选煤厂变频调速技术应用浅析

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  [摘 要]基于变频调速技术节能、控制性能高、操作方便、故障率低的特点,通过分析其在煤厂实际生产中存在的问题,提出改进措施,实现电动机的节能效用,并且在实际应用中达到了显著的节能效果。
  [关键词]选煤厂变频调速机电设备一体化
  中图分类号:TD94;TD63 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)41-0360-02
  引言
  近年来,伴随着电力电子技术以及计算机技术的,还有就是自动控制技术自身的飞速发展,交流调速开始逐渐的替代了直流调速,计算机本身的数字控制技术也逐渐的代替了模拟控制技术已变为了主要的发展方向。20世纪80年代初期发展起来的一种变频调速的技术,其主要是将其自身优异的调速以及启还有就是制动性能以及节能效果等很多方面的优点而广泛应用于许多行业,被国内外公认为最有发展前途的调速方式。这种变频的这种调速技术是指把工程技术中的工业电源通过一定的技术转换成工作所需频率的交流电源,从而达到提高工作效率的要求。近年来,随着科技的发展,电力技术已经有了很大的发展,变频调速器已经被广泛地应用在各项工业生产中。通过变频器的应用,可以有效提高生产产量与质量。关于变频调速技术的基本工作原理,主要是通过根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,然后通过改变电动机工作电源频率从而到达改变电机转速的目的。正是因为变频调速技术的优点,从而在选煤厂中应用变频调速技术实现机电设备一体化。
  1.变频调速技术的基本原理以及控制方式
  1.1 基本原理
  是根据电动机转速与工作电源输入频率成正比的关系
  n=60f(1-s)/p, (1)
  式中:n为转速;f为输入频率;s为电动机转差率;p为电动机磁极对数。由式(1)可知,通过改变电动机工作电源频率就可以改变电动机的转速。
  变频调速器(简称变频器)就是基于上述原理,利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
  1.2 变频器的控制方式
  变频器的控制形式主要是有以下的几种方式:
  1.2.1 正弦脉宽调制(SPWM)控制
  其自身主要的特点就是对电路进行控制的结构相对简单,同时使用的成本相对较低,自身的机械特性比较较好,可以对于一般传动的平滑调速需要给予充分的保证,这种方式当前已经在很多的领域中获得了非常普遍的使用。可是即使是这样,但是其这样的一种控制形式还是有着以下几点缺点:其自身的输出电压相对较低,电动机转矩受到了定子电阻压降的影响还是比较明显的;机械特性与直流电机相比是比较弱的,动态转矩能力与静态调速性能并不是十分令人觉得满意;自身系统性能并不是很高,控制曲线则会伴随着负载所产生的变化而随之进行变化;转矩自身的响应速度比较慢,电机转矩自身的使用率相对较低;低速的时候回因为定子电阻与逆变器死区效应的出现而产生性能减弱的问题,因此其自身的稳定性也相对较差等。所以人们又研究出了使用控制矢量去进行变频调速的方式。
  1.2.2 电压空间矢量(SVPWM)控制
  它主要是將三相波形整体自身所生成的效果作为主要的前提条件,使其能够达到逼近电机气隙本文理想圆形旋转磁场轨迹这一自身的目的,一次生成三相的调制波形,并且将内切多边形逼近圆的形式完成相关的控制。
  并且景观相关的实践以及使用之后还可以引入频率的补偿,这种情况就能够消除速度控制过程中所产生的误差;通过反馈估算的磁链幅值,其能够消除低速过程中定子电阻所产生的影响;然后将输出电压与电流的闭环,使其能够对动态自身的精度以及稳定度给予提升。可是因为其自身需要进行控制的电路环节还是相对较多的,并且也并未引入转矩去进行相关的调节,因此其自身的系统性能并不能够获得根本的改善与缓解。
  1.2.3 矢量控制(VC)
