繞組式永磁調(diào)速系統(tǒng)在冶煉排煙風機的應用及改進

近年來，永磁調(diào)速器作為一種新型的電氣調(diào)速系統(tǒng)，在電力傳動行業(yè)引起了廣泛應用，專門針對工業(yè)中大功率的風機、皮帶機組、水泵類設備的調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有節(jié)電率高、可靠性強、柔性連接等優(yōu)點，尤其在振動較大的惡劣環(huán)境下，可最大限度減少設備整體的振動，而且具有維護低和使用壽命長的特點，由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、控制簡單，對環(huán)境要求低，所以成為了排煙風機及大型皮帶機類設備節(jié)能技術(shù)改造的首選。

1 排煙風機中應用永磁調(diào)速器的可行性分析及方案制定

車間原有2臺排煙風機，電機配置YKK5003-6型6kV高壓異步電動機，額定功率710kW，原采用YOTgcd875A型液力耦合器進行調(diào)速，調(diào)速靈敏性不高，故障及漏油概率大。轉(zhuǎn)速通過調(diào)速型液偶連接至離心風機，現(xiàn)場振動較大，噪音明顯，液偶發(fā)熱較大，溫度較高；因熔煉爐產(chǎn)能提升的需求，對2#排煙風機系統(tǒng)將進行整體改造，風機高壓電動機功率由710kW提升至1120kW，風量可達到600000m

/h，正常生產(chǎn)時僅運行2#排煙機，1#排煙風機零負荷備用。同時引進技術(shù)先進的繞組式永磁調(diào)速器，代替原有的液力耦合器，將轉(zhuǎn)差功率全部回收發(fā)電，通過整流、逆變及升壓功能，將回收電能回饋至電機端，從而起到發(fā)電及再利用的效果，并且無需設備循環(huán)水散熱，通過非接觸式傳遞轉(zhuǎn)矩，無摩擦磨損，振動較小，具有節(jié)電率高，故障率低等特點。

1.1 熔煉爐煙氣系統(tǒng)及排煙風機現(xiàn)狀

繞組永磁調(diào)速器由永磁轉(zhuǎn)子、繞組轉(zhuǎn)子以及控制系統(tǒng)組成的非接觸永磁傳動技術(shù)。通過控制繞組中感應電流的大小，實現(xiàn)調(diào)速、離合及軟起的功率，并將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)變成電能引出反饋再利用，徹底解決了其他轉(zhuǎn)差類調(diào)速設備的溫升問題，高效節(jié)能

。

在鎳冶煉富氧熔煉爐的生產(chǎn)系統(tǒng)中，煙氣通過熔煉爐熔煉區(qū)，進入立式膜式壁鍋爐進行降溫，余熱鍋爐上升段長度38m、下降段42m、水平段33.7m，通過余熱鍋爐后，進入電收塵器，再通過排煙風機進入制酸煙道，由于富氧頂吹屬于強氧化過程，物料進入熔池時，存在塊狀物料與煤粉，導致煙氣波動量較大，在排煙機轉(zhuǎn)速不變的情況下，鍋爐出口負壓波動差在60Pa以上，為了更好的解決生產(chǎn)系統(tǒng)煙氣和風機負載不匹配的問題，目前有兩種操作規(guī)定，一方面可以通過調(diào)節(jié)風機入口閥門開度調(diào)節(jié)煙氣負壓和煙氣量，另一方面通過調(diào)節(jié)液力耦合器執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)風量。

1.2 繞組永磁調(diào)速器與其他調(diào)速器的比較及分析

（1）永磁調(diào)速器除了進行正常調(diào)速外，可將轉(zhuǎn)差功率再利用于發(fā)電，系統(tǒng)節(jié)電率明顯高于變頻調(diào)速器，更高于液力偶合調(diào)速器、渦流永磁調(diào)速器。

（2）調(diào)速器主機與永磁電動機結(jié)構(gòu)相仿，可靠性高。

（1）啟動及調(diào)速電阻選擇：受調(diào)速原理限制，調(diào)速范圍無法實現(xiàn)零調(diào)速，通過加裝3級調(diào)速電阻進行串電阻啟動，通過切電阻實現(xiàn)調(diào)速器的穩(wěn)定啟動，啟動后切換至調(diào)速柜進行調(diào)節(jié)，3級電阻作為備用調(diào)速裝置，當調(diào)速柜出現(xiàn)故障后，自動切換至串電阻進行3級調(diào)速，可實現(xiàn)80%、85%、90%和100%的調(diào)速等級，保證調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。

