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）

?

電流矢量型變頻器在吊籃式離心機(jī)的節(jié)能應(yīng)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(duì)磷化工產(chǎn)業(yè)中的主要工藝設(shè)備—吊籃式離心機(jī)采用傳統(tǒng)控制方式，耗電量大、維修頻繁、雙速電機(jī)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(lái)進(jìn)行系統(tǒng)改造，目的是降低耗電量，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易于維護(hù)、提高企業(yè)綜合效益。給出了離心機(jī)工作原理及改造方案，共用直流母線及直流電抗器的應(yīng)用解決了再生能耗，提高了系統(tǒng)功率因數(shù)。實(shí)踐證明此改造方法有效可行，可以在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行全面推廣。

關(guān)鍵詞：吊籃式離心機(jī)；變頻器；電流矢量控制

在我國(guó)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(yīng)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(chǎng)需求量非常大。主要工藝設(shè)備有吊籃式離心機(jī)，它是一種上懸式、重力卸料、自動(dòng)控制、連續(xù)循環(huán)工作的過(guò)濾離心機(jī)，其工作原理：電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)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(jìn)料達(dá)到預(yù)定容積后停止進(jìn)料，升至高速進(jìn)行分離。進(jìn)料和高速分離過(guò)程中，在離心力作用下，液體穿過(guò)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(jī)外，固體截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。

高速分離結(jié)束后，轉(zhuǎn)速降至卸料低轉(zhuǎn)速或停止?fàn)顟B(tài)，自動(dòng)提升料罩，固相物在重力作用下脫落排出轉(zhuǎn)鼓，從機(jī)殼底部排出，然后自動(dòng)清洗濾網(wǎng)，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。雙速電機(jī)系統(tǒng)存在設(shè)備啟動(dòng)頻繁對(duì)電網(wǎng)沖擊比較大、電控系統(tǒng)線路復(fù)雜、控制柜體積龐大和耗能等缺點(diǎn)，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(shè)備情況

云南某磷化工生產(chǎn)企業(yè)，主導(dǎo)產(chǎn)品為飼料級(jí)磷酸氫鈣統(tǒng)稱(chēng)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(lèi)比較多，有自動(dòng)化程度比較高的平板式自動(dòng)刮刀下部卸料離心機(jī)、陶瓷真空過(guò)濾機(jī)、吊籃式離心機(jī)等。

該現(xiàn)場(chǎng)使用的是吊籃式離心機(jī)共38臺(tái)，用于磷酸氫鈣（簡(jiǎn)稱(chēng)氫鈣）的半成品脫水，設(shè)備使用時(shí)間已7 a有余。每臺(tái)離心機(jī)配備1臺(tái)Y系列的6/8極雙速電機(jī)（型號(hào)YD200L2-8/6，380 V/20 kW）作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)，該裝置經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大量的使用發(fā)現(xiàn)存在以下缺點(diǎn)。

1.1設(shè)備耗電量大

電機(jī)工頻運(yùn)行耗電量大。同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)頻繁對(duì)電網(wǎng)沖擊比較大（380 V/20 kW的電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)電流達(dá)到5～7倍額定電流，即110～160 A之間）、對(duì)整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)的電氣設(shè)備造成一定影響。如，照明燈忽明忽暗、設(shè)備電力系統(tǒng)內(nèi)精密儀器的測(cè)試精度受到干擾，影響設(shè)備使用壽命等。當(dāng)然，該情況也可以通過(guò)加大變壓器容量來(lái)解決，但更換變壓器的成本投入比較大。

1.2維護(hù)費(fèi)用較高

電控系統(tǒng)線路復(fù)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(dòng)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(tái)離心機(jī)平均每月要更換接觸器1到2只。并且過(guò)快的啟動(dòng)加速度和低、高速切換使得離機(jī)心甩塊也容易損壞，整個(gè)設(shè)備的電氣與機(jī)械維護(hù)成本都比較高。

1.3雙速電動(dòng)機(jī)本身就易損壞

高低速對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)繞組，加速過(guò)載很容易損壞電機(jī)，另外現(xiàn)場(chǎng)的酸性腐蝕氣體也加速了電機(jī)的損壞，在該現(xiàn)場(chǎng)平均每臺(tái)雙速電機(jī)壽命只有7～8個(gè)月左右。

1.4生產(chǎn)工藝存在缺陷

雙速電動(dòng)機(jī)高、低轉(zhuǎn)速為固定，而物料的結(jié)晶情況卻不是一成不變的，針對(duì)不同結(jié)晶情況需要有不同的分離速度，因此現(xiàn)實(shí)分離的效果并不是很好。

