带宽650mm直行皮带式输送机运行时电机发热严重的故障分析:滚筒输送机的分类
摘 要:将变频器运用于皮带式输送机的控制,满载运行时电机工作电流超过额定值,电动机发热严重,故障原因分析。 关键词:皮带式输送机 变频器 电机发热 V/f调节 传动比
中图分类号:TD634 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0127-01
带式输送机是一种以摩擦力为驱动力来连续传输物料的高效机械设备,在工农业的生产中有着广泛应用,有着物料运量大、输送距离长、工作时间连续等优点,而且结构简单、维修方便、运行可靠,易于实现集中控制和加装自动化设备。现有一部带宽650mm的直行皮带式输送机,工作条件为:单轴单电机,连续单向运转,空载启动,满载运行,载荷平稳,设计使用年限15年,S7包括电制动的连续周期工作制,工作环境为室内,环境温度为室温。运输带速允许误差±5％,输送带效率η=0.94-0.96。皮带工作拉力F=2800N,带速V=1.6m/s,α=0o,滚筒直径D=400mm,物料输送量60t/h。配用电动机型号为YB160M-4,其主要参数为:额定功率P=11kW,额定电压380V,额定电流22.6A,额定转速1440r/min,绝缘等级:B,防护等级为IP44。
随着电力电子技术的不断发展,变频调速技术得到了日益完善。变频器以其卓越的性能和突出的优点,应用越来越广泛。为了改善设备运行性能、提高生产效率、降低皮带强度要求、延长设备部件寿命、降低设备维护量、使输送机实现软启动和重载起动,对皮带输送机进行技术改造,用变频器来控制皮带机的起动和运行。经过计算选型,变频器选用三菱FR-A540-18.5K-CH型。
当设备安装完毕,变频器参数设定好后,通电试车时发现满载运行时电动机发热严重,用钳形电流表测得工作电流超过22.6A,但过载保护继电器没有动作。问题出在哪里？
故障现象是电机过热,工作电流超过额定值。造成电机过热的因素很多,如室温过高、散热不良、过负荷、电压不平衡、缺相、电机受潮、机械卡阻、堵转、接线错误、频繁起动等等。查找故障原因时分析了以下几种情况。
第一类情况:停电后检查电机,由于在加装变频器之前该输送机一直运行正常,所以室温过高、散热不良、电机受潮、运动部件被卡阻等等暂时可以被排除。如果是电机缺相运行,启动时会有强烈的嗡嗡声,震动增大,有异常响声,转速下降,电流增大甚至烧毁电机等现象。这与实际运行情况不符,可以排除。
第二类情况:根据工作电流超过额定电流这一情况,怀疑有可能是负荷过重或三相电压不平衡等原因造成电机过载发热严重。
(1)当电压不平衡时电机会发出很大噪声,运转时会抖动,轴上输出功率大大降低,电机发热不均衡,负荷大时会发生过流故障,保护器频繁动作。要先检查电动机侧三相电压是否平衡,再检查变频器输出端的三相电压是否平衡。如不平衡,则有可能是变频器内部故障。如果测得变频器输出端的三相电压平衡,那从变频器到电动机之间的线路上有可能出问题。应检查相关线路接线等。经过仔细检查后,确定可以排除三相电压不平衡情况。
(2)再检查变频器的电子热保护功能预设值是否合理。若电机发热,但是温升不高,则有可能是电子热保护功能的预置值偏保守。如果电子热保护功能预设值已经设置到最大值,则说明变频器容量选择过小,必须更换大容量变频器。如变频器容量够大,则可以放大电子热保护功能的预设值。经过分析,这个也可以排除。
(3)电机满载运行时过负荷,电机轴上负荷偏大,表现为电机的温升过大,发热严重,工作电流大于额定值,过载继电保护未动作,这与实际运行情况基本相符。对于皮带输送机这种恒转矩类的负载,可能原因是变频器输出频率过低,电机转矩不足,拖不动负荷,而且电机低频运行时风扇运行慢,热量散不出去导致电机温升异常。这个可以采用以下三种措施来解决。
①更换大容量电机以提高低速转矩。
电机转速公式:n＝60f/P
(n为转速,f为电源频率,P为磁极对数)
电机功率:P=1.732×U×I×cosφ
(电机是三相对称负载,U、I分别为线电压、线电流,cosφ是功率因数)
电机转矩公式:T=9550·P/n
(T为转矩,单位N·m,P为输出功率,单位kW,n是电机转速,单位r/min)
大容量电机转矩大,低转速时机械特性曲线好。
②是增大V/f参数设定,设定“转矩提升”手动补偿参数,在低频段对电源电压进行适当补偿以提升转矩。这是因为在下图中f1是基频,设置成电动机的额定频率50Hz。在基频以下调速属于恒转矩调速,此时,电机的机械特性基本上是平行下移的,在频率较低时最大转矩将减少,满载启动运行时候会过负荷,电机发热。
③通过加大传动比的方式来提高变频器输出频率,增加转矩,以减轻电动机轴上的负荷(如图1)。
通常把电动机输出轴的转速与负载输入轴的转速之比称为传动比。假设负载转矩的传动比为TL,原来的传动比为λ,改变后的传动比是λ"",那么在原传动比的情况下,折算到电动机轴上的负载转矩折算值,如下。
T""L1=TL/λ
传动比改变后,折算到电动机轴上的负载转矩折算值,如下。
T""L2=TL/λ""
当λ"">λ时,T""L2
参考文献
[1] 曹菁．三菱PLC、触摸屏和变频器应用技术[M]．机械工业出版社.
[2] 丁斗章．变频调速技术与系统应用[M]．机械工业出版社.