王平生提出，“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的核心是解決我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民目前的不發(fā)達、不興旺、不富裕、不協(xié)調(diào)、不環(huán)保的‘三農(nóng)’問題，達到生產(chǎn)、生活、生態(tài)的‘三生’融合、協(xié)調(diào)發(fā)展，真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)村變樣、農(nóng)民受惠，最終建成小康社會的美麗鄉(xiāng)村?！编l(xiāng)村振興戰(zhàn)略要堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，加快推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。其重點是深化農(nóng)村土地制度改革，深化農(nóng)村集體產(chǎn)權(quán)制度改革，完善農(nóng)業(yè)支持保護制度，發(fā)展多種形式適度規(guī)模經(jīng)營，培育新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體。

（3）回饋和逆變單元：永磁聯(lián)軸器中永磁轉(zhuǎn)子、繞組轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)差時，通過控制繞組中感應電流的大小，實現(xiàn)調(diào)速、離合及軟起的功率，并將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)變成電能引出反饋再利用，徹底解決了其他轉(zhuǎn)差類調(diào)速設備的溫升問題，高效節(jié)能。

采用電流突變量夾角余弦的直流電網(wǎng)線路縱聯(lián)保護方法//周家培,趙成勇,李承昱,許建中//(14):165

繞組式永磁調(diào)速器與其他調(diào)速器相比較。主要從技術(shù)性能、調(diào)速原理、設備可靠性、能效分析以及設備費用等方面進行考慮，并結(jié)合目前兩種技術(shù)在高壓電動機中的應用情況，可以看出繞組式永磁調(diào)速器比其他調(diào)速器維護費用低、現(xiàn)場適應性強、節(jié)能型高。因此，選擇了繞組式永磁調(diào)速器對頂吹排煙風機進行改造。

我們可以看出，和對照相比，側(cè)深施肥水稻成穗率高、每穴穗數(shù)增多、結(jié)實率高，沒有倒伏，比常規(guī)施肥畝增產(chǎn)4.4%—7.6%。另外側(cè)深施肥水稻沒有病蟲害，可提早抽穗成熟，使水稻結(jié)實期積溫相對較高，品質(zhì)較好。

1.3 調(diào)速系統(tǒng)的可行性

通過對有排煙風機的勘察，對現(xiàn)有風機進行拆除，并安裝一套1120kW風機，并在原有的配電室安裝永磁調(diào)速器電氣控制柜，考慮該風機的重要性，在原有的電氣控制回路增加備用調(diào)速電阻器，若出現(xiàn)調(diào)速器電氣故障，可通過切電阻方式進行應急控制，永磁調(diào)速器監(jiān)控參數(shù)有控制柜輸出至車間現(xiàn)有的DCS控制系統(tǒng)，方便崗位進行啟停及參數(shù)監(jiān)控。

1.4 繞組永磁調(diào)速裝置的可靠性

排煙風機高壓開關(guān)柜電流互感器由100/5A增容至150/A，在高壓電動機與風機之間加裝永磁調(diào)速器。利用原有電纜橋架敷設高、低壓電纜，永磁耦合調(diào)速器系統(tǒng)的所有電氣設備安裝在配電室內(nèi)，電氣分布如圖1所示。

（2）電氣部分：中高壓變頻器控制的是全部功率，電流大、電壓高、器件多。而繞組永磁調(diào)速變流控制的功率只是總功率的一部分（轉(zhuǎn)差功率，最大不超過額定功率的14.815%），因此繞組永磁調(diào)速器比變頻器容量小、電壓低，電氣回饋單元相當于一個低壓變頻器，可靠性高。

（3）運行策略：正常運行時，采用整流回饋的形式將轉(zhuǎn)差能量進行高效回收利用，實現(xiàn)無極調(diào)速；當電氣控制部分出現(xiàn)故障或電網(wǎng)電能質(zhì)量波動較大（低電壓穿越）時，控制系統(tǒng)會自動無縫切換至備用的電阻柜調(diào)速，可根據(jù)客戶要求配置多檔位電阻，實現(xiàn)定檔定速調(diào)速；再退一步考慮，若實際工況不能滿足無極調(diào)速和電阻調(diào)速運行條件時，繞組線圈會自動短接，直接切換至全速（工頻）運行，以上三種電氣運行模式均可全自動無縫切換，互為備用，確保除塵風機不會停機，保障安全生產(chǎn)。

（4）當機械本體出現(xiàn)故障時，可以直接用備用的彈性直連銷將內(nèi)外轉(zhuǎn)子連接，作為彈性聯(lián)軸器來使用（機械本體基本不會故障）。

