胡余中

(自貢鴻鶴化工股份有限公司,四川 自貢 643000)

重質(zhì)純堿擠壓機電動機和變頻器設(shè)計選型

胡余中

(自貢鴻鶴化工股份有限公司,四川 自貢 643000)

介紹國產(chǎn)中型電動機性能參數(shù),以及西門子變頻器的選型理由,和擠壓機的自動控制。

擠壓機;電動機;變頻器;控制器

自貢鴻鶴化工股份公司新重質(zhì)純堿150萬t/a工程,主要工藝核心設(shè)備為擠壓機,引進(jìn)的是美國KOMAREK公司DH500-28型擠壓機主機,其減速箱、電動機和變頻器由國內(nèi)配套設(shè)計。由于老重質(zhì)純堿德國的Bepex公司MS300擠壓機能力偏小,出現(xiàn)過載運行和鐵件掉入壓輥,軸承損壞,軸斷裂等情況。中美雙方在新擠壓機械強度允許的條件下,把美國擠壓機壓輥延長了20 mm,從而加大了擠壓槽的有效面積,同時也相應(yīng)提高電動機和變頻器的功率,以提高裝置的生產(chǎn)能力。本文就國產(chǎn)中型電動機性能參數(shù),西門子變頻器的選型理由,擠壓機的自動控制等作介紹。

1 擠壓機的電動機選配

擠壓機的作用是把輕質(zhì)純堿粉擠壓成長條重質(zhì)堿塊,按工藝要求,擠壓機的電動機基本參數(shù)選定為:380 V、50 Hz、355 kW、1460 r/min 和 F級絕緣 ,擠壓機軋輥速度為29 r/min,軋輥減速器變比為44.24/1。由于變頻器頻率調(diào)節(jié)范圍不大,在38～52 Hz,而ABB、西門子的變頻電動機又太貴,因此決定在國內(nèi)配套生產(chǎn)該電動機。為此,請上海電機廠和重慶電機廠作了報價。經(jīng)過經(jīng)濟和技術(shù)比較,選用了重慶電機廠生產(chǎn)的 Y400-4,355 kW,380 V,669 A,IP54的電動機。由于此電機已跨入中型電機行列,其國家標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)稍微低于小一等級的小型電動機315 kW。我公司老重質(zhì)純堿擠壓機用的就是重慶電機廠生產(chǎn)的,型號為Y355L2-4,315 kW電機。新老重質(zhì)純堿新電動機的技術(shù)參數(shù)值比較如表1:

表1 新老擠壓機電動機的技術(shù)參數(shù)值比較

由于以上兩者參數(shù)有差別,為了謹(jǐn)慎,同時把負(fù)載特性,如擠壓純堿,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,重載及配有變頻器等通知了重慶電機廠;又把重慶電機廠的電動機技術(shù)參數(shù)和配恒轉(zhuǎn)矩變頻器告訴了美國 KOMAREK公司,以得到兩個廠家的配合和確認(rèn)。據(jù)重慶電機廠家介紹,象這樣大的低壓電動機都是定做,為保護(hù)電動機,在繞組和軸承配有測溫元件WZP-003,Pt100型鉑熱電阻8只,以保護(hù)電機繞組和軸承不過載損壞。因此,儀表設(shè)計選用XJ-08H溫度巡回檢測儀繞組高溫報警為140℃,跳閘為155℃,軸承報警85℃。

2 變頻器的選型

利用變頻器可以調(diào)節(jié)擠壓機電動機轉(zhuǎn)速,以達(dá)到最佳的擠壓效果、節(jié)能,并控制調(diào)節(jié)產(chǎn)量。筆者對此選配進(jìn)口變頻器,來進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)然,對交流380 V,355 kW低壓電動機配用變頻器還可降低啟動電流、提高啟動轉(zhuǎn)矩、避免啟動時的大電流對電網(wǎng)的沖擊。為此選擇了2個廠家來競標(biāo),一家是德國的西門子,另一家是丹麥的丹佛斯公司。由于丹佛斯變頻器VLT5500在變轉(zhuǎn)矩(輕過載)控制時(如水泵、風(fēng)機類負(fù)載)為400 kW,745 A,而在恒轉(zhuǎn)矩控制,即重過載時輸出功率為355 kW,但是電流In=658 A＜電動機額定電流Ie=669 A;而西門子SIMOVERT MasterDrives VC 6SE7137恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為400 kW,電流為690 A,大于電動機額定電流。兩家變頻器的技術(shù)性能和維護(hù)使用比較如下:

表2 兩家變頻器的技術(shù)性能和維護(hù)使用比較

根據(jù)變頻器選擇原則,是按最大負(fù)載下給出的電動機額定電流進(jìn)行選擇,即變頻器額定輸出電流In≥電動機額定電流Ie。

此變頻器是由德國進(jìn)口主件,天津西門子成套組裝的變頻器標(biāo)準(zhǔn)化柜裝置,其主回路為交直電壓型,在恒轉(zhuǎn)矩控制時,則有一個依賴負(fù)載的U/F曲線(FC)特性,在負(fù)載電流增加時,輸出電壓也會加大,從而維持電機的恒定磁化。功率單元采用IGBT組件,具有功率因數(shù)高,性能可靠,系統(tǒng)穩(wěn)定。調(diào)速裝置主板配有數(shù)字、模擬量輸入/輸出接口等。它可以向擠壓機類的負(fù)載提供高啟動轉(zhuǎn)矩,應(yīng)用于重載負(fù)荷不降低容量,網(wǎng)側(cè)SITOR雙保險熔斷器3NE1對電纜及半導(dǎo)體器件進(jìn)行保護(hù),2%的進(jìn)線電抗器減少變頻器諧波電流,限制由于電網(wǎng)、電壓的跳躍或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的電流沖擊。

