ABB变频器在煤气加压机上的应用_abb变频器应用实例
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ABB变频器在煤气加压机上的应用
摘要：在煤气加压机控制系统中运用变频调速技术对其进行改造，从而实现煤气加压机运转的自动调节，控制煤气流量，年节电效益12.91万元.关键词：煤气加压机
变频器节能 一 概述
炼铁厂竖炉车间煤气加压系统有220kW加压风机两台，一用一备，煤气的恒压供给是保证竖炉系统正常工作的重要条件，一般情况下要求出口压力为20KPa，原系统采用液力耦合器调速，电机以额定转速运行。
液力耦合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电机能量并改变输出转速的，电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内的油压来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。二 原系统工况及存在的问题
竖炉从投产以来，煤气加压机采用液力耦合器调速，存在诸多的问题如下:
1、电机直接启动时，冲击电流加大，影响电网的稳定性。
2、电机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低。
3、采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流较大。
4、液力耦合器的附件——水冷却系统，长期运行，维护跟不上，冷却管内的水垢越积越多，易堵塞，导致冷却效果差，最终油温过高。
5、特别是进口压力过低，通过液力耦合器调速后，出口压力要求在20KPa左右，那么就会出现油温过高，结果转速没法调节到指定范围内，出口压力还是低，造成常常减料，球团产量相应降低。
6、液力耦合器运行时间稍长，就会严重漏油，对环境污染大，地面也被油严重污蚀。
从以上运行情况分析：要提高电动机的工作效率、节约电能，为满足生产工艺的要求，需要对其进行改造。在风机电动机上装设变频调速装置，取代液力偶合器调速，要求变频器有高可靠性，长期运行无故障。三 变频改造方案
电动机采用变频调速后，电动机转轴与负载直接相连，但电动机不再由电网直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的供电频率来改变电机转速，因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和功率因素特性。
采用变频调速后，异步电动机转速n=60f(1-s)/p，其中f 为变频器输出频率，s 为异步电动机转差率，p 为电动机极对数。由式可见，交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比，所以改变电源频率就能改变电机转速，从而实现调速的目的。
可以根据工艺状况需要而调节变频器的输出频率，以满足工艺要求。当工艺状况需要时，让电动机高速运行以达到工艺要求；当工艺
状况允许时，使电动机低速运转节约电能。
另外，用变频器对风机进行改造不必对原系统进行大的改动。取消液力耦合器，以及液力耦合器的水冷却系统，电机前移。
1、实际应用设备参数
加压风机型号为JLM—250D，其性能如表1所示
表1 风机参数
2、电机型号为YB315M1-2，其性能如表2所示
表2 电机参数
3、根据风机和电机的配置选择变频器的容量 型号：ACS800-04P-0320-3＋P901 250KW 输入项目 U：3～380－415V I：501A f：48～ 63Hz
输出项目 U：3～uinput I：521A f：0～ 300Hz4、变频改造方案：
在风机上装设变频系统，拆除液力耦合器（如图一）；保留原工频系统。
图1
风机变频改造示意图
5、变频器调试：
首先将电机的额定功率、电压、电流及工作频率输入变频器，并确认它们与变频器的额定数据相匹配，其次是选择控制方式，命令源，最后设置速度设定值，斜坡上升/下降时间等一些必要的参数。
6、变频调速与液力耦合器调速的其他性能比较
变频调速与液力耦合器调速除了节能方面的差别外，还在功率因素、起动性能、运行可靠性、运行维护、调节及控制特性、投资及回报等方面有较大差异。
6、1功率因素
变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因素运行（例如20%以上转速时功率因素大于0.95%），而液力耦合器低速运行时功率
