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新型开关磁阻电动机调速系统在焙烧炉引风机上的应用探讨

经验交流*炭素技术新型开关磁阻电动机调速系统在焙烧炉引风机上的应用探讨戴建军,李春明山东八三炭素厂,山东淄博255311)拟的节能效果和优点。炭素企业风机、泵类、空压机等设备较多,具有很大的节能空间,如能得到推广将产生巨大的经济效益。

山东八三炭素厂焙烧车间有32室、18室焙烧环式炉各一台,分别配132kW引风机一台、37kW引风机两台。自投产以来,一直靠调整风机闸阀来调整风量和炉内的负压,造成电能的极大浪费,而且炉内负压经常波动,对产品质量也有一定的影响。随着国民经济的高速发展,能源之争成为新的社会热点,电极生产本身就是高耗能作业,如果不去挖掘各个方面的节能潜力,生产成本将居高不下,产品将缺乏市场竞争力,最终被市场淘汰。

1引风机运行现状1.1起停控制为了减小启动电流,山东八三炭素厂焙烧炉引风机均采用自藕减压启动方式,不具备软启动特性,不能带载启动,且启动电流较大,达到3~4倍的额定电流,给电网造成冲击,缩短了配电元器件的使用寿命。

1.2运行状态引风机在:设计选型时,为了满足较宽工艺生产范围,例如不同数量的炉室运行对系统风量和负压的要求也不同,要根据最大风量和负压选择风机,这就造成风机在实际生产中长期处于欠负荷状态,俗称“大马拉小车”。从实际测量的情况看,132kW风机额定电流为240A,实测只有140A,37kW风机额定电流为72A,两台并联运行单台只有45A.根据生产的需要和设备的状况对风量进行调整时,只有靠调整进气阀的开度来满足生产需要,虽然风机电流有一定程度的变化,但电动机仍处于全速运转状态,不仅电量消耗高,更为严重的是造成了设备的过快磨损,缩短了设备的使用寿命,不但维修费用较高,而且对生产有一定程度的影响。现有的设备无法实现根据负压要求进行风机自动调速的闭环控制,因炉况的原因,系统负压有时会产生波动,产品质量受到一定程度的影响,与追求高品质的要求不相适应。

2对引风机进行改造的可行性分析2.1目标确定根据引风机的工作现状,曾考虑使用变频系统进行改造,但经过详细的考察和了解,认为山东科汇公司发明的一种新的电动机调速系统“开关磁阻电动机调速系统”具有十分突出的特点,是2005年11月26日山东省科学技术厅鉴定的科学成果,国家发改委、科技部、国家环保总局公布的资源节约部分第三十二项技术。

2.1.1开关磁阻电动机调速系统工作原理开关磁阻电动机(SRM)是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。定子、转子均由硅钢片叠压而成。转子上既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组。开关磁阻电动机可设计成多种不同相数结构,且定子、转子的极数有多种不同的搭配。所示电动机为8/6极。若以图中定子、转子的相对位置作为起始位置,依次给相绕组通电,转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转,反之,依次给D-wC*B*"A相通电,则电动机会顺时针方向转动。开关磁阻电动机的转向与相绕组的电开关磁阻电动机工作原理图流方向无关,只取决于相绕组通电的顺序。该电动机结构比鼠笼式异步电动机还要简单,其突出优点是定子上只有几个集中绕组,转子上无任何形式的绕组,机械强度很篼,制造简单、可靠性高。

控制器通过电子电路控制功率开关器件的导通与关断,功率开关器件又控制电动机各相绕组的导通与关断,从而使电动机旋转,旋转方向与电流方向无关。通过控制绕组导通与关断的顺序,可以控制电动机的旋转方向,通过控制绕组的电流及开通与关断角度可以控制电动机的转速。为开关磁阻电动机控制器原理图。

控制器由嵌入式微处理器、大规模集成电路、电力电子功率器件及软件组成。用户可根据需要直接通过操作面板设定电机的转速,转速的闭环反馈控制可按照用户设定的过程量的大小,例如压力、温度、自动控制电机的转速,实现恒压或恒温。同时具有转速及反馈量PID调节控制、制动功能、保护功能(有过压、欠压、过流、过载、过热、短路、超速、反馈越限等保护)。简易PLC功能,可按现场的要求对控制器的开关量输人输出、模拟量输人输出进行编程,以实现一定的逻辑控制功能。

2.1.2具有的特性及优于变频调速系统的特点开关磁阻电机调速系统在其宽广的调速范围内,整体效率比变频调速高出至少10%,比其它调开关磁阻电动机控制原理图速系统高出更多,在低转速及非额定负载下高效率则更加明显。

调速范围宽,低速下可长期运转速范围内均可带负荷长期运转,电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。

率下运行约15min后,电动机的温度为71尤,停机后温度上升为77弋。环境温度为30.变频器一般都要求不得在低于20Hz的频率下长期运行。

开关磁阻电机调速系统具有软启动特性,电机起动过程绝无普通交流电机起动电流大于额定电流5~7倍的现象,而是起动电流平滑增加至所需的电流。设定的电机启动时间越长,启动电流越小。

开关磁阻电动机调速系统起动转矩达到额定转矩的150%时,起动电流仅为额定电流的30%.可频繁起停及正反转切换开关磁阻电机可频繁启动和停止,频繁正反转切换。在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下,起停及正反转切换可达每小时一千次以上。

缺相仍可工作,不烧控制器和电机开关磁阻电机动电机输入即使缺相,仍可欠功率运行,不会烧毁电机和控制器。

开关磁阻电动机过载能力强,当负载短时远大于额定负载时,转速会下降,保持最大输出功率,不会出现过流现象。当负载恢复正常时,转速恢复到设定转速。

功率器件控制错误不会引起短路开关磁阻电机调速系统的上下桥臂功率器件和电机的绕组串联,不存在发生功率器件控制错误导致短路而烧毁的现象。

普通交流电机空载时功率因数为0. 2~0.4,满载时为0.86~0.89;而关磁阻电动机调速系统的功率因数空载时可达0.995,满载时可达0.98. 2.2节能效果及投资回报预测通过实际测量,焙烧车间3台引风机的负荷率仅有60%左右,日耗电量分别为1900kW.h/天、1066kW.h/天,月耗电量分别为57000kW月、31980lcW.h/月,峰谷电价平均按0.6元/ItW*h,每月电费分别为34 200元、19188元。因电动机负荷率较低,理论节电率可在25%左右,按20%节电效果计算,每月可节约电费分别为6840元、3 2*3改造方案为了保证新技术应用的可靠性,考虑先对18室环式炉两台37kW电动机进行改造,为了节约投资成本我们决定用一台控制器来控制两台SRD10系列37 kW电动机,并在系统总烟道上加装压力变送器实现整个系统的闭环控制。为改造的系统原理图。

2.4改造效果改造后不但可以使风机的电力消耗降到最低,而且实现闭环控制后,可使炉室负压控制在(-1600±5>Pa,―焙品成品率由原来的89.5%提篼到90.5%以上,郊果十分明显。

3结束语将开关臌阻电动机调速系统应用到风机或其他需要调速的设备上,可以发挥其调速范围宽、效率高、启动电流小、启动转矩大、可频繁启停等优势,可最大限度地提篼系统效率,实现节能,延长风机的使用寿命。这与我国能源形势日趋萦张,进一步推进资源节约综合利用和可持续发展,大力加快建设节约型社会的要求相适应。