森兰变频在离心铸管机上的应用
*. 铸铁管的生产过程目前，城市自来水大口径的供水管主要使用铸铁管?水泥管和玻璃纤维管。在保证*定强度的前提下，�*�*法浇铸比用模具法浇铸的铸铁管的管壁厚度已经大大地下降了，整体重量减轻了很多，而且质量也不错。在现行普遍使用的几种供水管中，铸铁管价位处于中等，强度高?经久耐用，重量轻?安装施工简单快捷，很受各自来水公司的青睐。
四川崇州铸管厂生产城市自来水供水使用的400mm~800mm口径的铸铁管，为保证铸铁管管壁厚度的均匀性，又要保证铸铁管的质量，采�*�*浇注法。其工艺过程是将熔化了的高温铁水注入模具中，再将模具从零速逐渐加速到高速旋转，由于离*力的作用，铁水很快在模具中成型，并在模具中通冷却水，维持数分钟后，铁管温度下降到大约400 ~500 时逐渐降速到零，开模取管。卧式铸管机的模具放在前后1?2?3?4四只传动轮上，其中2?4由两台电机经皮带轮带动的主动轮，其余1?3两只是被动轮，如图1所示。原来的传动方式是两台37KW的电机由电磁调速器驱动。这种生产工艺要求两台电机同步运转。尽管对电磁调速系统已经采取了控制同步运转措施，由于电磁调速器的控制部分都是模拟PI调节器，精度和稳定性都较差，在实际工作中，操作工人凭经验进行速度微调，很难调到两电机同步运转。这样两电机的负荷分配不均匀，严重时引起跳闸，影响生产的正常进行。
图1 铸管机传动示意图
二. 铸管机的负载机械特性
铸管机负载特性为恒转矩大惯性负载，并且，起动前先将*定量的铁水先注入模具，然后再开始起动运转，因此又是重载起动。电磁调速器低速转矩较差，要保证铸管机起动正常起动，电动机的容量*般选得较大。铸管机传动由两台37KW的4*异步鼠笼电机承担，两台电机之间存在负荷分配问题。
铸管机的离*成型法对电气传动设备要求较高，*先要求满载起动，起动力矩应在电机*额定力矩以上；其次低速运转的时间长，要求低速力矩大；*后由于铸管机调速范围大，为保证铸铁管的质量，要求在整个工作速度范围内，转速应基本稳定。
三. 铸管机的变频调速
根据以上的情况，选用具有恒转矩特性且起动力矩大的森兰SB40S系列变频器。如果用两台37KW变频器，就需要考虑两台电机的同步控制问题，这样做同步效果好，但电机上需安装速度变送器（脉冲编码器或测速发电机），其结果是比较麻烦而且投资会增加。如果将两台37kw电动机并联后用*台75KW变频器控制，两台电机可做到同频运转，但两台电动机的特性有*定的差异，其速度也会有速度差，对于电机的参数差别不大，同步要求不高的系统还是可以满足使用要求。
铸管机对两台电机的同步要求不高，为简单计采用电机并联，选用*台SB40S75KW变频器拖动两台37KW电机运行，为保护电机，每台电机需装热继电器，如图2中的RJ1，RJ2。设定F01=3，调速用X4，X5端子按钮控制，按X4升速；按X5降速。停车时间设为120S，降速到变频器的输出频率5Hz时，启用直流制动。现场调试时测试，有*台电机的线电流为57A，另*台电机的线电流为38A，*大的57A也未超过37kw电机电流的额定值，对生产应用*影响。当然也可选用森兰SB80系列矢量控制高性能变频器，这种变频器有*种“特性软化”功能，选择特性软化功能，可改变变频器的特性曲线，使两电机的线电流之差尽量缩小，负荷分配基本均匀。变频调速控制原理与如图2所示。
变频器的机械特性为恒转矩，电机在低频5Hz便可运行，高速42Hz时可达1200r/min，调速比1：8以上，*大的满足了铸管机的工艺要求。将电磁调速改造为变频调速，简单方法用变频器驱动电磁调速电机，将电磁调速器的转差离合器的励磁调到*大，其效率仅为85%。为达到*高的节能效率，需将电磁调速电机换为普通Y系列三相鼠笼电机，或者用机械的方式将电机和转差离合器的输出直接相连。变频调速后，考虑到电机运行在低速的时间比较长，电机的散热受到*些影响，温度会升高。在改造过程中，将电磁调速电机换为Y系列交流异步电动机时，如果是等容量的代换，由于原来电机的容量就选得比较大，改造后电机的温升不会超过额定值，不必加恒速风扇降温；如果是非等容量代换，代换电机的容量比电磁调速电机小时，那就需在电机尾罩上加恒速风机，以利于电机的散热。
图2 铸管机变频控制原理图
四.?节能分析
铸管机经变频改造后，用按钮调速非常方便，改变了电磁调速器在运行中调同步很不容易实现同步的方法，使两台电机负荷分配大体均匀，做到了**调速，运行平稳。变频器取代了电磁调速器后，有较好的节能效果，现分析如下：
电磁调速的转差离合器的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦所产生。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡且忽略不计的活，则转差离合器的输入?输出功率可用下式表示：
电动机的输出功率
P1=M1n1(kw)
式中：M1--电动机的输出转矩(kgf.m)
n1―电动机的输出轴转速(r/min)
转差离合器的输出功率：
P2=M2n2(kw)
式中：M2―转差离合器的输出转矩(kgf.m)
n2―转差离合器的输出轴转速(r/min)
电动机的输出功率等于转差离合器的输入功率。对于离*铸管机这类恒转矩机械特性的负载，其转矩：M= M1= M2=常数，所以，转差离合器的效率：
滑差可由下式定义
则
可见，在恒转矩负载下，转差离合器的效率正比于输出转速。因此用电磁调速器调速使输出转速下降时，输出功率成正比下降，而输入功率保持不变，实际上，滑差也就是节电率。此时，损耗功率Ph与滑差损耗成正比，即
离*铸管机电机额定转速1440r/min，工作时从零速逐渐加速到*高1200r/min，再维持6分钟。由于电磁调速电机低速力矩较差，在300r/min时才开始起动，这个过程中，滑差在79%~17%范围内变化，但在17%的时间较长，加*平均计算为30%左右。采用变频调速后，变频器的效率基本上不随输出的频率变化，除去变频器的损耗后，节电率在24%上下，实际用电度表计量，节能在22%上下，投资回收期不到*年，经济效益十分明显。
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