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电气变频调速技术在冶金及建筑企业的研究与应用

      冶金及建筑安装企业特大型或大型工艺与设备较多,在电气设备起动时采用同步电动机驱动,起动电流大,对电网、电机、机械设备的冲击大,电动机传动系 统调速性能差,运行不平稳,自动化软控制能力差,特别是一些老企业,充分地研究应用电气变频调速技术,能够提升工艺系统的自动化程度和本质安全化水平,提 高生产作业效率,节约维检修费用和电能消耗。

  一、变频调速技术的优势与价值

  变频器是交流电动机(同步电动机或异步电动机)进行转速调节的驱动装置,有调速要求高,调速范围大、过载能力强,控制精度高,动态响应快、抗干 扰能力强、故障率低等特点,具有卓越的调速性能、显着的节能作用和优秀的工艺控制方式,能够实现一台变频器驱动多台电动机,是目前交流电动机最理想、最有 前途的调速装置,是节能应用和速度工艺控制自动化的理想装置,在冶金行业广泛推广并应用具有十分重要的意义。

  我国电网频率额定为50HZ,接电瞬间,电频瞬时由零脉冲到50HZ,机器应瞬时达到额定的运行转速。电压、电流、磁通、磁矩、轴转矩等,亦是 由零瞬时脉冲到相应值。这是一种撞击式启动,对于高速启动的机械,每启动一次,都会对机械都有较大的损害。变频调速技术是当前节电改善工艺流程以提高产品 质量和改善环境推进技术进步的一项重要手段,是被国内外公认的最有发展前途的调速方式。

  变频调速技术的优点:输出频率高,可达70HZ;动态响应快;对电网电动机的干扰小,功率因数高可省去庞大的滤波与无功补偿装置;占地面积小, 变频效率高,附属设备投资费用小,具备频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能,因此,通过变频技术的应用和技术改造, 能够提高大型设备、工艺的安全性能,为企业创造可观的经济效益。

  二、冶金企业变频调速技术的研究与应用

  在冶金企业变频熔炼系统的高炉进料、炉体倾动、氧枪传动、烟罩升降、渣车行走、除尘风机、氢气加压、锅炉水泵、水处理系统、破碎机、球磨机等电力控制设备进行变频调速技术的应用与改造,能够实现工艺要求的平滑无级速度调整,有利于企业安全生产,并能产生较大的效益。

  (一)转炉倾动系统的应用。转炉倾动时要求回转速度在1.0r/min―0.2 r/min,倾动的回转角在0度-360度。变频技术的应用比较普遍。

  1、应用AB变频器对转炉倾动变频系统进行控制时,一般采用3用1备的方式,使3台电机共同拖动转炉变频器能在四个象限运行。由1台上位工控机 实时监控现场参数和报警信息、转炉系统的起动/停止,由控制主站发布命令,对现场进行控制,同时,为满足负载均衡分配精度的要求,1台变频器采用双闭环控 制,其它两台变频器采用转矩闭环从动工作方式,并配置制动单元和制动电阻。在系统变频的主从工作方式切换上,采用外部端子开关量的组合输入实现主从方式的 自动切换。

  2、应用ABB变频器对转炉倾动变频控制系统进行控制时,在转炉的倾动部分配置4台变频器,采用“一拖一”驱动方式,能够较好地解决变频器之间 的主从应用问题,其系统的4台变频器通过光纤连接,构成主从应用工作组,数据的刷新时间在1ms-4ms之间,以较高的速度保证主从机之间的速度和负载一 致性,具有极好的实时性、高可靠性和抗干扰能力,速度的跟踪精度误差低于0.3%。通过主从重新配置,保证转炉倾动系统在任何1台或两台倾动电机或变频器 故障的情况下仍能继续工作。