  矢量控制变频调速的这样一种做法主要是把异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic通过三相到二相的变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1,再通过按转子磁场定向去进行旋转的变换,等效成同步旋转坐标系之下的直流电流Im1、It1(Im1可以说就是属于一种直流电动机的励磁电流;It1相当于和转矩成成正比的電枢电流),然后模仿直流电动机自身的控制形式,使其能够得到直流电动机自身的控制量,经过相对的坐标自身的反变换,使其能够对异步电动机自身的控制给予实现。其实质主要是把将交流电动机等效作为直流的电动机,分别使其去对速度和磁场等2个分量完成单独的控制。
  1.2.4 直接转矩控制(DTC)
  1985年,德国鲁尔大学的教授DePenbrock可以说第一次指出了直接转矩控制变频的技术。这一技术在极大程度上对于以上矢量控制存在的问题和不足之处给予补充,同时还赋予了其自身非常新颖的一种控制思维以及非常简洁明了的系统结构,还有一点就是比较优良的动静态性能获得了非常快速的发展。
  1.2.5 矩阵式交-交控制方式
  矩阵式交-交变频可以说很好的对中间的直流环节进行节约,从而还能够很好的节省掉其自身因为体积大以及价格贵的这种电解电容。它还可以对功率因数为1给予快速的实现,当输入的电流属于正弦并且可以完成四象限运行的时候,那么其系统自身的功率就有着比较大的密度。尽管当前这一技术还并不是十分的成熟,可是还是吸引了很多学者去对其进行比较深入的调查和研究。
  2.选煤厂选煤技术现状与可行性分析
  2.1 选煤技术现状   选煤厂主要是使用洗煤的技術,使其能够达到对选煤自身的年产量给予充分的提升,并且通过选择比较好并且有着一定高效性和先进性的生产工具,使其能够实现对于生产量上的提升。传统的选煤技术设计工艺在生选煤上自身存在的优势并不是十分的显著,比如传统的生选煤工艺主要是为原煤混合跳汰,还有就是煤泥直接浮选联合的工艺。这些传统选煤工艺自身的出煤质量并不是很好,并且其还会使得自身生产出的煤里包含了非常多的杂质,这些工艺问题需要获得很好的改善,通过改进选煤的方法以及工艺,使其能够对选煤生产的产量给予提升,从而真正的达到对选煤自身的生产效率给予提升。当前伴随着现代技术自身的快速发展,科技的提升,新的技术使用对于提升选煤产量有着非常积极并且十分巨大的作用。最近几年来,伴随着当前我们国家机械化的快速发展,在综合性机械化采煤上能够发现多种机械技术的使用。因此,通过这种技术把新的机械技术哭死的使用到采煤上,我们能够发现其对于提升选煤的产量还有就是提升选煤的质量都有了非常好的帮助。并且通过使用当前现代的先进技术,在生产上也可以节省一些电费,使其能够减少生产运行上的成本,并且对操作流程给予优化,从而使其能够实现比较好的选煤效益。
  2.2 变频调速改造的可行性分析
  本问主要是在选煤厂上使用变频调速技术去对其完成想过的分析和总结,通过对变频调速技术去进行分析和总结,使其能够对改善选煤生产量以及选煤质量起到非常主要的促进作用。比如在使用变频的调速技术之后,针对选煤的电动机的电流给予了非常好的改善与缓解,并且还能够在很大的程度上减少电动机自身额定电流的功率,大幅度减少了启动电流,并且降低了其对于电动机机器设备还有就是对于电网电流所造成的冲击,从而使其能够对电动机自身的使用寿命给予严惩。通过对于变频调速完成的改造,能够降低无功功率还有就是线路在使用过程中所产生的损耗程度。所以,变频调速自身的改造具有性,对提升选煤厂的整个选煤生产工艺水平都有着比较好的提升,并且还能够令机械生产自动化程度不断的提升,更主要的是其可以达到节能并且实现节约人力和物力的效果,真正的对设备自身的使用情况进行改善,同时还能够提升设备自身的使用寿命。
  3.变频器调速技术的概况
  3.1 变频技术的使用形式
  变频调速技术在选煤厂主要使用多种风机以及水泵的调速(需调速的合格介质泵和旋流器入料泵等大概占到了选煤厂泵类容量的70%到80%,清水泵以及循环水泵通常不需要去进行调速)以及使用变频调速去对不同种类的调速设备彼此在生产能力上的相互匹配或工艺流程上的动态平衡给予实现,比如液力的耦合器等。其中特别是针对水泵自身的调速使用面最广,使用量最大,其主要作用体现在如下三个方面:
