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球磨机变频电控系统

2019-10-1921

一、公司产品技术简介

控制原理:

1.轻载降压控制

任何利用交流感应电动机作为电力传动方式的生产机械,电动机的功率是按最大负荷期额定负荷选择的。而工作时绝大部分不能满载运行,电动机工作于满电压、满速度而负载很小,也会有很多时间空载运行,由电机负载设计和运行特性可以知道,电动机只有运行在满载时才是效率最高、功率因数COS¢最佳状况,轻载时降低,空载时甚至降到0.3以下,造成许多不必要的电能损耗。现在采用检测负载大小的方法,根据负载的减少,适当降低定子电压可以提高效率,这是因为当轻载、空载时定子电流有功分量很小,而主要是励磁的无功电流,因此COS¢很低,而空载损耗中占主要成份的是定子满电压的铁损耗,一点没有减少,所以效率很低。如果适当降低定子电压,见电机负载定子感应电势公式:

U1≈E1=4.44F1N1KN1¢m

其中: U1—定子每相绕组串联匝数;KN1由于轻载、空载时定子电流很小,可以忽略定子绕组的漏阻抗压降,所以U1≈E1,当其它条件不变时,降低定子电压U1,则¢m比例下降,也即励磁无功电流IM也成比例下降,这样定子电流中的无功分量减少了,COS¢就提高了,适当控制可以接近最佳值。另外,其它条件不变,定子铁耗:PFel= pFeIN ×(U1/ UIN)2。

其中:PFel—定子铁耗;PFeIN —定子额定铁耗;UIN —定子额定端电压。

可以看出,随着U1下降,PFel以平方比例迅速下降,这样轻载、空载时占主要损耗的铁耗大量减少,使电机负载的运行效率大大提高,这就是轻载降压控制的道理。

2.调速节能

根据球磨机搅拌机风机及泵类机械的相似定理:

Q∝n;M∝n2;P∝n3;

其中:Q—流体的流量;n—风机、水泵的轴转速;M—轴转矩;P—轴功率

通常需要改变负载流量时,是用档板或阀门调节,这时输入功率变化不大,大量能量以压差的形式损耗在档板、阀门上了,不仅能耗大而且档板、阀门磨损易坏,噪声也大。由上面公式可见,只要改变n,测流量Q成比例变化,达到调节Q的目的,而轴功率可大大减少,如Q'=1/2,则P'=1/8×P,轴上功率仅为额定时的12.5%,还能节能(控制)80%以上,当然这是理想的,考其它因素,节能率要小些。另外,即使对于许多“恒转速”性质的机械,如活塞式空压机等,用调速改变负载,也有明显的节能效果,这是因为降速后(如用变频调速)电机负载和生产机械的多种损耗都随转速风速下降,效率都比机械方法有很大提高。

3.软起动节能

通常感应电动机采用直接接入电网起动的方法,电动机的起动电流为额定时的5~7倍不仅损耗大,对电网冲击也大,机械磨损,振动都大,如果用变频调速起动,可以将起动电流限制到很小,如果满载起动,也只要比额定电流稍大就可以了,这样起动损耗大大降低,既不冲击电网,又不冲击机械。

4.功率因数COS¢改善的好处

采用变频调速,由于变频节能系统中有直流电容器的隔离作用,使输入的功率因数接近于电动机的励磁无功电流由电容器提供,这样可以节省很大的一块电网容量,一般可节省30%左右,所以很多大型企业中大容量设备进行变频调速改造后,可以增加不少新设备而不需扩容。

以上所述的这些控制功能利用微电脑技术全集于通用型一体的控制控制器,即:

矢量变频节能系统 = 变频器 + 动态调功器 + 动态COS¢补偿器 + 软起动

控制控制器以每秒5000次监测负载电流,并用脉宽调制调压调频技术,以最新IGBT高频功率模块组成,具有67条操作主程序,50多条子程序,24种故障报警,9种保护功能,能在0.1秒内,在20~100%范围内迅速调节U值,以适应负载的快速变化,可以远程操作,安装和使用都很方便,根据不同负载及其变化量节能效果可达20~50%。

主要特点:

