低，而且输出转矩也减小，如图1所示。
3.4.3 电动机在低于额定转速下的转速运行，电动机风扇运转速度低于电动机自冷所需要的正常转速，冷却效果变差，电动机温度升高，极于产生绕组过热现象，影响电动机使用寿命，严重时可时绕组绝缘变差，直至烧毁电动机。
3.5解决方案
3.5.1 根据工艺要求适当调整满足生产工艺的操作方案，在负载较大的生产过程尽量减少停车次数。比如：在三区5#反应装置处装设投料孔，尽量在不停车情况下添加白灰进行添加白灰操作（经观察，生产过程中添加白灰操作完成后，负载很快变大，约有10分钟左右时间负载变小）。这样可以解决一部分产品生产过程中短时段负荷较大造成的电动机正常停车后再起动困难的问题。
3.5.2适当改变变频器的容量与电机的容量关系。应根据品牌，一般为1.1~1.5倍电机的容量。
实践证明，采用较大容量等级的变频器控制电机，可以提高变频器控制的可靠性，在润滑脂行业取得了共识。
3.5.3电机尽可能选变频器专用电机，变频调速电机是专门根据变频要求而设计的，其机械特性如图2所示。由其机械特性曲线可以看出，在低频率下运行的输出扭矩比图1所示的要大的多，这样的机械特性能够为电机提供较大的启动转矩，能够改善目前存在的低频率下输出转矩不能满足要求的局面。
3.5.4变频柜应安装在通风良好的场所，柜顶部加装专用冷却风扇，同时改善变频器的运行环境。为了变频器更有利的运行，希望变频器置于空气调节的环境里，温度控制在25±3℃，相对湿度RH≤70%-75%。实践证明，置于空调环境下变频器的故障机率要比没有空调环境变频器少得多，系统的可靠性增加很多。
另外，变频器的空调最好采用独立专用空调，避免使用车间空调或中央空调，因为中央空调、车间空间会把空气中的油污，灰尘和腐蚀性气体进入变频器柜内，引起变频器电力电子、微电子(IC集成电路)元器件的损坏。
3.5.5 根据不同产品的工艺要求合理选择减速比，确定单台电机的最佳工作点
从图1中所示曲线可以看出，在低频时，电机的输出转矩损失较大，此时电机的转速很低，不利于电机的自身散热，严重影响了电机的寿命。如果采用较大减速比的减速机将较高频率点的电机输出转速降到所需的转速，可以减小低频条件下电机输出转矩损失，而且也能解决低频下电机转速过低而引起的电机散热不好的问题。
由公式Mfz=Mdx•j•η
Mfz——减速机输出轴上的转矩；
Mdx——电机轴上的转矩；
j——减速比；
η——传动效率；
可以看出，电机在较高频率工作点运行，可以提高电机输出轴上的转矩Mdx，同时，适当加大减速机的减速比，可以提高减速机的输出转矩Mfz。
4 结束语
我们公司的润滑脂品种多，各种产品在生产工艺过程中的状态差异很大，为了更好地利用先进的变频技术，需要我们的生产、工艺、设备人员一起协作，在不断的实践中摸索出各种产品的生产过程的变化规律，优化生产设备的配置。
参考文献：
[1] 周绍英 牛秀岩.电机与拖动.北京中央广播电视大学出版社，1994，5(1).
[2] 刘竟成主编，交流调速系统。上海交通大学出版社。1984.8.
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