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電氣變頻調速技術在冶金及建筑企業的研究與應用

      冶金及建筑安裝企業特大型或大型工藝與設備較多,在電氣設備起動時采用同步電動機驅動,起動電流大,對電網、電機、機械設備的沖擊大,電動機傳動系 統調速性能差,運行不平穩,自動化軟控制能力差,特別是一些老企業,充分地研究應用電氣變頻調速技術,能夠提升工藝系統的自動化程度和本質安全化水平,提 高生產作業效率,節約維檢修費用和電能消耗。

  一、變頻調速技術的優勢與價值

  變頻器是交流電動機(同步電動機或異步電動機)進行轉速調節的驅動裝置,有調速要求高,調速范圍大、過載能力強,控制精度高,動態響應快、抗干 擾能力強、故障率低等特點,具有卓越的調速性能、顯著的節能作用和優秀的工藝控制方式,能夠實現一臺變頻器驅動多臺電動機,是目前交流電動機最理想、最有 前途的調速裝置,是節能應用和速度工藝控制自動化的理想裝置,在冶金行業廣泛推廣并應用具有十分重要的意義。

  我國電網頻率額定為50HZ,接電瞬間,電頻瞬時由零脈沖到50HZ,機器應瞬時達到額定的運行轉速。電壓、電流、磁通、磁矩、軸轉矩等,亦是 由零瞬時脈沖到相應值。這是一種撞擊式啟動,對于高速啟動的機械,每啟動一次,都會對機械都有較大的損害。變頻調速技術是當前節電改善工藝流程以提高產品 質量和改善環境推進技術進步的一項重要手段,是被國內外公認的最有發展前途的調速方式。

  變頻調速技術的優點:輸出頻率高,可達70HZ;動態響應快;對電網電動機的干擾小,功率因數高可省去龐大的濾波與無功補償裝置;占地面積小, 變頻效率高,附屬設備投資費用小,具備頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能,因此,通過變頻技術的應用和技術改造, 能夠提高大型設備、工藝的安全性能,為企業創造可觀的經濟效益。

  二、冶金企業變頻調速技術的研究與應用

  在冶金企業變頻熔煉系統的高爐進料、爐體傾動、氧槍傳動、煙罩升降、渣車行走、除塵風機、氫氣加壓、鍋爐水泵、水處理系統、破碎機、球磨機等電力控制設備進行變頻調速技術的應用與改造,能夠實現工藝要求的平滑無級速度調整,有利于企業安全生產,并能產生較大的效益。

  (一)轉爐傾動系統的應用。轉爐傾動時要求回轉速度在1.0r/min―0.2 r/min,傾動的回轉角在0度-360度。變頻技術的應用比較普遍。

  1、應用AB變頻器對轉爐傾動變頻系統進行控制時,一般采用3用1備的方式,使3臺電機共同拖動轉爐變頻器能在四個象限運行。由1臺上位工控機 實時監控現場參數和報警信息、轉爐系統的起動/停止,由控制主站發布命令,對現場進行控制,同時,為滿足負載均衡分配精度的要求,1臺變頻器采用雙閉環控 制,其它兩臺變頻器采用轉矩閉環從動工作方式,并配置制動單元和制動電阻。在系統變頻的主從工作方式切換上,采用外部端子開關量的組合輸入實現主從方式的 自動切換。

  2、應用ABB變頻器對轉爐傾動變頻控制系統進行控制時,在轉爐的傾動部分配置4臺變頻器,采用“一拖一”驅動方式,能夠較好地解決變頻器之間 的主從應用問題,其系統的4臺變頻器通過光纖連接,構成主從應用工作組,數據的刷新時間在1ms-4ms之間,以較高的速度保證主從機之間的速度和負載一 致性,具有極好的實時性、高可靠性和抗干擾能力,速度的跟蹤精度誤差低于0.3%。通過主從重新配置,保證轉爐傾動系統在任何1臺或兩臺傾動電機或變頻器 故障的情況下仍能繼續工作。