1)节省电能,降低能源消耗,节约生产成本,控制率达到10%以上。

2)提高电网功率因数,节省就地补偿装置,电网侧功率因数达到0.95以上。

3)平滑启动,消除启动时的大电流冲击,启动时电机负载电流可限制在其         额定电流的150%以内。

4)减轻电机负载轴承等运动部件的磨损程度,延长其使用寿命。

5)具有完善的保护和自保护功能,保证设备安全运行。

6)设备故障率下降,可靠性提高,减少了备品备件消耗,降低了维修成本。

7)通过内置的PID调节器或外加智能变送器配置不同工作状态下的传感器,

       可以达到自动跟踪、适时动态调节的目的。

8)风机、水泵变频节能系统一经安装调试完成,通电后它就会自动运行,

操作方式相比改造前完全相同,操作工不必重新培训。

9)完善的运行指示和故障查询功能,方便设备管理人员的日常维护工作。

 

二、球磨机的工作原理
球磨机一般采用简单的工频控制,易造成物料的过度研磨,所需研磨周期较长,研磨效率较低,单位产品功耗较大,启动电流大,对设备和电网的冲击很大,机械设备的生产维护量也大,而且电的损耗量相当惊人,这必然会给生产厂家带来很多不必要的麻烦和严重的资源浪费,所以随着社会经济的发展及企业生产规模的扩大,直接工控球磨机的弊病已暴露无遗,并严重地阻碍了各工业企业快速发展。这就促使人们去研制启动平滑、研磨效率较高、产量大、能耗低的球磨机——变频控制球磨机。

球磨机属于低速重载设备,装载量大,起动力矩也很大,一般需要加装液力耦合器来完成传动系统的启动和调速。砖业工业球磨机通常采用附加启动电机冲击启动或软启动装置来启动,对电网冲击大,而且启动完成后运转时所需的转距减小,所以在节约能源方面有很大的空间。 在水泥;砖业;冶金企业里,球磨机由于功率比较大,占据了企业总用电量的80%以上,各类球磨机的结构基本大致相同,只是它们的某些部件有所不同,球磨机一般均由筒体;衬板,给料器;排料器;空中轴;轴承;传动装置和润滑系统组成。圆形筒体由若干块钢板焊接而成,其两端焊接有法兰,以便以铸钢的给料端盖排料端盖连接,筒内装有可以更换的衬板,为了使衬板与筒体内壁紧密接触并缓冲钢球对筒体的冲击,在衬板与筒体之间敷有胶合板,为便于更换衬板和检查筒体内部状况,在筒体上开有 入孔,入孔为矩形,长度一般为三百五十到五百五十毫米。

在此简介介绍驱动部分:球磨机属于低速重载设备,装载量大,起动力矩也很大,一般需要加装液力耦合器来完成传动系统的启动和调速,水泥;砖业;冶金球磨机通常采用附加启动电机冲击启动或软启动装置来启动,对电网冲击大,而且启动完成后运转时所需的转距减小,所以在节约能源方面有很大的空间,目前普遍采用的驱动方式是:三相交流电动机—液力耦合器—齿轮减速器—皮带减速器。由于球磨机属恒转矩负载,在用液力耦合器调速时,其调速效率等于调速比,有很大一部分能量在液力耦合器中被浪费了。

 

三、变频调速控制系统的工作原理

系统性能要求:根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求,备用系统的球机系统应满足以下要求:

备用设备要有足够的起动转距,满足球磨机装载量大的要求,并保证设备在变频运行状态下使电机平稳运行,保障电动机具有恒功率特性:

利用变频调速控制系统改造原有球磨机低速时的正常运行,确保正常的工艺控制要求,延长球磨机和电动机的使用寿命,减少维护。

控制原理图:

 image.png

 

改造内容(思路方案一):

(1) 将原降压启动装置拆除或保留;

(2) 将变频一拖一的形势进行改造,变频器输出接两个接触器用于工频及变频双回路转换使用;

(3) 由于物料重力的作用,物料在球磨机中旋转时会产生离心力,当物料旋上时需要很大的力,当物料旋下时,球磨机会产生外加力,使电机处于发电状态,电机发出来的电送到变频器,使变频器的直流母线电压升高,如果不加制动单元和制动电阻来消耗这多于的电量,变频器就会停机保护。所以需外加制动单元和制动电阻。

(4) 采用可编程控制器和人机界面来完成智能启动和参数设置。

启动过程简介:

