Модернизация электропривода пилы для резки струн между железобетонными шпалами

В настоящее время многие промышленные производства помимо основного источника электропитания (электросети) стали применять резервные (газотурбинные генераторы, дизель-генераторы и др.). Это связано:
1. Повышение стоимости электроэнергии, поставляемой электросбытовыми компаниями.
2. Обеспечение бесперебойности производства.
3. Развитие альтернативной электроэнергетики.
Но есть существенное ограничение при внедрении таких установок – их ограниченная мощность. Этот фактор сказывается в момент запуска и работы промышленного оборудования, потребляющего большие токи при динамических процессах (пуск, торможение, резкое нарастание нагрузки), протекающих в электроприводе. Генератор не справляется с повышением нагрузки, начинается просадка напряжения, в результате сбои в работе электрооборудования. Такая ситуация произошла на предприятии по производству железобетонных шпал. Электропривод дисковой пилы мощностью 30кВт в момент пила стальных струн между железобетонными шпалами потреблял ток, в 2 раза превышающий номинальный ток электродвигателя (см. рис. 1). Помимо этого факта также происходят заклинивания пилы практически до полного останова. Перед специалистами предприятия стал вопрос о том, как можно ограничить ток при распиле заготовок. Ответ был очевиден – применение частотного преобразователя.

Рис.1. Процессы в электроприводе при резе.

Модернизацию электропривода пилы было поручено произвести специалистам компании «Элпрон».
В первую очередь, нами была произведена диагностика уже установленного электрооборудования (изучение принципиальных схем и снятие показаний тока, напряжения и др.). Учитывая режим и условия работы дисковой пилы, было решено применить преобразователь частоты (ПЧ) серии С2000 фирмы Delta Electronics.
Чтобы решить поставленную задачу, пришлось разработать следующий алгоритм управления электроприводом и электроавтоматикой дисковой пилы:
- пуск пилы осуществляет оператор;
- при достижении электродвигателя номинальной скорости ПЧ дает разрешение на рез (оператор может подать сигнал на опускание пилы);
- если во время реза ток превышает допустимые значения, то частота вращения пилы снижается, снимается разрешение реза (пила перестает опускаться вниз), как только ток снова примет допустимое значение и скорость станет равной номинальной, то снова выдается разрешение и продолжается рез;
- если скорость вращения пилы упадет меньше минимальной (установка в ПЧ) и ток будет превышать допустимое значение (ситуация заклинивания), то подается сигнал на поднятие вверх до момента, пока пила не наберет необходимые обороты и не спадет ток, далее идет снова опускание вниз и процесс реза;
- сигнал отключения пилы подает оператор.
Чтобы реализовать данный алгоритм, пришлось внести изменения в схему управления перемещением пилы вниз и вверх. К плюсам такого изменения можно отнести то, что контроль заклинивания пилы осуществляется не только оператором, а также системой управления.
В результате применения ПЧ совместно с изменением алгоритма работы пилы удалось ограничить ток на уровне номинального, около 60 А (см. рис. 2).

Рис. 2. Процессы в электроприводе при резе после установки ПЧ.

Благодаря применению ПЧ фирмы Delta Electronics успешно решены поставленные задачи. Теперь процесс реза пилы не приводит к просадке напряжения при работе от резервного генератора.

1. Сетевой дроссель

Трехфазный сетевой дроссель используется для ограничения скорости нарастания стартового тока в цепи и взаимного влияния коммутационных преобразователей, запитываемых от одного и того же трансформатора. Процесс коммутации в цепях с сетевыми дросселями протекает плавно, коммутационные перенапряжения подавляются. Кроме того, ограничивается нежелательное влияние гармоник на сеть, испускаемых частотным преобразователем.

Рис. 1. Сетевой дроссель

Выбор сетевого дросселя осуществляется по номинальному току преобразователя и индуктивности.

2. Моторный дроссель

Моторные дроссели находят широкое применение в цепях преобразователей электроприводов переменного тока. Они обеспечивают непрерывность и сглаживание пульсаций тока двигателя, ограничение тока короткого замыкания в цепи нагрузки преобразователя, а также подавление коммутационных перенапряжений и компенсация емкости питающей линии.
Возможно исполнение дросселей с отводами, заканчивающимися клеммами под винт, кабельными клеммами либо токовыми шинами в зависимости от величины максимального тока.

Рис.2. Моторный дроссель

Выбор моторного дросселя осуществляется по выходному току преобразователя частоты и индуктивности.