鑒于存在上述缺陷，因此決定對(duì)該現(xiàn)場(chǎng)38臺(tái)吊籃離心機(jī)進(jìn)行變頻改造。

2　變頻改造方案

2.1更換電機(jī)

按照滿足原電機(jī)的轉(zhuǎn)速及力矩要求，將原有多級(jí)雙速電動(dòng)機(jī)（YD200L2-8/6/-15 kW/20 kW，額定轉(zhuǎn)速730/980 r/min）換成普通異步電動(dòng)機(jī)（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(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、方便維護(hù)，可有效降低電機(jī)的維護(hù)費(fèi)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(jìn)行離心機(jī)控制，依照工藝要求設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)。當(dāng)需要使用離心機(jī)時(shí)，合上離心機(jī)電源QF1，低速運(yùn)行合上開(kāi)關(guān)SB1，當(dāng)完成布料要切換到高速時(shí)合上開(kāi)關(guān)SB2。需要停機(jī)時(shí)先關(guān)低速SB1再關(guān)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(gè)離心機(jī)變頻器的直流母線并聯(lián)起來(lái)，以解決變頻器運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的再生能耗問(wèn)題。將所有的變頻器面板打開(kāi)，變頻器的直流母線正極（P極）、負(fù)極（N極）采用與母線銅排相同截面的導(dǎo)線引出來(lái)，再經(jīng)過(guò)斷路器將對(duì)應(yīng)的電極用導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)，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(gè)控制系統(tǒng)的效率。

3　改造后的效果

3.1電動(dòng)機(jī)方面

換成普通異步電動(dòng)機(jī)后，檢修安裝不需要核實(shí)雙速電機(jī)的線圈在相同相位下是否存在高、低速不同轉(zhuǎn)向問(wèn)題（原先碰到過(guò)低速時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，切到高速時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，而導(dǎo)致電機(jī)損壞及控制設(shè)備損壞），安裝和維護(hù)更簡(jiǎn)便，電機(jī)的使用壽命也長(zhǎng)，至少壽命都在3 a以上，可以節(jié)省大量維護(hù)成本。

3.2變頻器方面

采用變頻器后，電機(jī)啟動(dòng)電流以及高、低速切換時(shí)的電流大大減小。減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)使用的其他設(shè)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(jī)械方面

采用變頻器后，離心機(jī)的啟動(dòng)和高、低速切換時(shí)的機(jī)械沖擊大大減小，最明顯的一點(diǎn)不用再頻繁更換離心機(jī)甩塊，節(jié)省了維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了離心機(jī)的壽命。

具體維修費(fèi)計(jì)算：原電控柜的年維修費(fèi)，按38臺(tái)離心機(jī)每月更換1只接觸器算，1只大約220元。則，

38臺(tái)×12月×220元＝100 320.00元采用變頻器后的年修費(fèi)用預(yù)計(jì)為35 000.00元，1 a節(jié)省維修費(fèi)65 000萬(wàn)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(jié)晶情況隨時(shí)來(lái)調(diào)整離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，使分離效果達(dá)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(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。多臺(tái)變頻器采取共直流母線的方式，當(dāng)其中某臺(tái)變頻器處于減速狀態(tài)而產(chǎn)生再生能量時(shí)，處于加速過(guò)程中的變頻器便會(huì)吸收此能量來(lái)做功，高速運(yùn)行時(shí)變頻系統(tǒng)的運(yùn)行效率要比雙速電動(dòng)機(jī)高些，這也是一種節(jié)能。

節(jié)省電費(fèi)計(jì)算，改造前離心機(jī)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(tái)離心機(jī)1 a工作按330 d算，節(jié)電：330 d×38臺(tái)×182.4 kW·h＝2 287 296 kW·h。平均電價(jià)按0.6元折算：2 287 296×0.6＝1 372 377.60元。

4　結(jié)論

吊籃式離心機(jī)采用電流矢量型變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，控制系統(tǒng)安裝操作簡(jiǎn)便，運(yùn)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(chǎng)環(huán)境情況，定制高防護(hù)等級(jí)控制柜，變頻器自身也增加了強(qiáng)化防護(hù)處理，可有效延長(zhǎng)變頻器在該使用場(chǎng)合的使用壽命。直流母線在出廠時(shí)也引出到接線端子，方便了客戶現(xiàn)場(chǎng)接線，有效降低了客戶使用成本。該現(xiàn)場(chǎng)離心機(jī)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(xiàn)

［1］大連普傳科技股份有限公司，普傳科技PI9000矢量變頻器說(shuō)明書(shū)［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(jiǎn)介：劉剛偉（1981-），男，本科，工程師，Email：1176535492@qq.com

中圖分類(lèi)號(hào)：TM464

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B