綜上所述,西門子的技術(shù)性能和維護(hù)使用都優(yōu)于丹佛斯。因此,選擇了西門子SIMOVERT Master Drives VC 6SE7137-0EE20-3BA0。

由于本次對大功率變頻器的選擇引起了足夠的重視,在選型交流時還發(fā)現(xiàn),由于丹佛斯樣本對重載和輕載描述得不夠清楚,很容易讓人在選型上搞錯,這一點連丹佛斯有的代理工程師都沒搞得太清楚。丹佛斯在恒轉(zhuǎn)矩控制時,當(dāng)時為400 V最大輸出功率就只能做到355 kW,而西門子已經(jīng)做到了1500 kW。

預(yù)擠壓螺旋機齒輪電機是德國 SEW R107DMV225S4,37 kW,299 r/min對應(yīng) 50 Hz。象螺旋給料機這種負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化范圍較大,應(yīng)采用矢量控制方式的西門子MICROMASTR 440,6SE6440-2UD33-7EA1變頻器。MICROMASTR 440與SIMOVERT Master Drives VC的主要區(qū)別在于更小型,更經(jīng)濟。這里要強調(diào)的是 MICROMASTR變頻器又分為基本型420、節(jié)能型430和矢量VC控制型440。420、430型只有V/F控制不能同時滿足重載與輕載交替變化的要求,只適用于風(fēng)機、水泵和卷揚機類的負(fù)載。

西門子SIMOVERT Master Drives VC變頻器的參數(shù)設(shè)定分為三類:①系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定,以輸入電動機名牌參數(shù)、保護(hù)整定值;②運行參數(shù),以輸入開車/停車命令、輸入頻率給定值、輸出頻率和輸出電流值;③狀態(tài)參數(shù),以讀出控制字、狀態(tài)字的值,如輸出電壓、電流指示等。

3 擠壓機自動控制

由于把粉料擠壓成固體物料,擠壓機需要較大的轉(zhuǎn)矩,進(jìn)料物流又可能產(chǎn)生波動。擠壓機壓輥電動機負(fù)荷電流與頂部的預(yù)擠壓螺旋給料的速度有直接聯(lián)系,而且2臺電機都配有西門子變頻器,就可以用1只西門子控制器SIPART DR20S把它們聯(lián)系起來了。此控制器是一種具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理的可編程控制器,程序存儲器設(shè)有各種功能,具有運行棒顯示,按圖1所示,控制器把大變頻器測出的主電動機電流實際值與電流設(shè)定值相比較處理,來控制預(yù)擠壓變頻器增速和減速,這樣擠壓機系統(tǒng)就可以實現(xiàn)自動控制和手動控制了。

圖1 擠壓機自動控制原理圖

由于擠壓機是把純堿粉擠壓成長條堿塊,進(jìn)料物流可能產(chǎn)生波動,此控制方式在老裝置開車期間起到了很好的作用,自動控制效果顯著,減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)。

老擠壓機考核時平均開到了56 Hz,才達(dá)到150萬t/a設(shè)計能力;而新機子考慮了擴能,在48 Hz時就達(dá)到了產(chǎn)量要求。

老裝置在性能考核時,由于德國2#振動篩(2臺2 kW)振動電動機能力偏小,筆者采用增加1臺西門子5 kW變頻器來提高振動電動機拋投能力,才使裝置達(dá)到合同保證值。德國人還把此技術(shù)用到了印度的塔塔堿廠。

印度的塔塔堿廠的德國Bepex公司MS300擠壓機電動機為315 kW、6kV,未配變頻器,不能調(diào)速,因此調(diào)節(jié)產(chǎn)量很不方便,擠壓效果不夠理想,也達(dá)不到設(shè)計能力,但可以節(jié)省1臺大變頻器,綜合一次性投資要少10多萬元人民幣。

由于純堿行業(yè)具有化工粉塵和氣體的腐蝕,為保證變頻器長周期安全平穩(wěn)地運行,實際可行的辦法就是在變頻器室安裝空調(diào),并通入正壓干燥的儀表空氣,同時把變頻器遙控面板安放在操作室的控制屏上,以防止操作人員帶純堿粉塵入變頻器室。

4 結(jié) 語

將新重質(zhì)純堿擠壓機壓輥延長,加大了擠壓槽面積,同時也加大電動機和變頻器容量,來提高生產(chǎn)能力。用國產(chǎn)電動機配變頻器來調(diào)節(jié)擠壓機的轉(zhuǎn)速,可以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)量和擠壓效果的作用。經(jīng)過10年的運行,新擠壓機電動機和變頻器運行正常,達(dá)到了新建裝置的設(shè)計能力。

[1]西門子SIMOVERT Master Drives VC操作說明書

[2]西門子 MicroMaster 440說明書

[3]西門子 SIPART?DR20S/K操作說明書

[4]張燕賓編著.電動機變頻器調(diào)速圖解[M].北京:電力出版社

[5]丹佛斯VLT?5000系列操作說明書

TQ 114.15

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:1005-8370(2011)01-25-03

2010-10-28

胡余中(1957—),大專,高級工程師?，F(xiàn)任鴻鶴化工股份有限公司副總工程師。