3. Синус фильтр типа LC

Синус фильтр применяется с целью защиты изоляции электродвигателя, повышения срока службы и уменьшения уровня шума мотора, который работает от преобразователя частоты. Синус фильтр устанавливается на выходе преобразователя и изменяет форму выходного напряжения, сформированного посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на синусоидальную, устраняя высшие гармоники. Высшие гармоники создают дополнительные потери в кабельной линии и в двигателе. Использование синус фильтра позволяет применять неэкранированные моторные кабели значительной длины.

Рис. 3. Синус-фильтр

При выборе синус фильтра необходимо проконсультироваться с представителем производителя частотных преобразователей, которые Вы хотите приобрести.

Использование регулируемого электропривода переменного тока в компрессорном оборудовании

Компрессором называют энергетическую машину или устройство для повышения давления и перемещения газа. Обычно к компрессорам относят машины, обеспечивающие сжатие воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,015 МПа. Начальное давление газа может быть менее атмосферного, равным или более атмосферного.
Компрессорная установка — совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).
На рис. 1 изображена компрессорная система

Рис. 1. Компрессорная система

Компрессорные машины разделяют на три класса:
1. вентиляторы — компрессоры, повышение давления и отношение давлений в которых не превышают соответственно 0,01 МПа и 1,1;
2. нагнетатели — машины с повышенным отношением давлений (до 1,3 и более) и без охлаждения среды в процессе работы;
3. компрессоры — машины, снабженные устройством для охлаждения среды при работе (отношение давлений более 3).

По принципу действия компрессоры бывают:

• поршневые (с возвратно-поступательным движением поршня);
• ротационные, винтовые (с вращательным движением роторов);
• спиральные (с плоскопараллельным движением спирального элемента).

Наибольшее распространение получили винтовые компрессоры. Винтовой компрессор - ротационный компрессор, в котором сжатие среды достигается с помощью двух сцепленных между собой роторов с винтовыми зубьями. Компрессор винтовой - один из наиболее эффективных способов получения сжатого воздуха на производстве. Также он обеспечивает надёжность и высокие рабочие характеристики компрессорного оборудования при низких эксплуатационных расходах.
На рис. 2 изображен винтовой компрессор.

Рис.2. Винтовой компрессор

Компрессор состоит из корпуса (цилиндра), ведущего и ведомого роторов с зубчато-винтовыми лопастями. В винтовом компрессоре винтовая пара засасывает воздух, вращаясь в масляном слое, что обеспечивает низкий коэффициент трения, дополнительное масляное уплотнение, гарантирующее герметичность системы, а также эффективный теплоотвод от рабочей зоны.
Винтовые воздушные компрессоры с постоянной производительностью предназначены для непрерывной работы при максимальной загрузке. На предприятиях потребность в сжатом воздухе может значительно меняться. Таким образом, воздушные компрессора с постоянной производительностью работают в режиме загрузка-разгрузка достаточно много времени, что приводит к излишнему потреблению электроэнергии.
Винтовые компрессоры с преобразователем частоты позволяют сократить потребление электроэнергии. Большинство производственных процессов в различные часы и дни недели могут существенно изменять свои потребности в сжатом воздухе. Компрессоры с постоянной производительностью не могут точно реагировать на колебания в потреблении сжатого воздуха.
На рис. 3 показана система с преобразователем частоты.

Рис.3. Компрессор с частотным преобразователем

Частотный преобразователь в винтовых компрессорах изменяет скорость вращения двигателя, чтобы четко следовать за потребностью в сжатом воздухе, таким образом экономя энергию и сокращая срок окупаемости компрессора до одного - двух лет, в зависимости от тарифов на электроэнергию и потребления воздуха. Сокращение потребления энергии приводит к экономии средств, вложенных в компрессорное оборудование.
Использование устройств плавного пуска в компрессорах продлевает срок службы двигателя, винтовой пары и избавляет от скачков напряжения в заводской сети при запуске компрессора. Кроме того, система плавного пуска позволяет запускаться двигателю неограниченное количество раз (в сутки) и в эти периоды времени дополнительно сберегается электроэнергия.

Основные преимущества использования регулируемого электропривода переменного тока:

• Экономия энергии;
• Эффективная производительность даже при больших колебаниях потребления;
• Постоянное давление (возможность регулировки от 6 до 13 бар);
• Широкий рабочий диапазон;
• Плавный пуск;
• Неограниченное количество пусков (в сутки);
• Предотвращение скачков напряжения.