变频器在脱硫液循环泵节电技术上的应用

1、煤矿现代化2009 年第 5 期总第 92 期变频器在脱硫液循环泵节电技术上的应用上 海 交 通 大 学 电 气 工 程 系煤炭科学研究总院上海分院测试中心黄军东李新颜王林摘要主要介绍了变频调速技术的节能原理,通过在冷轧厂煤气站脱硫循环泵的节能改造 ,分析了变频调速在离心式循环泵上节能降耗中的重要作用及注意事项。关键词变频技术变频调速节约电耗泵的能够按要求控制使随之减小 ,在压力基本不变的情况下，能耗将能以三次方的速率下降。2.2异步电动机转速n=n（=60f（1-s）01-sp式中n0电机同步转速， rpm;1前言冷轧厂能介车间， 具有多种用于介质输送的泵， 主要以离心泵为主， 由于采用工频

2、电源， 泵在介质输送过程中，主要通过出口旁通压力调节阀，机械卸压阀或出口手动控制阀门开度， 来控制流量或管网压力。离心泵的能耗利用率可用如下公式表示=behxhb%；式中泵能量利用率，b泵的运行效率；e泵电机的运行效率；hx泵的额定扬程， m；hb泵的实际运行扬程， m。从上式可以看出， 通过调节泵的出口阀门，节流， 造成泵的实际运行扬程 hb 的增加， 将使泵的能量利用率降低。随着变频技术的发展，变频调速技术无论从技术方面及能够很好成本投入都比较容易实现。通过调节离心泵的转速，提高离心泵能量的利用率， 减少能量损失。本文主要结合变频调速在冷轧厂能介车间煤气站脱硫液循环泵节能上的应用，介绍离心

3、泵调速节能原理。s异步电机转差率;f电源频率 hz;p电机极对数。从上式可知，交流异步电机的调速可以通过改变其中转差率、 极对数及频率来实现。2.3调速过程中异步电机效率分析对于异步电机电磁功率pm=te转子损耗功率:p2=spm如果忽略机械损耗,则输出功率：p2=pm（1-s）调速时转子电路的效率:=p2=1-spm对于普通异步电机的调速,不存在通过改变极对数的方法调速。而增加转差率,从上式可知将降低转子电路的效率,而通过变频调速,转差率基本不变,转子效率也基本不变 ,相比之下额外电耗也大大降低，因此通过变频调速是最节能的调速方式。2变频器调速的节能原理2.1泵的功率与转速之间关系由流体动力

4、学可知,泵的流量 q与泵转速 n 的一次方成正比， 即：q=nqn=neqeneqe泵的扬程 h 与转速 n 的二次方成正比， 即：hx=22（n） hx=hb （n）hbnene而泵的功率 p 则与转速 n 的三次方成正比， 即:n）p=33（n） p=pe（nenepe式中q泵的实际流量 m3/h；qe泵的额定流量 m3/h；n泵的实际转速 rpm；ne泵的额定转速 rpm；hx泵的出口扬程,m；hb泵的额定扬程， m；p泵的实际功率,w；pe泵的额定功率,w。由以上公式可知， 对于离心泵负载,为了节流， 如果泵转速33.1煤气站脱硫液循环泵变频改造现场工艺简介li1cogli2cog一级

5、脱硫塔pi1二级脱硫搭pi2p1v1p3备用泵p2v2图 1脱硫系统工艺简图如图 1 所示， 焦炉煤气 （cog ） 通过一级脱硫塔脱硫后， 进入二级脱硫， 然后脱硫达标后的 cog进入下道工序。脱硫液58煤矿现代化2009 年第 5 期表 2p2 泵电压(v)电流(a)视在功率(kva)无功功率(kvar)cos有功功率(kw)节电率总第 92 期p2 泵改造前后数据对比变频器投入前a相21976.316.89.40.83b相24976.519.2511.780.77c相2207616.711.70.71a相21633.57.13.860.81变频器投入后b相24232.57.94.750.

