共直流母线交流变频调速系统在卧螺离心机中的应用

一、卧螺离心机背驱动装置的负载性质

　　安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零等）。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。

　　在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。

　　如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。

　　利用特别设计的四象限运行变频器（例如ABB公司的ACS611型变频器），可将再生能量直接反馈回电网，但变频器价格昂贵，国内除了轧钢厂以外很少有应用。Alfa-Laval公司近年生产的DS706型大型污水处理离心机应用双变频能源反馈节能调频控制系统（使用ACS800系列变频器），目前在香港昂船洲污水处理厂运行。国内也有厂家利用国产变频器，将共直流母线交流变频技术应用于卧螺离心机，使该部分能量大部分得到回收，取得了良好的社会效益

　　和经济效益。这一技术的推广应用无疑是极有意义的，本文对此进行讨论。

　　二、共直流母线交流变频调速系统的结构和特点

　　1-主变频器；2-主电机；3-离心机；4-差速器；5-副电机；6-副变频器；

　　图1 共直流母线交流变频调速系统的结构

　　离心机3由主电机2驱动，差速器小轴和副电机5同轴连接。主、副电机的转速由变频器1、6控制，二者的直流母线并连，三相电源输入主变频器1。

　　特点：

　　（1）优良的节能性能院在螺旋滞后时，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主、副变频器的直流母线并连，该能量就经过主变频器被主电机利用。

　　为简单起见，设稳态时离心机以恒转矩和恒差速运行（不计及调速时加速转矩和减速转矩的影响），则回收的能量为：P=0.8M n/9550，式中：P-功率（KW）；M-小轴力矩（N.m）;n-小轴转速（r/min）；M前的0.8倍是由于再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也有20%被转换为制动转矩。

　　（2）动态响应快：有些PID调节系统往往有超调现象，过渡过程时间较长，例如电涡流制动器调速系统，稳定周期有时长达数分钟。变频调速系统转矩响应时间仅150～200ms动态特性明显改善。

　　（3）容易处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积院副电机反转时运行于第Ⅰ象限（电动机状态），这时差速很大：Δn=（nl+n）/i，（nl-转鼓转速r/min；i-差速器速比），由于变频器具有2倍额定力矩的静态启动转矩，使堆积在转鼓内的物料容易排出。

　　（4）有利于实现恒转矩控制院某些物料，例如城市污水，含有60%～70%的有机物质，沉泥具有可压缩性，含固率时时刻刻在变化，使螺旋推料力矩随着进料流量和含固率的波动而变化，要求电气系统根据力矩变化及时控制进料量或差转速，否则，很容易堵料。

　　恒力矩控制的关键是实时连续测量螺旋推料力矩，必须合理选择力矩传感元件。在液力马达调速系统中，使用液油压力变送器；在电涡流制动器调速系统中，使用电阻应变式力矩传感器；在本文介绍的变频器调速系统中，则可直接利用变频器输出的力矩电流模拟量，不必单独安装传感器。

　　例如，TD3000变频器具有转矩控制和转速控制两种工作方式：当选择转矩控制方式时，变频器输出频率将根据输出力矩信号自动调节，当螺旋推料力矩变大时，降低输出频率，增加差速，将沉泥快速推出转鼓；反之，增加输出频。