2 改造方案及實施

2.1 現(xiàn)場設備改造

（1）機械本體：是永磁電機結(jié)構(gòu)，具有電機的可靠性，本體繞組不通電，感應電流不存在過流，并具有過載打滑保護功能。

2.2 可行性分析

本次改造將風機進行整體更換，將熔煉爐2#排煙風機由710kW提升至1120kW，風量可達到600000m

/h，正常生產(chǎn)時運行2#排煙機，1#排煙風機零負荷備用；利用原有動力廠高壓開關(guān)柜，在現(xiàn)有的收塵配電室安裝永磁調(diào)速器電阻柜、調(diào)速柜、回饋柜、逆變變壓器，并將監(jiān)控參數(shù)上傳至現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)中。

理論計算機科學的一個重要的研究課題便是設計適應于計算機科學中的各種不同應用場景的算法。算法指的是程序員通過特定的計算機語言，輸入計算機系統(tǒng)中的一系列解決特定問題的清晰而明確的指令，使得計算機能夠在有限的時間以內(nèi)得出所符合設計要求的計算結(jié)果。

（2）調(diào)速單元：當永磁調(diào)速器啟動完成后，切換至調(diào)速柜運行，三相整流橋?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換成直流，再通過升壓變壓器實現(xiàn)調(diào)速控制。其中，斬波IGBT實現(xiàn)控制回路電流的調(diào)節(jié)，占空比越大，回路電流越大；升壓超過母線電壓以后，逆變單元將系統(tǒng)滑差功率逆變回電網(wǎng)。

2.3 永磁調(diào)速器選型

根據(jù)熔煉爐工藝情況，熔煉爐安裝2臺排煙風機，正常生產(chǎn)時，風機轉(zhuǎn)速達到400-650轉(zhuǎn)之間，可滿足日常生產(chǎn)需要，經(jīng)過多方面的考察及技術(shù)對比，選用了江蘇磁谷科技的YQT系列繞組式永磁調(diào)速器

。

（3）無機械動作、非接觸沒有摩擦和磨損的離合器功能；重載軟起動功能強大；非接觸傳動，隔離振動和噪聲，非破壞式打滑過載保護；調(diào)速范圍廣，尤其負載低速運行時，可保持額定轉(zhuǎn)矩運行；多動力單元驅(qū)動，自動均衡負載；對環(huán)境要求低。

2.1介入組術(shù)中出血量、手術(shù)時間、住院時間均顯著低于腹腔鏡組,各觀察指標比較均存在統(tǒng)計學差異(p<0.05)。見表1。

（4）可長時間以超低轉(zhuǎn)速（包括零轉(zhuǎn)速）大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩以下）無級調(diào)速、調(diào)轉(zhuǎn)矩運行。

村民和游客缺乏古村落保護的觀念，且村內(nèi)對村民和游客的不文明行為缺少管制，使古村的外部環(huán)境遭到污染和破壞，如街巷內(nèi)常有垃圾，衛(wèi)生環(huán)境較差；有些游客在建筑外墻面上亂涂亂畫；龍湖湖面綠藻橫生，漂浮垃圾，水質(zhì)渾濁。

2.4 參數(shù)調(diào)試

永磁調(diào)速器參數(shù)調(diào)試至關(guān)重要，通過多次啟動及現(xiàn)場轉(zhuǎn)速測試，設置“占空比下限”“投入占空比”“起動時間”“占空比上限”等參數(shù)，啟動時間安裝現(xiàn)場風機情況設定為30s，該段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速由0轉(zhuǎn)速升至100%后，由電阻切至調(diào)試器調(diào)速，逐步恢復設定負荷；調(diào)速系統(tǒng)可接受DCS控制信號，DCS控制信號包括“起動／停止”的數(shù)字量DO信號和4～20mA調(diào)速模擬量AO信號，其次DCS控制系統(tǒng)可監(jiān)視永磁調(diào)速器各狀態(tài)及故障型號。

回顧改革開放40年中國城鎮(zhèn)住房供給側(cè)結(jié)構(gòu)性變遷的歷史演進及其客觀規(guī)律是為了更加科學地全面深化新時代中國特色社會主義住房供給側(cè)改革，構(gòu)建中國特色社會主義住房供給制度。筆者認為，這包括三個方面內(nèi)容：一是明晰新時代住房供給側(cè)改革的總體思路，二是提出新時代民生改善的基本方略，三是提出防范新時代住房金融風險的根本舉措。

2.5 投資與回報效益分析

永磁調(diào)速器外轉(zhuǎn)子與繞組內(nèi)轉(zhuǎn)子有速差時，在繞組中會產(chǎn)生感應電動勢，當繞組接通后就會產(chǎn)生感應電流，通過整流、逆變及升壓功能，將回收電能回饋至電機端，從而起到發(fā)電及再利用的效果。