  (二) 氧槍傳動系統的應用

  氧槍的精確度直接影響吹煉終點的溫度,對生產、安全、爐齡、槍齡有很大的影響,因此,必須解決好傳動與報閘機構之間的協調控制問題,防止 發生“掉槍”事故。

  氧槍是典型的提升位能負載,只要制動報閘打開,電機就有100%的負載,氧槍變頻器的起動轉矩最少應不低于額定轉矩的120%。因此,可以采用 先進的變頻器及應用程序,解決氧槍的動支撐性和負載轉矩響應能力,防止出現“溜槍”故障,同時,通過變頻器調壓功能,實現氧槍在爐體傾動過程中提升和下降 的速度。

  (三) 轉爐除風機中的應用

  除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞,一旦除塵風機運行不正常,直接影響生產,危及作業人員的的人身安全,因此,必須保證除塵系統可靠、無故障運 行。并通過變頻器的旁路功能,在故障情況下自動切換到工頻運行,通過變頻器的邏輯功能控制能力,按照吹氧的周期自動升速或降速。作業人員通過遠程和本機控 制,操作并監控變頻器的運行狀態,實現軟起動、軟停車,平穩運行,并能夠延長風機的使用壽命和維修周期。在除礦塵風機吹煉時,變頻高速運行;不吹煉時,降 速降負載運行,達到節能降耗的目的和效果。

  (四)礦井提升系統的應用

  應用變頻調速技術實現礦井提升設備的安全穩定運行。由于礦井提升需要頻繁起動、停止、調速和換相,并且是重載起動,安全穩定運行的條件要求高。 因此,通過變頻調速技術能夠實現提升設備的平穩加減速,而且,用變頻器的內置程序軟件替代繼電器,從而實現操作簡單,速度自動控制,加減速穩定,節約能耗 15%-30%。

  三、建筑企業變頻調速技術的研究與應用

  建筑安裝行業起吊作業十分頻繁,各類大型設備能否安全可靠地運行,關系企業安全生產和質量,關系企業的經濟效益和生命。建筑安裝企業對精度的要 求很高,采用傳統的控制技術顯然不能滿足建筑技術規范和安裝規范的要求,因此,研究應用變頻調速技術和全數字化控制驅動裝置,實現自動化與智能化全電子化 控制,將是行業發展的方向。在一些大型起吊設備上應用變頻調速技術,采用電壓型全數字化矢量控制變頻裝置,對起動轉矩大,過載能力強的起重設備的大車、小 車、主卷、副卷等設備進行調速,能夠實現設備設施的精準安裝和平穩操作,降低安全風險和系統能耗,減輕員工的操作強度,延長設備的使用壽命。同時,通過變 頻控制技術的過電流、過電壓、瞬間斷電、短路、欠電壓、斷相等保護功能,確保設備安全可靠穩定運行。在高層建筑供水系統建設時,采用變頻技術能夠實現供水 系統的閉環自動調節。

  四、變頻調速技術改造與使用應注意的安全事項

  1、嚴禁將變頻器的輸出端子連接到AC電源上。

  2、嚴禁在變頻器輸入側使用接觸器等開關器件進行頻繁停起操作。

  3、嚴禁在變頻器輸出側接功率因數補償器、電容、防雷壓敏電阻、接觸器、開關器件。

  4、電機絕緣檢測時,必須將變頻器與電機連線斷開。

  5、變頻器輸入側與電源之間應安裝空氣開關和熔斷器。

  6、變頻器應正確接地,接地電阻小于10毆。

  五、結束語

  技術進步是企業的靈魂。企業要實現安全發展,快速發展就必須進行技術改造和新技術的應用。冶金及建筑行業總裝機容量大,各類大型設備或工藝多, 新工藝大多數采用了變頻調速技術,但是,老工藝采用變頻調速技術的裝機容量并不大,約占裝機量15-25%,因此,變頻調速技術的應用潛力巨大。企業對現 有的老、舊、落后工藝設備進行變頻化技術改造,能夠有效地降低工藝系統的噪音,改善作業人員的工作環境,實現電機的軟起動功能,延長電機的使用壽命,提升 工藝系統的自動化程度和本質安全化水平,提高工藝系統的生產作業效率,節約維檢修費用,降低電能消耗30-40%,給企業帶來顯著的經濟效益。


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