1臥螺離心機背驅動裝置的負載性質 安裝在臥螺離心機差速器小軸端的調速裝置稱為背驅動裝置。這些裝置如:電渦流制動器、異步電動機、液力馬達、機械式過載保護裝置（小軸轉速為零）等。在螺旋滯后于轉鼓時，這些裝置都是以消耗離心機動能為代價，對小軸作用制動力矩，借以達到調節(jié)差轉速的目的。對小軸而言,背驅動裝置是一種負負載。在通用變頻器調速系統(tǒng)中．和差速器小軸相連的電動機長期處于再生狀態(tài)，運行于第四象限，從離心機接受機械能．將再生制動的能量反饋到變頻器的直流母線上，再通過制動電阻將其消耗掉。如何回收該部分能量是國內外離心機制造商熱切關心的課題。 利用特別設計的四象限運行變頻器（例如ABB公司的Acs611型變頻器），可將再生能量直接反饋回電網(wǎng)，但變頻器價格昂貴，國內除了軋鋼廠以外很少應用。Alra_Laval公司近年生產(chǎn)的DS706型大型污水處理離心機應用雙變頻能源反饋節(jié)能調頻控制系統(tǒng)（使用Acs800系列變頻器），目前在香港昂船洲污水處理廠運行。國內也有廠家利用國產(chǎn)變頻器，將共直流母線交流變頻技術應用于臥螺離心機，使該部分能量大部分得到回收，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。這一技術的推廣應用無疑是極有意義的。 2共直流母線交流變頻調速系統(tǒng)的結構和特點 2．1結構 如圖1所示，離心機3由主電動機2驅動，差速器小軸和副電動機5同軸連接。主、副電動機的轉速由變頻器1、6控制，二者的直流母線并連，三相電源輸入主變頻器l。 2．2特點 1）優(yōu)良的節(jié)能性能 在螺旋滯后時，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由于主、副變頻器的直流母線并連，該能量就經(jīng)過主變頻器被主電動機利用。 為簡單起見，設穩(wěn)態(tài)時離心機以恒轉矩和恒差速運行（不計及調速時加速轉矩和減速轉矩的影響），則回收的能量為 P=0.8Mn/9 550 式中，P為功率（kW）；M為小軸力矩（N.m）；n為小軸轉速（r/Min）：M前的0. 8倍是由于再生制動時，即使不加放電的制動電阻，電動機內部也有20％的銅損被轉換為制動轉矩。 2）動態(tài)響應快 有些PID調節(jié)系統(tǒng)往往有超調現(xiàn)象，過渡過程時間較長，例如電渦流制動器調速系統(tǒng)，穩(wěn)定周期有時長達數(shù)分鐘。變頻調速系統(tǒng)轉矩響應時間僅150～200ms，動態(tài)特性明顯改善。 3）容易處理突發(fā)事件造成的轉鼓內物料的堆積副電動機反轉時運行于第1象限（電動機狀態(tài)），這時差速很大An=（Ni+n）/I，（Ni為轉鼓轉速r/min：I為差速器速比），由于變頻器具有2倍額定力矩的靜態(tài)起動轉矩，使堆積在轉鼓內的物料容易排出。 4）有利于實現(xiàn)恒轉矩控制 某些物料，例如城市污水，含有60％～70％的有機物質，沉泥具有可壓縮性，含固率時時刻刻在變化，使螺旋推料力矩隨著進料流量和含固率的波動而變化，要求電氣系統(tǒng)根據(jù)力矩變化及時控制進料量或差轉速，否則，很容易堵料。 恒力矩控制的關鍵是實時連續(xù)測量螺旋推料力矩，必須合理選擇力矩傳感元件。在液力馬達調速系統(tǒng)中，使用液油壓力變送器；在電渦流制動器調速系統(tǒng)中，使用電阻應變式力矩傳感囂：在本文介紹的變頻器調速系統(tǒng)中，則可直接和用變頻器輸出的力矩電流模擬量，不必單獨安裝傳感器。 例如，艾默生TD3000變頻器具有轉矩控制和轉速控制兩種工作方式：當選擇轉矩控制方式時，變頻器輸出頻率將根據(jù)輸出力矩信號自動調節(jié)，當螺旋推料力矩變大時，降低輸出頻率，增加差速，將沉泥快速推出轉鼓；反之，增加輸出頻率，減小差速，使力矩增加。最終使螺旋推料力矩穩(wěn)定在設定信附近。 