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劉學(xué)/高級技師

風(fēng)機(jī)、泵類和空壓機(jī)是工廠最重要的耗電設(shè)備,應(yīng)用范圍較廣,耗電量巨大,做好此類負(fù)荷的節(jié)能工作十分必要。一般風(fēng)機(jī)常年處于恒速運(yùn)行狀態(tài)，以風(fēng)門開度調(diào)節(jié)風(fēng)量,大量能源耗損于風(fēng)門所增加的阻力上,極不經(jīng)濟(jì),更不合乎國家節(jié)能減排的號召。通過高效的電動(dòng)機(jī)調(diào)速來滿足運(yùn)行中負(fù)荷的變化,是提高風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行效率和降低工廠用電量的主要手段。根據(jù)公式:轉(zhuǎn)速n=(1-s)60/p,傳統(tǒng)的調(diào)速方法主要有:改變磁極對數(shù)p,調(diào)轉(zhuǎn)差率s和改變電源頻率/三種方法。變頻器是通過改變電源頻率的方式來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的,軸功率會(huì)大大降低,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能;永磁調(diào)速器是通過改變電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的滑差實(shí)現(xiàn)調(diào)速的,打破了傳統(tǒng)的調(diào)速觀念,作為近幾年來最先進(jìn)的交流調(diào)速技術(shù),有著調(diào)節(jié)方便，節(jié)能效果好，沒有諧波污染或電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

永磁調(diào)速器是通過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的革命性傳動(dòng)設(shè)備,電動(dòng)機(jī)與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)軸之間無須機(jī)械連接,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)磁盤在裝有強(qiáng)力稀土磁鐵的磁盤所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場中切割磁力線,因而在導(dǎo)磁盤中產(chǎn)生渦電流。該渦電流在導(dǎo)磁盤上產(chǎn)生反感磁場,拉動(dòng)導(dǎo)磁盤與磁盤的相對運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸。

如圖1所示,電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸,不同于常規(guī)的硬機(jī)械連接方式,而是通過氣隙連接的。它不僅可以通過調(diào)整氣隙實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整,還帶來很多其他調(diào)速方式所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

如圖2所示，永磁調(diào)速系統(tǒng)的可編程邏輯控制器PLC現(xiàn)場控制器采集如壓力、流量和液位等過程信號以及其他相關(guān)的控制信號，進(jìn)行相關(guān)的調(diào)速計(jì)算處理，然后將計(jì)算結(jié)果提供給執(zhí)行器。該執(zhí)行器調(diào)整氣隙，從而調(diào)整負(fù)載速度以滿足控制要求。

變頻調(diào)速技術(shù)是在電動(dòng)機(jī)供電電源與電動(dòng)機(jī)定子間加入一個(gè)可改變電動(dòng)機(jī)供電電源頻率的變流裝置,將通常50hz工頻交流電源變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電源,實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。

目前國內(nèi)大都使用交一直一交變頻器,變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后,形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上,利用逆變器功率元件的通斷控制,使逆變器輸出端獲得一定形狀的知形脈沖波形。通過改變矩形脈沖的高度控制其電壓幅值;通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率,從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，從而滿足變頻器調(diào)速對協(xié)調(diào)控制的要求。

第一車間7#送風(fēng)機(jī)所采用的永磁調(diào)速裝置，可以進(jìn)行遠(yuǎn)端和就地控制，運(yùn)行操作方便，有一定的節(jié)電效果。永磁調(diào)速器是通過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸,減少了電動(dòng)機(jī)由于風(fēng)機(jī)造成的振動(dòng)問題。在實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)過程中,永磁調(diào)速器的起動(dòng)過程是先將氣隙調(diào)節(jié)到最大,這時(shí)電動(dòng)機(jī)與負(fù)載是完全脫開的,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的空載起動(dòng),然后通過慢慢加速起動(dòng)負(fù)載,當(dāng)永磁調(diào)速器自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),可以通過執(zhí)行器手動(dòng)調(diào)節(jié)。

盡管永磁調(diào)速存在著許多優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些缺陷。由于永磁在調(diào)速過程中力的作用,造成對電動(dòng)機(jī)軸承的磨損加大。同時(shí)永磁調(diào)速在運(yùn)行時(shí),噪聲相對較大,影響環(huán)境,且運(yùn)行中溫度高。另外永磁調(diào)速在安裝時(shí),電動(dòng)機(jī)要向后移動(dòng),對電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)要加以改造,并對其加裝剛性支座,相對于變頻調(diào)速改造時(shí)間較長同時(shí)還要求電動(dòng)機(jī)的軸向竄動(dòng)要在一定范圍內(nèi)以保證運(yùn)行平穩(wěn)。