（1）針對永磁調(diào)速器改造前后耗電量及能耗的統(tǒng)計，液力耦合器耗電量統(tǒng)計，每輸送1kNm

煙氣需耗電2.85kW.h；永磁調(diào)速器耗電量統(tǒng)計，每輸送1kNm

煙氣需耗電2.47kW.h。合計年節(jié)約電費4.2×0.51×11=23.56萬元；

（2）水耗：液力耦合器使用DN100設備循環(huán)水冷卻，壓力0.4MPa，每年節(jié)約設備循環(huán)水3.14×0.05×1.0m/s×3600×24×330=223819.2m

,每立方設備循環(huán)水按照0.32元計算，每年可節(jié)約：0.32×223819.2=7.2萬元；

（3）永磁調(diào)速器無需更換油脂，更換油脂及檢修費用共計節(jié)約2萬元；

共計每年可節(jié)約：23.56+7.2+2=32.76萬元，預計4.6年可收回永磁調(diào)速器投資成本。

3 永磁調(diào)速器故障及優(yōu)化改進

永磁調(diào)速器運行1年多時間，總體運行比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大的設備故障，根據(jù)永磁調(diào)速器本身而言，主要為電氣故障，根據(jù)故障的重要程度劃分為一般故障及重要故障兩類。一般故障包括IGBT過熱（超過80℃)、本體過熱、本體振動、碳刷磨損、變壓器報警、本體風機報警；重要故障包括繞組過壓、繞組電流故障、母線過壓、逆變器故障、斬波單元故障。

3.1 故障處理

①一般故障：以報警節(jié)點信號的方式向DCS發(fā)出，控制室人員按照DCS控制系統(tǒng)提示，匯報車間維修人員進行檢查，一般故障主要為本體進氣濾網(wǎng)太臟堵塞、軸承缺少潤滑油造成溫度較高、碳刷磨損較多等情況，故障處理完成后進行復位，不影響系統(tǒng)作業(yè)，運行過程中碳刷摩擦造成磨損，故碳刷應每月進行檢查。②重要故障：當重要故障出現(xiàn)后，調(diào)速系統(tǒng)切換至電阻柜，并向DCS報告故障狀態(tài)，重要故障為輸入過電壓、欠電壓、缺相等故障，相應的檢查故障原因。

由表4可以看出，古宇廟水庫在2011年之前的年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較高，處于30≤TLI(∑)≤50，水質(zhì)狀況在中營養(yǎng)狀態(tài)內(nèi)，之后的年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)<30，屬于貧營養(yǎng)狀態(tài)，富營養(yǎng)狀態(tài)呈好轉(zhuǎn)趨勢。

3.2 運行過程優(yōu)化改進

永磁調(diào)速器出廠時為50%～100%調(diào)速，調(diào)速范圍比較窄，生產(chǎn)負荷低時，風機轉(zhuǎn)速過高，造成爐膛負壓太大，崗位工通過控制排煙機進出口調(diào)節(jié)閥門進行控制負壓，造成風機轉(zhuǎn)速高，能耗高的問題，車間工程技術(shù)人員和江蘇磁谷科技股份有限公司共同進行研究，在永磁調(diào)速器至逆變器之間增加變頻變壓器，通過變頻單元采用的是升壓電路進行調(diào)速控制，變頻單元根據(jù)控制功率劃分為380V、660V和1140V三個電壓等級，對應的母線電壓分別為650V、1050V和1850V，因此對應交流繞組側(cè)最大電壓為450V、770V和1370V。當耦合器繞組輸出交流側(cè)電壓大于最大電壓時，需要采用串啟動電阻軟起動或者在耦合器與控制柜之間增加一個變頻變壓器進行降壓的方式，將繞組端電壓降到最大電壓以內(nèi)，便于對被控對象進行調(diào)速控制。最低轉(zhuǎn)速由600rpm將至300rpm，完全滿足現(xiàn)場需求。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場使用情況，使用繞組永磁調(diào)速器原地取代液偶，使用更為穩(wěn)定，有效解決目前調(diào)速型液力偶合器運行效率低下振動過大、漏油、機械故障多、維護量大等問題，大幅減少維護成本，節(jié)能效果佳。

[1]彭凌云.永磁耦合器在環(huán)冷鼓風機的應用與故障分析.冶金設備管理與維修.2020.06.

[2]王旭.永磁調(diào)速器磁路設計與建模分析技術(shù)的研究[D].東北大學,2013.