  1)通过变频调节,令电机具体的输出功率(也就是消耗功率)要比电机的额定功率相对小一些:从而很好的节省了电耗的成本。
  2)真对当前很多中小型的选煤厂来讲,配套的水泵电机通常都是低压小容量的电机(250kW以下)。这种水泵使用的变频装置非常的便捷,只需要将低压配电屏上所显示的接触器或其它开关以及电动机的连线断开,串接上预置好的变频器即可(见图2),技术上较为可靠,投资回收期也较短(一般不到2a)。
  3)可实现水泵电机的零速度软启动,大大减少了大容量水泵电机启动时对选煤厂低压配电系统的影响,降低了变压器的配置容量,同时改善了各种调速设备的启动性能,减少了对机械设备的冲击。
  3.2 案例分析
  某选煤厂是50年代从前苏联引进的大型选煤厂,时过多年,其设备和工艺流程已不能满足当前的生产需要。该厂在经过技术改造后,采用了重介有压入料三产品旋流器洗选新的工艺。按照当前的其自身的具体情况,能够把这样的一种分选工艺自身所提出的要求进行确定,可以说其主要是合格介质泵自身排量必须和原煤混合后的原煤入料泵打到旋流器的入料量保持一致,只有这样才能够令产品自身的指标以及介质循环都处在一种同步稳定的情况。同时还应该令合格的介质泵和旋流器的入料泵能够在排量上保持相同,可以说其自身主要是属于两个不同的功率,扬程以及额定转速分别处于不相同的水泵在转速上保持一致。在具体进行设计的时候,我们使用了对两台水泵分别完成变频调速的这种方案,主要是把变频控制和可编程序控制器(以下简称PLC)进行合理的融合,然后充分的使用PLC自身所拥有的这种内置的PID调节功能,然后按照外部系统自身在运行情况上产生的变化去使其能够自动的对变频器在频率输出进行改善,分别去对合格介质泵以及旋流器入料泵拖动电机的转速进行控制,从而能够这二台泵在流量上所保持的动态平衡给予实现,同时使得其自身的生产状态能够趋于稳定。以上的功能假如只是依赖于人工操作的形式去对系统完成实时的跟踪是不能够实现的。经过当前几年所进行的具体运行情况分析,显示出本设计方案是非常准确并且是十分经济的。其具体运行的统计结果是:合格的介质泵变频器的频率自身保持在正常的变化范围为38-43Hz,通常的情况下稳定保持在40Hz左右,其和电机额定功率的51.2%相同,旋流器入料泵变频器的频率自身进行变化的范围是33~38Hz,通常的情况下其都会保持在35Hz左右,也就是电机额定功率的34.3%。因此我们能够看出,因为其在进行设计过程中主要使用的是一种变频的调速装置,因此其在生产上非常的稳定,并且还使得产品自身的质量获得非常好的保证,同时还取得了良好的经济效益。
  目前,在进行节能以及提高选煤生产效率上,通过采用改变转速调节,即变频调速技术的应用。来改善使用效果。在进行变速调节时,主要是通过降低转子的转速从而降低压力来减少流量,其中变速调节范围一般在20%~100%范围内。通过这种变速调节方法,能够较大程度减少因附加阻力而引起的能量消耗,起到节能目的。
  对此,可以发现变频调速技术在选煤厂中的技术存在应用的可行性,能够极大程度上达到节能减排的目的。随着科技进行的发展,电子技术的进步,可以采用变频技术实现选煤厂机器的节能减排目的,通过将变频技術应用到选煤厂的技术中,从而对选煤厂的机器进行变频调速控制,提高生产的机械自动化程度,达到节能减排的目标。
  3.4 变频调速技术的特点
  变频调速技术特点首先是具有节能的特点,正是基于变频调速的节能技术,从而达到节能的目标,减少选煤厂在日常生产中的生产消耗。其次调节性能好,变频调速技术的特点是其在工艺参数上具有稳定的性能,能够达到提高选煤厂中选煤的质量。性能稳定,也即在安全性能上比较稳定,从而能够保证生产过程中的人员的安全性能。
  结语
  通过将变频调节技术运用于选煤厂生产工艺系统中,电动机的节能效果显著,并且在实际应用中实现了机电一体化,从而达到了为选煤厂节能的目标,提高了选煤厂的经济效益。
  参考文献
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  作者简介
  苏兴龙,男,1977年,内蒙阿荣旗,本科,副科级,工程师,研究方向;矿山机电。
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