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摘 要： GD包装机的烟库搅动辊电机是直流电机，直流电机的碳刷易磨损，需要经常维护，由于电机安装是平置的，碳刷电枢部分容易进油直接造成电机损坏，同时直流驱动器和直流电机价格昂贵，供货周期较长，将搅动辊电机改造为变频器器控制的普通三相异步电动机，改造后，有效地减少系统的维护量，提高设备有效作业率，降低备件的费用。
关键词： GD包装机；直流电机；变频器；三相异步电动机
中图分类号：G35 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210015－02
0 引言
GD包装机烟库搅动电机普遍采用的是直流电机，大部分电机已使用10年以上，已进入老化期，故障率比较高，影响正常的生产，随着电子技术的不断进步与发展，交流电机的变频驱动技术在工业得到广泛的应用，我们车间采用了变频器驱动三相交流电机的控制系统对原直流控制控制直流电机进行了改造。
1 改造方案
取消原直流驱动器，将烟库直流电机更改为普通三相交流电机（YSDL
-38-10 220V 120W），采用伦茨变频器（LENZE 8201E）进行驱动控制。将原控制系统的速度信号经过F/V频压变换器转化为电压信号，作为变频器的速度输入，使搅动辊电机的运转速度与包装设备的运行速度相匹配。系统控制方框图如下：
图1 搅动辊电机改造系统框图
1）N02.04是指电控柜内模拟板的第四输出通道，为原机的速度输出信号，属于频率信号。
2）F/V频压转换模块，是GD设备原厂配件，其作用是将频率信号转化为电压信号。
2 变频器的工作原理
变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。其工作原理如下图所示。
图2 变频器工作原理图
由图2可以看到，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
1）整流器。它的作用是把三相（或单相）交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
2）逆变器。它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
3）控制电路。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
交流电动机的同步转速表达式位：n＝60 f（1-s）/p
式中n：异步电动机的转速；f：异步电动机的频率；s：电动机转差率；p：电动机极对数。由交流电动机的同步转速表达式位可以看到，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
3 系统的控制接线及工作原理
3.1 系统的电气控制接线图（图3）
图3 系统的控制接线图
1）模拟控制输入端子
表1 变频器的跳线接法说明
原机速度信号经过频压转化为电压信号，输入到变频器的7、8接线端子。7为内部接地端，8为0-10V模拟量输入设定端子。
可通过端子7和8选择一个模拟设定值，通过改变变频器前面的跳线设置来实现。因为我们在改造过程中经频压转换器输出的是一个0-10V的电压值，所以须将跳线端子1和2短接。表1为变频器的跳线接法说明。
2）数字控制输入端子
变频器的数字控制输入端子的功能，如表2所示，端子28为控制使能端，由原系统的N15 08输出端控制。F10为故障输出信号，送到系统数字板的N10 27，起到故障报警的作用。
表2 变频器的数字控制输入端
3.2 工作原理分析
设备上电后，变频器得电，当需拨烟辊电机旋转时，控制柜内的CPU一方面会令第15输出板上的第8通道输出一﹢24V的电压信号到变频器的28号接线端子，使变频器使能；另一面同时令模拟板2号板上的第4通道输出与机器转速相匹配的频率信号到频压转换器的输入端，该频率信号经频压转换器转换后，输出一定的正电压信号到变频器的模拟控制输入端。这样变频器就驱动着拨烟辊电机以与机器主电机相匹配的速度进行运转。
当变频器发生故障而不能工作时，变频器内部的故障继电器失电，其常闭点K12、K14闭合，则一﹢24V的电压信号送到电柜内第10输入板的第27通道，经CPU处理后，使设备停机，并在OPC上显示红色故障信息：A456驱动器故障（注：因其故障输入点接在原驱动器的故障输入点上，故在此仍然显示的是A456驱动器）。
4 系统的安装调试
1）拆除原直流电机，改为定制的三相交流电机。
2）在电控柜内安装频压转换器及变频器。
3）安装电器原理接线图接线。
4）按表3的参数设置变频的参数。
表3
5 结束语
Gd搅动辊电机及其驱动系统改造后，解决了以往直流电机碳刷容易磨损、维护烦琐，故障率高的缺点，提高了的设备有效作业率，同时变频器及三相交流电机的成本远低于进口直流控制器及直流电机，从而降低了备件的费用。
参考文献：
[1]姜平主编，《维修电工技师鉴定培训教材》，机械工业出版社，2009.9.
[2]席志红主编，《电工技术》，哈尔滨工程大学出版社，2010.1.