6、816.4c相22334.57.64.80.785.86p2 循环，由泵 p1、在一级及二级脱硫塔中形成喷淋实现脱硫 。v2 开度，为了控制脱硫塔液位， 通过调节手动阀门 v1、控制脱58kw， 380vac， 110a， 50hz。硫液流量。循环泵电机功率：3.2方案设计本次改造采用交 - 直 - 交变压变频器，将工频交流电源通过整流器变换成直流，然后在通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电。如图 2 所示：ac二极管不控整流器dccpwm逆变器ac13.914.9125.840.8kw变频器安装前功率消耗：18.06kw变频器安装后功率消耗：55.74%节约电耗：调压调频图 2pwm交 -

7、 直 - 交变压变频器其中整流部分采用二极管组成的不控整流器，逆变部分采用全控型功率器件 igbt组成的脉宽调制 （pwm ） 逆变器， 其中 c为滤波电容。针对脱硫液循环泵工艺要求， 增加 75kva变频器， 泵出口管道增加压力检测仪表 pi， 通过压力信号调整变频器频率， 控制实现管道压力、 流量的闭环控制。利用原循环泵接触器， 并采集接触器闭合信号， 延时启动变频器。为了改善功率因数，降低高次谐波及抑制电源浪涌在变频器输入 、输出侧串入电抗器 acl1和 acl2， 具体原理如图 3：l1 l2l3qfl11l21 l31l11funkt由表 1 和表 2 可知，功率因数也得到一定改善，

8、同时 p1p2 泵电耗下降 55.74%，能耗下降十分明泵电耗下降 57.6%，显。除非泵故障、定期检修，两台泵一般须连续运行，考虑0.95 的运转率，年可减少电耗 47.2 万度, 若电费按 0.667 元 /度计算， 因此年可节约电费 31.5 万元， 效益比较可观。4改造过程中存在的问题本次改造， 是在原有普通异步电机上增加变频调速控制，电机并没有更换为变频电机。但普通异步电机与变频电机设绝计上有本质区别， 使用变频调速会使普通异步电机在温升 、缘、 振动等方面出现一些问题， 必须加强跟踪。4.1普通电动机的温升及冷却问题变频调速产生的高次谐波会引起电动机定子铜耗 、转子铜耗增加，因为异

9、步电动机以接近基波频率所对应的同步转速旋转， 高次谐波产生很大的转差率损耗， 会造成电机额外发热， 增加温升。若基波频率为 f， 对于 2k+1 次谐波， 其频率是(2k+1)f, 在异步电机中此谐波转差率为：s=n- nn其中： 高次谐波同步转速为：f（2k+1 ）n=60f=60pp异步电机实际转速为：n=60f（1- s 60f）pp由于相对高次谐波转差率， 基波频率转差率 s 较小， 因此异步电动机转速可近似为同步转速60f。p因此次高次谐波的转差率为：s=2k12k+1高次谐波产生的电磁功率几乎全部全部转化成转子损耗p2=spmpm另当频率较低时， 冷却风机转速下降， 冷却风量与转速

10、的三次方成比例减少， 会引起冷却效果变差， 温升增加。4.2电动机的绝缘强度问题采用 pwm控制方式，他的载波频率约为几千到十几千赫， 这就使定子绕组要承受陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受严酷考验，另外， 由 pwm变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会使电机绝缘老化加acl1pi变频器75kvapid输出至变频器acl21kt2变频器起动信号m图 3变频改造电气图3.3改造后效果p1、 p2 泵出口压力为 5bar,改造后：改造前，两泵出口管道两泵改造前后节约电耗情况如表 1 表 2：压力控制在 3.5 bar，表 1p1 泵改造前后数据对比p1 泵电机电压(v)电

11、流(a)视在功率(kva)无功功率(kvar)cos有功功率 （kw ）节电率变频器投入前a相22010924.312.920.844b相24910927.516.660.79c相22010824.115.80.75a相2167816.88.30.88变频器投入后b相24274188.650.8858.65c相2227817.28.70.868.720.552217.98.360.45kw变频器安装前功率消耗：25.65kw变频器安装后功率消耗：57.6%节约电耗：59煤矿现代化2009 年第 5 期总第 92 期多电机驱动的带式输送机的传动控制兖矿集团机电设备制造厂王宏波摘要本文阐述了多电机