因素低于电动机额定功率因素，如果在70%以下转速时，功率因素将低于0.7。采用液力耦合器如果需要提高功率因素，则需另加功率因素补偿装置。
6、2 起动性能
采用变频调速时，如电动机保持额定转矩起动，电网输入起动电流小于电动机额定电流的10%，对于风机泵类负载，其起动电流更小。而且起动的全过程可控，起动点和爬坡时间可设置。而液力偶合器不能直接改善起动性能，起动电流达到额定电流的5-7倍，即使是绕线型转子，采取转子串电阻方法需改善起动性能，需增加起动装置，但起动电流仍将是额定电流的2倍以上，是变频起动的20倍以上。起动对电动机和电网的冲击相当大，对电动机来说，造成转子鼠笼断条和定子绕组开焊，据统计，约15%的电动机故障由直接起动引起。对于电网来说，直接起动造成电网电压短时下降，干扰其它设备运行。
6、3 运行可靠性、运行维护
液力耦合器机械结构和管路系统复杂，要长期可靠运行，系统维护工作量增大，如果出现故障，无法直接定速运行，必须停机检修。低压变频装置电子线路比较复杂，但目前技术已趋成熟，尤其是单元串联多电平方式的低压变频装置具有单元自动切换和冗余运行特性，在单元故障时可不停机连续运行，可靠性得以保证，而且检修维护相当容易，只需定期更换进风滤网即可。6.4 调节及控制特性
液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应
慢，可能跟不上控制的需要，而变频调速的频率改变速度相当快，完全可以以系统允许的最高速度进行调节。液力耦合器的速度调节精度较低，而变频调速属于数字式控制，其稳频精度达到0.1%以上，因此可以实现精确控制。四 节能情况分析
液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变送后送人负载，其间存在功率损耗；变频器从电网取得电能，通过电动机变送后送人负载，其间同样存在功率损耗。在转速范围内，两种调速方式的效率—转速曲线如下：
两种调速方式的效率—转速对比曲线
1、理论上计算节能效果：
220kW风机的风量从100%降低到70%，由于流量与转速一次方成正比，因此转速可以降低70%，而负载功率与转速的立方成正比，所以负载功率理论上降为34.3%。
采用变频调速，其效率按0.95计算，再考虑电动机效率0.85，管道系统效率0.95，则电网总输人功率约为：
220（34.3%/0.95/0.85/0.95）=220×44.71%=98.36kW 采用液力偶合器，其效率按0.665计算，再考虑电动机效率0.85，管道系统效率0.95，则电网总输人功率约为：
220（34.3%/0.665/0.85/0.95）=220×63.87%=140.51kW 二者之差为节约的电能，即：140.51-98.36=42.15kW，全年按330日计算，年节电: 42.15×330×24=333828度
2、实际测量节约电能比较：出口压力达到20KPa为标准2、1 改造前实测数据 u1=380V；i1=140A；cosφ1=0.92 P1=1.732ui =1.7321×380×140×0.92= 84.78kw 每年耗电量（全年运行330天计）为：84.78×24×330=671458度2、2 改造后实测数据
u2=380V ；i2=50－70A ；cosφ2=1 取个中间值 i2=60A P2=1.732ui =1.7321×380×60×1=39.5kw 每年耗电量（全年运行330天计）为：39.5×24×330=312840度2、3 每年节省的电量： 671458－312840=358618度 节电率：358618÷671458=53.4% 每年节约电费（按0.36元/度计）：358618×0.36=12.91万元
3、节约循环新水比较
根据在水泵房的新水流量表的指示比较得知：(19-14.5)×24×330=35640吨
五 结束语
对煤气加压风机改造表明：采用变频器对风机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显、投资回收期短的特点；风机可软起软停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备的维修费用；拖动系统应用变频调速技术，在大大节约电能的基础上，使长期轻载运行的引风机工作在低转速、低电压的状态下，这样就使电机发热少、温升低，延长了使用寿命。变频调速技术也提高了功率因数，使电网损耗减少，效率提高，同时降低了风机噪音，改善了生产环境。另外变频器自我检测、故障诊断、保护功能齐全，可有效地防止事故扩大化。
作者简介:王长林,男