2.3調速系統(tǒng)的設計 以LW430W離心機為例，運行轉速ni=2200 r/min差速器額定輸出力矩4 000～5 000Nm，速比i=91：差速調節(jié)范圍An=2～20 r/min（正常運行10～12r/min）；副電動機和差速器小軸直接連接（如圖1所示），差速按An=（ni-n）/i計算，得表2數(shù)據(jù)，完爭可以滿足工藝要求。 1）變頻器選型對主變頻器沒有特別要求，副變頻器要求能屏蔽輸入缺相保護。如果離心機需要恒力矩控制，應選用矢量控制變頻器。 2）主、副變頻器功率匹配不是任意功率的變頻器都可以如圖1連接，選取主變頻器功率時必須考慮到當副電動機處于電動機狀態(tài)時，副變頻器從主變頻器吸取功率的能力。 3）副電動機選型 副電動機額定輸出力矩應能滿足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小軸傳遞力矩M是螺旋推料力矩Mz的I之一，因此副電動機的額定力矩應大于M/I；具體計算時，應考慮差轉速調節(jié)范圍；電動機連接方式等因素。選用普通三相異步電動機，轉速控制精度為0 .5％～0 .1％，選用帶編碼器的變頻電動機，變頻器運行存帶PG矢量控制方式下，轉速控制精度可達到0 .1％～0 .05％。 設計實例如表1，它是海申機電總廠在φ350～φ720的4個系列十幾個品種城市污水處理離心機中主、副變頻器的功率匹配和副電動機選型表，主變頻器選用艾默生TD2000，副變頻器選用艾默生TD3000，副電動機均選4極變頻電動機，安裝OMRON E6C2一CWZ6C型600線光電編碼器。 表2中，差轉速低于7.7 r/min時輸出力矩變小，是由于變頻電動機50Hz以下為恒轉矩調速；50Hz以上為恒功率調速，但差轉速低的情況僅當進料濃度特別低或離心機進料初期才出現(xiàn)，這時的推料力矩也較小。 2．4應用實例 圖2是應用于大豆蛋白漕液分離的LW520型高速離心機電氣控制簡圖，主變頻器U1用于驅動離心機，使離心機轉速O～3 500 r/min無級調速，變頻器的輸出頻率由端子XI和X2設定。S1是離心機工作狀態(tài)選擇開關，把S1打到Xl位置，離心機以分離頻率運行，S1打到X2位置，以沖洗頻率運行。分離頻率出廠時設置為45 Hz（轉鼓轉速3 150 r/min），沖洗頻率出廠時設置為5Hz（轉鼓轉速350 r/min），如果需要改變運行頻率，可以對變頻器參數(shù)F58．F59進行設定。 U2是副變頻器，用于調節(jié)離心機轉鼓和螺旋速度之差，即差轉速，改變差轉速的大小可以改變離心機的推泥速度．也會影響離心機每小時污泥處理量。本機主副變頻器直流母線直接并連，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。 PR是轉速顯示儀表，用于顯示離心機轉鼓轉速和差轉速。轉速表內部有一個開關，用于選擇同步報警點，可選擇l r/min、5 r/min、10 r/min三種，當差速小于報警點時，安裝在轉速表內部的繼電器常開觸點先閉合，然后，繼電器K1動作，副電動機停車。通過繼電器K1外接觸點，用戶可外接聲音報警系統(tǒng)，或報警時切斷進料閥，或和遠程控制系統(tǒng)通信。 時間繼電器KT是解決離心機啟動階段差轉速低于報警點的問題。 本設計的特點除了電路簡單操作方便以外，更主要的是差轉速調節(jié)快速而準確,穩(wěn)定性可達到±0.1r/min 。 3結論 共直流母線交流變頻調速系統(tǒng)較好地解決了臥螺離心機背驅動電動機再生能量的回收問題，它給用戶帶來了很大的實惠。以上海龍華水質凈化廠為例，該廠目前年處理城市污水10萬t，使用2臺LW430W型離心機。設運行差速10 r/min，小軸力矩15 N-m，初步測算1臺離心機節(jié)能1. 5 kW，以每天運行10 h，每年運行300天計算，年節(jié)電4 500 kW-h，以每度電費0．631元計算，年節(jié)省電費2 839．5元。2臺離心機共節(jié)省電費5 679元。這種調速系統(tǒng)具有強大的生命力，值得推廣應用。