变频器在生产线传送带上的应用

一、概 述

运输用的传送带有多种类别，如链式、带式、螺旋式、滚筒式、振动式、铲斗式等。由于输送材料物理化学性质、形状、搬运线路、运输方法的不同，人们对变频器的功能提出了不同的要求。此外，还要考虑经济性等因素，同样的调速可以是机械式调速，也可以是电气式调速。由于传送带是工业自动化中必不可少的省力机械。因此，在选用变频器时需在控制性能、经济性、维修方便诸因素中加以综合考虑。

二、传送带对变频调速提出的要求

(1)选用笼型异步电动机

(2)提高生产率

变频调速后调速范围至少可取得1：10（最高可到1：20）的效果，已基本满足一般工程上的需要。如要求宽调速的场合亦可选用矢量控制变频器，若为无速度传感器矢量控制变频器调速范围可达到1：100，有速度传感器矢量控制变频器甚至可达到1：1000。

(3)软起动、软制动

用传送带输送瓶装物体对起制动的平滑要求最为严格，如图11-1所示。只有调节好最佳的起制动时间，才能防止运输物品晃动或破损。最新型号的变频器其起制动时间可独立调节为0.1～6000s，且最低输出频率可降至0.5~1Hz。

(4)频繁起动、停车、可逆运转

①由于变频器是以低频、低压慢慢起动，故起动电流冲击小，起动转矩高，且电动机发热低，故有条件频繁起停，且可节省能量。

②变频器采用功率晶体管改变相序使电动机进行正反转，不同于接触器在反向时存在可动和摩擦部件，并能保证可逆运行时电动机发热也低。

③有电气制动功能，如图11-2所示。当变频器在减速过程中，例如由f1→f2，由图可见，电动机的转矩立即由正向拖动转矩T1变为负的制动转矩T2。其原理是减频过程中同步转速随之减小，电动机呈发电状态，电能被与变频器直流电源并联的电容吸收，使电容两端电压升高。对于较大容量的电动机，由于制动能量大，必须并联能耗制动电阻把能量消耗掉，或将整流器改为可关断器件构成的开关整流器，将该能量反馈到电网。

3.2 传送带的加速

接通用变频器的规范，过负载保护为额定电流的150%  1min，过流保护按200%额定电流考虑，电动机的加速时间即按此计算。设加速时间为t1，其计算公式为

 (11-1)

式中，t1为加速时间(s)；J为换算到电动机轴上的转动惯量(kg·m)；n为电动机的转速( r/min)；最高频率为50Hz以下时，k1=1.3（用矢量控制时k1=1.5），频率为120Hz时，k1=0.75；TM为50Hz时电动机的额定转矩(N·m)；TLmax为电动机轴上的最大负载转矩(N·m)。

若加速时间设定过短，则有可能因过流而使变频器跳闸，故应设置防止失速功能。

3.3 传送带的减速

减速时间设为t2，其计算公式如下：

 (11-2)

式中，参数J、n、TM代表意义与上同；k2设为0. 2，当用能耗制动时可设为1~1.5；TLmin为电动机轴上的最小负载转矩(N·m)。

若减速时间设定过短，则可能使变频器内直流母线升压，过压保护动作使变频器跳闸。故与加速时情况相同，也应设置防止失速功能。

3.4 机械抱闸的使用

紧急停车或准确定位时常会用到机械抱闸。因制动线圈一般接于电动机端，当低速运行时电动机端电压很低，可能使制动器不能动作。因此，用变频调速时机械制动器应直接接于交流电源端，如图11-3所示。当出现故障信号，应当使变频器输出为零，电动机处于锁住状态，然后开关K1动作，接通机械制动器。

采用电气制动的优点是使传送带停车时定位准确，缩短工作周期，提高生产率。

(5)升速快

采用变频器后传送带输送能力可提高10%~20%。

三、变频器的选用原则

3.1 负荷特性

一般的传送带其负荷特性可以认为是恒转矩性质，但要考虑用V/f方式控制时，电动机低速情况下散热恶化使温升提高和转矩降低的因素。最好是选用变频器专用电动机，采用风扇外冷使温升降低。如果选用矢量控制变频器就可避免低速时转矩降低的影响。传送带变频调速时首先要考虑的就是保证足够的起动转矩和低速时转矩不降低。综合上述因素将各种控制方式作一比较

四、变频调速应用举例

4.1 穿梭式传送带

穿梭式传送带用于自行车涂装生产线，要求停止时定位准确，在停止时由机器手操纵喷枪进行喷涂。

1．机械设备布置

传送带的机械设备布置如图11-4所示。

2．控制要求

①要求平滑地进行两级调速，并保证定位精确，传送带的速度图如图11-5所示。

②为保证定位精度，停止前需降速至频率为6Hz左右。

③利用变频器本身具有的多级速度功能，按速度图进行自动程序设定。图中，调速电位器、具体程序电路和继电接触器电路未绘出。

3．其他注意事项

这类设备最重要的要求是保证起动转矩和停止时的定位精度。停止时切不可让过电流保护动作，为此应设置失速保护环节，使转速和转矩的关系呈下垂特性。

4.2 链式传送带的同步控制

涂装生产线上的链式传送带一般有100m左右的长度，且运行时会有上下坡度和转角的情况。传送带张力不当会影响其寿命，故一般需要在不同的两点设置两台电动机进行同步拖动。

1．机械设备布置

2．控制要求

①由于存在同步发送机和同步接收机，两台电动机之间必然存在一定的速度差，必须及时修正，否则误差不断积累，就不能保持传送带的正常张力。

②由于传送带上物体荷重分布不均衡，也可能引起两台电动机的负荷不等，而使它们之间的同步运行状态被破坏，所以需即时调整荷重的分布。

③两台电动机控制装置及附属电路所用电器型号应完全相同。

3．其他注意事项

①需安置调整滑轮以防传送带松弛。

②同步转速快，可提高同步精度，但过快也会产生振荡，一般定在30 r/min为宜。

③电动机和减速器之间用V带连接较好，同步发送机和链轮之间不应有任何滑移，即同步发送机每转一圈，链轮的移动量应保持不变。

④注意同步发送机的相序和极性可自动检测。

从理论上讲，选用矢量控制变频器更能保证同步精度。因为带速度传感器矢量控制变频器的电动机转差可以任意调节，容易保持两台电动机之间的负荷均衡，不致引起变频器跳闸。