12、驱动带式输送机传动的特点， 分析了采用变频器控制多电机同步传动的方案； 文章指出这种固态软起动器方案既能做到各电机协调工作不超载， 使带式输送机平滑起动， 皮带中不会产生过大的张力， 又远比变频器方案便宜， 实是带式输送机传动的一种性价比最佳的解决方案。关键词固态软起动器带式输送机传动控制目前， 我们煤炭生产中煤的运输多采用带式输送机，带式输送机的驱动方式多为多电机驱动。近几年来， 变频器和固态采用软起动器作为带式输送机的传动控制被逐渐地用于矿井运输中，变频器和固态采用软起动器以其优异的启动性能和低廉的维护成本， 越来越被用户认同， 下面针对这两种方案作一分析。因此可外， 同时也给变频器 2

13、的电流调节器作为电流给定值，以保证二台变频器输出相同的电流给各自的电机，从而保证二台电机负荷平衡。如果为四象限的变频器， 那么这样的系统还适合于向下倾斜的带式输送机。向下倾斜的带式输送机在停车时， 由于重力作用， 电动机处于发电状态要回送能量给变频器系统， 四象限变频器可以将此能量回馈给电网， 同时对电机起到制动作用。电流给定电流调节器plc速度给定速度调节器电流反馈i1变频器 11 多电动机驱动的特点多电动机驱动带式输送机除了要考虑一般单电机驱动的带式输送机的要求， 例如， 起动时皮带的负荷变化范围很大，皮带不要受到很大的张力突变等，还要解决各电动机起动和运行时的同步和负载平衡。国内有很多皮

14、带运输机， 起动时常常发生其中一台电动机过载跳闸的情况，甚至造成电动机或皮带等机械设备损坏的情况，就是由于各电动机负载极不平衡引起的。i1m1速度编码器速度变送i2i2m2变频器 22 变频器控制的方案解决各电动机起动和运行时的同步和负载平衡问题可采用变频器来控制，如果带式输送机的每台交流电动机都用矢量控制型的变频器来控制，组成如图 1 所示系统具有最好的工作性能。图 1 中示出的是二台电动机驱动的带式输送机控因此它们制系统。由于二台电动机由同一条皮带联接在一起，有相同的速度， 如果速度不同， 则皮带必定发生打滑 。在本系统中速度反馈给变频器 1 的速度调节器构成速度闭环系统，其速度调节器的输

15、出除了给自身的电流调节器作电流给定值速。4.3谐波电磁噪声与振动普通异步电动机采用变频供电时，会使由电磁 、 机械、 通风等因素所引起的振动和噪声变的更加严重，当变频电源中谐波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时， 将产生共振现象， 从而加大噪声与振动。图 1 2 台电动机驱动的带式输送机采用变频器控制的方案变频器驱动带式输送机固然是一种技术先进的方法， 但成本太贵， 特别是在井下生产中的应用更受到限制， 目前国内甚至国际上还没有 6kv 等级以上的防爆变频器。是否有既能满足带式输送机技术要求， 成本又较便宜的方法呢？采用具有速度反馈控制和电流闭环控制功能固态软起动器可以很好地解决多电

16、机驱动的带式输送机的控制问题。3 固态软起动器控制的方案固态软起动器的主电路采用可控硅作为输出器件，通过顾绳谷.电机及拖动基础， 机械工业出版社.1997.5杨立东.变频器在离心泵中调速节能原理及应用 .储运技2003术，5吴忠智等.调速用变频器及配套设备选用指南 .机械工业2000.3出版社，6吴忠智，.机械工业出版吴加林.变频器应用手册 （第 2 版 ）2002.7社，作者简介1998黄军东 （1975-） ， 山东威海人， 工程师， 硕士研究生，年毕业于燕山大学电气工程学院，宝钢分公司冷轧厂工作，2007 年起就读于上海交通大学电气工程系电气工程专业硕士研究生,研究方向电气工程自动化。李新颜(1978-)， 男， 安徽砀山人， 硕士研究生， 研究方向：电站综合自动化技术、 工业控制。王林(1978-)， 女， 河南平顶山人， 硕士， 研究