變頻調(diào)速是通過改變定子電源的頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中,從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率,理論上來講具有高效、調(diào)速范圍寬(10%-100%)和準(zhǔn)確度高等性能,節(jié)電效果可達(dá)到30%-40%。變頻器技術(shù)運(yùn)用時(shí)間較長,技術(shù)相對成熟,設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),故障率較低。

由于變頻器的變流過程都是由半導(dǎo)體電力電子器件進(jìn)行整流及逆變而實(shí)現(xiàn)的。而變流過程需要電力電子器件能承受相應(yīng)工作電壓(這是電力電子器件最重要的),同時(shí)在變流過程中產(chǎn)生功率損耗。功率損耗與通過變流裝置的電能功率成正比,在一定程度上影響了節(jié)電率。另外,變頻器的壽命約為8年,且隨著使用年限的增加,故障率逐年提高,同時(shí),變頻器運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高,廠家配件貴,維護(hù)保養(yǎng)難度較大。

綜上所述,兩類調(diào)速在第一熱電車間應(yīng)用總體狀況良好,但各自也存在一些問題和缺陷,通過總結(jié)安裝和運(yùn)行中的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn),提出了改進(jìn)建議,以確保設(shè)備安穩(wěn)運(yùn)行。

1)  選擇永磁調(diào)速裝置時(shí)應(yīng)注意設(shè)備容量在它的使用范圍內(nèi)(安裝時(shí)注意永磁調(diào)速裝置的形式

2)  永磁調(diào)速裝置應(yīng)安裝在通風(fēng)且寬敞的場地,最好不要安裝在狹小的廠房內(nèi),建議安裝水冷型永磁調(diào)速裝置。

3)  安裝過程中建議加裝支座,有條件加裝軸瓦式基座。

4)  在安裝時(shí)要檢查電動(dòng)機(jī)軸承軸向竄動(dòng)情況,使其在規(guī)定范圍內(nèi),防止造成磁盤吸合的故障。

5)  對投入運(yùn)行的設(shè)備,加強(qiáng)設(shè)備巡檢,做好檢測振動(dòng)、溫度工作,同時(shí)做好維護(hù)工作,定期檢查、維護(hù),做好潤滑加脂工作,以確保裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

1)   為抑制變頻器整流和逆變產(chǎn)生的諧波,可在變頻器前加裝電抗器或電源濾波器。這種方法可使電磁干擾電流降至原來的1/10,效果較明顯;現(xiàn)在如施耐德、ABB公司的大多數(shù)產(chǎn)品已在內(nèi)部加裝了電抗器,用以減小諧波污染。

2)   變頻器在安裝時(shí)應(yīng)注意:電源電纜采用屏蔽電纜,屏蔽電纜穿鐵管并接地,輸出電纜也穿鐵管并接地,屏蔽層應(yīng)在接變頻器處和電動(dòng)機(jī)處兩端都接地。

3)   變頻器安裝地點(diǎn)環(huán)境衛(wèi)生,通風(fēng)要好,做好防護(hù),通風(fēng)措施,變頻器運(yùn)行半年應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部徹底的清掃檢查,防止內(nèi)部積灰造成半導(dǎo)體元器件損壞的變頻器故障。

4)   對運(yùn)行時(shí)間8年以上的變頻器制定計(jì)劃及時(shí)進(jìn)行更換。

近年來,由于對節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求,各種調(diào)速裝置技術(shù)成熟,同時(shí)其操作簡單、節(jié)電效果明顯,并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn),因而采用各種調(diào)速裝置逐步取代風(fēng)門、擋板和閥門的控制方案。

通過實(shí)際使用發(fā)現(xiàn):變頻調(diào)速裝置雖然能達(dá)到良好的節(jié)電效果,但大型的電動(dòng)機(jī)高壓變頻器安裝環(huán)境要求較高,需要設(shè)置配電間隔,考慮到其散熱問題要安裝空調(diào)器等散熱裝置。特別是其產(chǎn)生的諧波電流和諧波電壓,對公用電網(wǎng)是一種污染,使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化,給周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。

永磁調(diào)速在傳遞效率、調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度和響應(yīng)速度方面略低于變頻調(diào)速。根據(jù)以上兩種調(diào)速裝置在實(shí)際應(yīng)用的總結(jié),建議對于一些低壓、中小型電動(dòng)機(jī),采用變頻調(diào)速裝置;而對于一些高壓、350kW以下的電動(dòng)機(jī),采用永磁調(diào)速的調(diào)節(jié)方式;對一些功率較大的重要電動(dòng)機(jī)和一些調(diào)節(jié)范圍較小的電動(dòng)機(jī)慎用調(diào)速裝置。在確保生產(chǎn)設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí),再考慮采用先進(jìn)的節(jié)能措施,只有這樣才能做好生產(chǎn)設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。