電流矢量型變頻器在吊籃式離心機的節(jié)能應用

劉剛偉，董福金（.昆明川金諾化工股份有限公司，云南昆明65400；.大連普傳科技股份有限公司，遼寧大連603）

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電流矢量型變頻器在吊籃式離心機的節(jié)能應用

劉剛偉1，董福金2
（1.昆明川金諾化工股份有限公司，云南昆明654100；2.大連普傳科技股份有限公司，遼寧大連116023）

摘要：針對磷化工產(chǎn)業(yè)中的主要工藝設備—吊籃式離心機采用傳統(tǒng)控制方式，耗電量大、維修頻繁、雙速電機本身就易損、生產(chǎn)工藝有缺陷等情況，采用PI9200系列電流矢量變頻器來進行系統(tǒng)改造，目的是降低耗電量，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、易于維護、提高企業(yè)綜合效益。給出了離心機工作原理及改造方案，共用直流母線及直流電抗器的應用解決了再生能耗，提高了系統(tǒng)功率因數(shù)。實踐證明此改造方法有效可行，可以在行業(yè)內(nèi)進行全面推廣。

關鍵詞：吊籃式離心機；變頻器；電流矢量控制

在我國從事磷化工產(chǎn)業(yè)的廠家很多，其產(chǎn)品磷、磷肥、磷酸鹽等主要應用于肥料、飼料、洗滌劑、食品工業(yè)、電子工業(yè)、紡織、玻璃、冶金、陶瓷等，市場需求量非常大。主要工藝設備有吊籃式離心機，它是一種上懸式、重力卸料、自動控制、連續(xù)循環(huán)工作的過濾離心機，其工作原理：電機驅(qū)動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，在進料低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，物料從轉(zhuǎn)鼓上部加入，均勻分布到轉(zhuǎn)鼓壁，進料達到預定容積后停止進料，升至高速進行分離。進料和高速分離過程中，在離心力作用下，液體穿過濾網(wǎng)和轉(zhuǎn)鼓壁的濾孔排出轉(zhuǎn)鼓，再經(jīng)排液管排出離心機外，固體截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。

高速分離結束后，轉(zhuǎn)速降至卸料低轉(zhuǎn)速或停止狀態(tài)，自動提升料罩，固相物在重力作用下脫落排出轉(zhuǎn)鼓，從機殼底部排出，然后自動清洗濾網(wǎng)，開始下一個循環(huán)。雙速電機系統(tǒng)存在設備啟動頻繁對電網(wǎng)沖擊比較大、電控系統(tǒng)線路復雜、控制柜體積龐大和耗能等缺點，采用變頻器改造現(xiàn)有工藝方案是節(jié)能、可靠、性能更優(yōu)的選擇。

1　改造前設備情況

云南某磷化工生產(chǎn)企業(yè)，主導產(chǎn)品為飼料級磷酸氫鈣統(tǒng)稱磷酸鹽。目前行業(yè)生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)半成品（未烘干的磷酸氫鈣）所用的固液分離裝置種類比較多，有自動化程度比較高的平板式自動刮刀下部卸料離心機、陶瓷真空過濾機、吊籃式離心機等。

該現(xiàn)場使用的是吊籃式離心機共38臺，用于磷酸氫鈣（簡稱氫鈣）的半成品脫水，設備使用時間已7 a有余。每臺離心機配備1臺Y系列的6/8極雙速電機（型號YD200L2-8/6，380 V/20 kW）作為動力源來驅(qū)動離心機的旋轉(zhuǎn)，該裝置經(jīng)過長期大量的使用發(fā)現(xiàn)存在以下缺點。

1.1設備耗電量大

電機工頻運行耗電量大。同時，電機啟動頻繁對電網(wǎng)沖擊比較大（380 V/20 kW的電機工頻啟動時電流達到5～7倍額定電流，即110～160 A之間）、對整個電網(wǎng)內(nèi)的電氣設備造成一定影響。如，照明燈忽明忽暗、設備電力系統(tǒng)內(nèi)精密儀器的測試精度受到干擾，影響設備使用壽命等。當然，該情況也可以通過加大變壓器容量來解決，但更換變壓器的成本投入比較大。

1.2維護費用較高

電控系統(tǒng)線路復雜、控制柜體積龐大、維修工作量大而且維修頻繁。其中，作為啟動和高低速切換的交流接觸器，由于頻繁切換而容易損壞，每臺離心機平均每月要更換接觸器1到2只。并且過快的啟動加速度和低、高速切換使得離機心甩塊也容易損壞，整個設備的電氣與機械維護成本都比較高。

1.3雙速電動機本身就易損壞

高低速對應不同的電機繞組，加速過載很容易損壞電機，另外現(xiàn)場的酸性腐蝕氣體也加速了電機的損壞，在該現(xiàn)場平均每臺雙速電機壽命只有7～8個月左右。

1.4生產(chǎn)工藝存在缺陷

雙速電動機高、低轉(zhuǎn)速為固定，而物料的結晶情況卻不是一成不變的，針對不同結晶情況需要有不同的分離速度，因此現(xiàn)實分離的效果并不是很好。

鑒于存在上述缺陷，因此決定對該現(xiàn)場38臺吊籃離心機進行變頻改造。

2　變頻改造方案

2.1更換電機

按照滿足原電機的轉(zhuǎn)速及力矩要求，將原有多級雙速電動機（YD200L2-8/6/-15 kW/20 kW，額定轉(zhuǎn)速730/980 r/min）換成普通異步電動機（Y180L-4額定功率22 kW，額定電流42.5 A，額定轉(zhuǎn)速1 470 r/min，額定轉(zhuǎn)矩143 N·m）。異步電機的結構簡單、使用壽命長、方便維護，可有效降低電機的維護費用。