作者简介：
孙君（1977-），男，汉族，山东人，工程师，青岛卷烟厂，研究方向：工业自动化控制；冯强，男，汉族，山东人，工程师，青岛卷烟厂，研究方向：工业自动化控制。
关键词： GD包装机；直流电机；变频器；三相异步电动机
中图分类号：G35 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210015－02
0 引言
GD包装机烟库搅动电机普遍采用的是直流电机，大部分电机已使用10年以上，已进入老化期，故障率比较高，影响正常的生产，随着电子技术的不断进步与发展，交流电机的变频驱动技术在工业得到广泛的应用，我们车间采用了变频器驱动三相交流电机的控制系统对原直流控制控制直流电机进行了改造。
1 改造方案
取消原直流驱动器，将烟库直流电机更改为普通三相交流电机（YSDL
-38-10 220V 120W），采用伦茨变频器（LENZE 8201E）进行驱动控制。将原控制系统的速度信号经过F/V频压变换器转化为电压信号，作为变频器的速度输入，使搅动辊电机的运转速度与包装设备的运行速度相匹配。系统控制方框图如下：
图1 搅动辊电机改造系统框图
1）N02.04是指电控柜内模拟板的第四输出通道，为原机的速度输出信号，属于频率信号。
2）F/V频压转换模块，是GD设备原厂配件，其作用是将频率信号转化为电压信号。
2 变频器的工作原理
变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。其工作原理如下图所示。
图2 变频器工作原理图
由图2可以看到，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
1）整流器。它的作用是把三相（或单相）交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
2）逆变器。它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
3）控制电路。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
交流电动机的同步转速表达式位：n＝60 f（1-s）/p
式中n：异步电动机的转速；f：异步电动机的频率；s：电动机转差率；p：电动机极对数。由交流电动机的同步转速表达式位可以看到，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
3 系统的控制接线及工作原理
3.1 系统的电气控制接线图（图3）
图3 系统的控制接线图
1）模拟控制输入端子
表1 变频器的跳线接法说明
原机速度信号经过频压转化为电压信号，输入到变频器的7、8接线端子。7为内部接地端，8为0-10V模拟量输入设定端子。
可通过端子7和8选择一个模拟设定值，通过改变变频器前面的跳线设置来实现。因为我们在改造过程中经频压转换器输出的是一个0-10V的电压值，所以须将跳线端子1和2短接。表1为变频器的跳线接法说明。
2）数字控制输入端子
变频器的数字控制输入端子的功能，如表2所示，端子28为控制使能端，由原系统的N15 08输出端控制。F10为故障输出信号，送到系统数字板的N10 27，起到故障报警的作用。
表2 变频器的数字控制输入端
3.2 工作原理分析
设备上电后，变频器得电，当需拨烟辊电机旋转时，控制柜内的CPU一方面会令第15输出板上的第8通道输出一﹢24V的电压信号到变频器的28号接线端子，使变频器使能；另一面同时令模拟板2号板上的第4通道输出与机器转速相匹配的频率信号到频压转换器的输入端，该频率信号经频压转换器转换后，输出一定的正电压信号到变频器的模拟控制输入端。这样变频器就驱动着拨烟辊电机以与机器主电机相匹配的速度进行运转。
当变频器发生故障而不能工作时，变频器内部的故障继电器失电，其常闭点K12、K14闭合，则一﹢24V的电压信号送到电柜内第10输入板的第27通道，经CPU处理后，使设备停机，并在OPC上显示红色故障信息：A456驱动器故障（注：因其故障输入点接在原驱动器的故障输入点上，故在此仍然显示的是A456驱动器）。
4 系统的安装调试
1）拆除原直流电机，改为定制的三相交流电机。
2）在电控柜内安装频压转换器及变频器。
3）安装电器原理接线图接线。
4）按表3的参数设置变频的参数。
表3
5 结束语
Gd搅动辊电机及其驱动系统改造后，解决了以往直流电机碳刷容易磨损、维护烦琐，故障率高的缺点，提高了的设备有效作业率，同时变频器及三相交流电机的成本远低于进口直流控制器及直流电机，从而降低了备件的费用。
参考文献：
[1]姜平主编，《维修电工技师鉴定培训教材》，机械工业出版社，2009.9.
[2]席志红主编，《电工技术》，哈尔滨工程大学出版社，2010.1.
作者简介：
孙君（1977-），男，汉族，山东人，工程师，青岛卷烟厂，研究方向：工业自动化控制；冯强，男，汉族，山东人，工程师，青岛卷烟厂，研究方向：工业自动化控制。