  (二) 氧枪传动系统的应用

  氧枪的精确度直接影响吹炼终点的温度,对生产、安全、炉龄、枪龄有很大的影响,因此,必须解决好传动与报闸机构之间的协调控制问题,防止 发生“掉枪”事故。

  氧枪是典型的提升位能负载,只要制动报闸打开,电机就有100%的负载,氧枪变频器的起动转矩最少应不低于额定转矩的120%。因此,可以采用 先进的变频器及应用程序,解决氧枪的动支撑性和负载转矩响应能力,防止出现“溜枪”故障,同时,通过变频器调压功能,实现氧枪在炉体倾动过程中提升和下降 的速度。

  (三) 转炉除风机中的应用

  除尘风机是除尘净化系统的动力中枢,一旦除尘风机运行不正常,直接影响生产,危及作业人员的的人身安全,因此,必须保证除尘系统可靠、无故障运 行。并通过变频器的旁路功能,在故障情况下自动切换到工频运行,通过变频器的逻辑功能控制能力,按照吹氧的周期自动升速或降速。作业人员通过远程和本机控 制,操作并监控变频器的运行状态,实现软起动、软停车,平稳运行,并能够延长风机的使用寿命和维修周期。在除矿尘风机吹炼时,变频高速运行;不吹炼时,降 速降负载运行,达到节能降耗的目的和效果。

  (四)矿井提升系统的应用

  应用变频调速技术实现矿井提升设备的安全稳定运行。由于矿井提升需要频繁起动、停止、调速和换相,并且是重载起动,安全稳定运行的条件要求高。 因此,通过变频调速技术能够实现提升设备的平稳加减速,而且,用变频器的内置程序软件替代继电器,从而实现操作简单,速度自动控制,加减速稳定,节约能耗 15%-30%。

  三、建筑企业变频调速技术的研究与应用

  建筑安装行业起吊作业十分频繁,各类大型设备能否安全可靠地运行,关系企业安全生产和质量,关系企业的经济效益和生命。建筑安装企业对精度的要 求很高,采用传统的控制技术显然不能满足建筑技术规范和安装规范的要求,因此,研究应用变频调速技术和全数字化控制驱动装置,实现自动化与智能化全电子化 控制,将是行业发展的方向。在一些大型起吊设备上应用变频调速技术,采用电压型全数字化矢量控制变频装置,对起动转矩大,过载能力强的起重设备的大车、小 车、主卷、副卷等设备进行调速,能够实现设备设施的精准安装和平稳操作,降低安全风险和系统能耗,减轻员工的操作强度,延长设备的使用寿命。同时,通过变 频控制技术的过电流、过电压、瞬间断电、短路、欠电压、断相等保护功能,确保设备安全可靠稳定运行。在高层建筑供水系统建设时,采用变频技术能够实现供水 系统的闭环自动调节。

  四、变频调速技术改造与使用应注意的安全事项

  1、严禁将变频器的输出端子连接到AC电源上。

  2、严禁在变频器输入侧使用接触器等开关器件进行频繁停起操作。

  3、严禁在变频器输出侧接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻、接触器、开关器件。

  4、电机绝缘检测时,必须将变频器与电机连线断开。

  5、变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。

  6、变频器应正确接地,接地电阻小于10殴。

  五、结束语

  技术进步是企业的灵魂。企业要实现安全发展,快速发展就必须进行技术改造和新技术的应用。冶金及建筑行业总装机容量大,各类大型设备或工艺多, 新工艺大多数采用了变频调速技术,但是,老工艺采用变频调速技术的装机容量并不大,约占装机量15-25%,因此,变频调速技术的应用潜力巨大。企业对现 有的老、旧、落后工艺设备进行变频化技术改造,能够有效地降低工艺系统的噪音,改善作业人员的工作环境,实现电机的软起动功能,延长电机的使用寿命,提升 工艺系统的自动化程度和本质安全化水平,提高工艺系统的生产作业效率,节约维检修费用,降低电能消耗30-40%,给企业带来显着的经济效益。


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