2.2采用變頻控制柜

取消原有的雙接觸器控制柜，采用普傳PI9000系列變頻器進行離心機控制，依照工藝要求設置好相應參數(shù)。當需要使用離心機時，合上離心機電源QF1，低速運行合上開關SB1，當完成布料要切換到高速時合上開關SB2。需要停機時先關低速SB1再關高速SB2。變頻器接線如圖1、圖2所示。

圖1　變頻器主接線圖Fig.1 Convertermainwiringdiagram

圖2　控制端子接線圖Fig.2 Controlterminaldiagram

2.3共直流母線

將各個離心機變頻器的直流母線并聯(lián)起來，以解決變頻器運行當中出現(xiàn)的再生能耗問題。將所有的變頻器面板打開，變頻器的直流母線正極（P極）、負極（N極）采用與母線銅排相同截面的導線引出來，再經(jīng)過斷路器將對應的電極用導線并聯(lián)起來，如圖3所示。

圖3　共直流母線連接圖Fig.3 Common DC bus connection diagram

2.4接入直流電抗器

接入直流電抗器能改善功率因數(shù)，提高整個控制系統(tǒng)的效率。

3　改造后的效果

3.1電動機方面

換成普通異步電動機后，檢修安裝不需要核實雙速電機的線圈在相同相位下是否存在高、低速不同轉(zhuǎn)向問題（原先碰到過低速時電機正轉(zhuǎn)，切到高速時電動機反轉(zhuǎn)，而導致電機損壞及控制設備損壞），安裝和維護更簡便，電機的使用壽命也長，至少壽命都在3 a以上，可以節(jié)省大量維護成本。

3.2變頻器方面

采用變頻器后，電機啟動電流以及高、低速切換時的電流大大減小。減少了對電網(wǎng)的沖擊，對電網(wǎng)內(nèi)使用的其他設備影響也減少了，電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性得到提高。

3.3機械方面

采用變頻器后，離心機的啟動和高、低速切換時的機械沖擊大大減小，最明顯的一點不用再頻繁更換離心機甩塊，節(jié)省了維修費用，延長了離心機的壽命。

具體維修費計算：原電控柜的年維修費，按38臺離心機每月更換1只接觸器算，1只大約220元。則，

38臺×12月×220元＝100 320.00元采用變頻器后的年修費用預計為35 000.00元，1 a節(jié)省維修費65 000萬元。

3.4改善了生產(chǎn)工藝

采用變頻器后可以根據(jù)原料結晶情況隨時來調(diào)整離心機的轉(zhuǎn)速，使分離效果達到最佳，而且調(diào)速也很方便。

3.5節(jié)省電能

改造后節(jié)能降耗效果明顯，帶來可觀的經(jīng)濟效益。多臺變頻器采取共直流母線的方式，當其中某臺變頻器處于減速狀態(tài)而產(chǎn)生再生能量時，處于加速過程中的變頻器便會吸收此能量來做功，高速運行時變頻系統(tǒng)的運行效率要比雙速電動機高些，這也是一種節(jié)能。

節(jié)省電費計算，改造前離心機平均耗電量為380 kW·h/d，改造后為197.6 kW·h/d。每天節(jié)電182.4 kW·h。38臺離心機1 a工作按330 d算，節(jié)電：330 d×38臺×182.4 kW·h＝2 287 296 kW·h。平均電價按0.6元折算：2 287 296×0.6＝1 372 377.60元。

4　結論

吊籃式離心機采用電流矢量型變頻器進行節(jié)能改造，控制系統(tǒng)安裝操作簡便，運行穩(wěn)定可靠，節(jié)電效果好，綜合效益顯著。并且普傳變頻器廠家根據(jù)使用現(xiàn)場環(huán)境情況，定制高防護等級控制柜，變頻器自身也增加了強化防護處理，可有效延長變頻器在該使用場合的使用壽命。直流母線在出廠時也引出到接線端子，方便了客戶現(xiàn)場接線，有效降低了客戶使用成本。該現(xiàn)場離心機的變頻改造非常成功，可以在行業(yè)內(nèi)普及推廣。

參考文獻

［1］大連普傳科技股份有限公司，普傳科技PI9000矢量變頻器說明書［Z］.V11.0 20140303CJ.

修改稿日期：2015-11-19

Current Vector Converter′s Energy Efficiency in the Basket Centrifuge

LIU Gangwei1，DONG Fujin2
（1. Kunming Chuan Jin Nuo Stock Co.，Ltd.，Kunming 654100，Yunnan，China；2. Dalian Powtran Technology Co.，Ltd.，Dalian 116023，Liaoning，China）

Abstract:In the phosphorus chemical industry，the main process equipment-basket centrifuges adopt traditional control method，which lead to big power consumption，maintenance intensive，double speed motor vulnerability，the production process defects，etc.，we adopted PI9200 series current vector converter for system reform，aimed to reduce power consumption，to ensure the system reliable，easy to maintain and improved the overall efficiency of enterprises. Stated the working principle of the centrifuge and rehabilitation programs，common DC bus and the DC reactor application solved the renewable energy and improved the power factor. Practice has proved that this method is effective transformation，can conduct a comprehensive promotion in the industry.

Key words:basket-type centrifuge；converter；current vector control

收稿日期：2015-03-23

作者簡介：劉剛偉（1981-），男，本科，工程師，Email：1176535492@qq.com

中圖分類號：TM464

文獻標識碼：B