按下启动按钮后,PLC发出正转信号并给出10HZ(可设置)的频率,正转3秒(可设置),再停4秒(可设置)这时由于物料的作用,球磨机会反转,等反转后,PLC又发出正转信号,并给出20HZ(可设置)的频率,持续4秒(可设置)再停5秒(可设置)等自由反转后再发出正转信号,并给出30HZ(可设置)的频率.........一值到50HZ后正常旋转起来后,PLC发出命令将电机切换到工频接触器上。如图,1、2图为变频器带动,3、4图为自由反转,变频器停止,5、6图为变频器二次运行,7、8图为变频器二次停止运行,二次自由反转,9、10图为变频器三次正转,11、12图为启动完成。

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改造内容(思路方案二):

1) 将原降压启动装置拆除或保留;

2) 将变频一拖一的形势进行改造,变频器输出接两个接触器用于工频及变频双回路转换使用;

3) 由于物料重力的作用,物料在球磨机中旋转时会产生离心力,当物料旋上时需要很大的力,当物料旋下时,球磨机会产生外加力,使电机处于发电状态,因此球磨机的变频改造对变频器的选型非常重要,第一必须选择矢量型变频器,第二功率放大两档,以保证电动机有足够的启动力矩;加上多段速等控制方式,智能在线检测电流电压,对输出波形进行适时调节,以达到最佳工艺控制方式。

4) 具备点动停车功能,可将球磨完好的物料点动运行,精确控制停到所需位置。

启动过程简介:

按下启动按钮后,由变频器控制电机进行软启动,可以明显感受到启动无任何冲击电流,并具备足够的力矩;启动从0HZ运行至上限频率,由于变频器具备多项控制调节保护功能,因此一但设定好功能参数后,无需人工操作,整个系统将按程序自动运行;而且可以依据时间等指标进行自动停止功能,防止物料的过度研磨。

 

四、变频调速控制系统投入效果分析

球磨机安装变频节能控制系统后,取得了以下效果:

改造后的设备能够实现自动控制,并能克服球磨机大惯性引起的回升电压,有效地保证设备正常运行,利用变频器自动电压调节功能,可在与负载无关的条件下,保持电机效率最高,因消除了起动时的冲击,延长了机轴、波箱齿轮、皮带等机械的使用寿命,减少了维修费用;利用变频节能调速技术改造了球磨机的拖动系统,满足了球磨机低速运行、大起动转距的特点,实现了球磨机的运行速度连续可调,电机起动时无冲击电流,起动力矩足够,保护功能完善,保证了工艺控制质量,节约了维护成本。

球磨机使用变频调速后,起动电流可比原先小5倍以上,实现了真正的软起动,也收到了节能的效果。由于起动电流大大减小,不会造成对电网的冲击和电网电压的下降,消除了因球磨机起动而引起的其它用电设备调闸或故障,在同样的电网容量下,并可以增加装机台数,内置PLC多段速自动运行功能,可以通过变频方便地设定研磨时间,加磨时间和自动停机功能,使操作更加智能化,人性化。球磨机变频节能系统的节能效果一般可达12~15%左右。

 

五、综合效益

1、直观的控制效果

在进行全面的控制改造之后,用户可以从实际的电费开支减少中直接地得到实惠,降低了用户的经营成本。

2、隐含的经济效益

根据变频器原理可知,除了具有直观的控制效益之外,其对用电设备及线路的保护作用而使用电设备延长使用寿命,维护费用相应减少;同时亦减轻了主送电变压器的负担,增大了变压器的宽裕度,并增加了用户的负荷使用容量。

n 节能系统特点

A. 变频器界面为LED显示,设定参数丰富;键盘布局简洁、易于操作。

B. 变频器有过流、过压、过热、缺相等多种电子保护装置,并具有故障报警输出功能,可有效保护风机系统的正常运作;

C. 加装变频节能器后,风机电机负载具有软启动及变频调速功能,可有效降低系统的机械磨损,同时减轻管路负担。

 

六、售后服务说明

技术培训

1.培训相关操作人员,教授控制技术;

2.提供节能控制系统电气控制原理图;

3.提供变频器使用说明书、数字PID调节器使用说明;

售后服务

1.售出设备壹年内免费保修,终生售后服务;

2.设备如发生故障,可直接切换到市电运行而不会影响设备正常工作,接报后及时到现场处理维修。


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