重质纯碱挤压机电动机和变频器设计选型

胡余中

(自贡鸿鹤化工股份有限公司,四川 自贡 643000)

重质纯碱挤压机电动机和变频器设计选型

胡余中

(自贡鸿鹤化工股份有限公司,四川 自贡 643000)

介绍国产中型电动机性能参数,以及西门子变频器的选型理由,和挤压机的自动控制。

挤压机;电动机;变频器;控制器

自贡鸿鹤化工股份公司新重质纯碱150万t/a工程,主要工艺核心设备为挤压机,引进的是美国KOMAREK公司DH500-28型挤压机主机,其减速箱、电动机和变频器由国内配套设计。由于老重质纯碱德国的Bepex公司MS300挤压机能力偏小,出现过载运行和铁件掉入压辊,轴承损坏,轴断裂等情况。中美双方在新挤压机械强度允许的条件下,把美国挤压机压辊延长了20 mm,从而加大了挤压槽的有效面积,同时也相应提高电动机和变频器的功率,以提高装置的生产能力。本文就国产中型电动机性能参数,西门子变频器的选型理由,挤压机的自动控制等作介绍。

1 挤压机的电动机选配

挤压机的作用是把轻质纯碱粉挤压成长条重质碱块,按工艺要求,挤压机的电动机基本参数选定为:380 V、50 Hz、355 kW、1460 r/min 和 F级绝缘 ,挤压机轧辊速度为29 r/min,轧辊减速器变比为44.24/1。由于变频器频率调节范围不大,在38～52 Hz,而ABB、西门子的变频电动机又太贵,因此决定在国内配套生产该电动机。为此,请上海电机厂和重庆电机厂作了报价。经过经济和技术比较,选用了重庆电机厂生产的 Y400-4,355 kW,380 V,669 A,IP54的电动机。由于此电机已跨入中型电机行列,其国家标准性能参数稍微低于小一等级的小型电动机315 kW。我公司老重质纯碱挤压机用的就是重庆电机厂生产的,型号为Y355L2-4,315 kW电机。新老重质纯碱新电动机的技术参数值比较如表1:

表1 新老挤压机电动机的技术参数值比较

由于以上两者参数有差别,为了谨慎,同时把负载特性,如挤压纯碱,恒转矩负载,重载及配有变频器等通知了重庆电机厂;又把重庆电机厂的电动机技术参数和配恒转矩变频器告诉了美国 KOMAREK公司,以得到两个厂家的配合和确认。据重庆电机厂家介绍,象这样大的低压电动机都是定做,为保护电动机,在绕组和轴承配有测温元件WZP-003,Pt100型铂热电阻8只,以保护电机绕组和轴承不过载损坏。因此,仪表设计选用XJ-08H温度巡回检测仪绕组高温报警为140℃,跳闸为155℃,轴承报警85℃。

2 变频器的选型

利用变频器可以调节挤压机电动机转速,以达到最佳的挤压效果、节能,并控制调节产量。笔者对此选配进口变频器,来进行调速。当然,对交流380 V,355 kW低压电动机配用变频器还可降低启动电流、提高启动转矩、避免启动时的大电流对电网的冲击。为此选择了2个厂家来竞标,一家是德国的西门子,另一家是丹麦的丹佛斯公司。由于丹佛斯变频器VLT5500在变转矩(轻过载)控制时(如水泵、风机类负载)为400 kW,745 A,而在恒转矩控制,即重过载时输出功率为355 kW,但是电流In=658 A＜电动机额定电流Ie=669 A;而西门子SIMOVERT MasterDrives VC 6SE7137恒转矩负载为400 kW,电流为690 A,大于电动机额定电流。两家变频器的技术性能和维护使用比较如下:

表2 两家变频器的技术性能和维护使用比较

根据变频器选择原则,是按最大负载下给出的电动机额定电流进行选择,即变频器额定输出电流In≥电动机额定电流Ie。

此变频器是由德国进口主件,天津西门子成套组装的变频器标准化柜装置,其主回路为交直电压型,在恒转矩控制时,则有一个依赖负载的U/F曲线(FC)特性,在负载电流增加时,输出电压也会加大,从而维持电机的恒定磁化。功率单元采用IGBT组件,具有功率因数高,性能可靠,系统稳定。调速装置主板配有数字、模拟量输入/输出接口等。它可以向挤压机类的负载提供高启动转矩,应用于重载负荷不降低容量,网侧SITOR双保险熔断器3NE1对电缆及半导体器件进行保护,2%的进线电抗器减少变频器谐波电流,限制由于电网、电压的跳跃或系统操作产生的电流冲击。

综上所述,西门子的技术性能和维护使用都优于丹佛斯。因此,选择了西门子SIMOVERT Master Drives VC 6SE7137-0EE20-3BA0。

由于本次对大功率变频器的选择引起了足够的重视,在选型交流时还发现,由于丹佛斯样本对重载和轻载描述得不够清楚,很容易让人在选型上搞错,这一点连丹佛斯有的代理工程师都没搞得太清楚。丹佛斯在恒转矩控制时,当时为400 V最大输出功率就只能做到355 kW,而西门子已经做到了1500 kW。

预挤压螺旋机齿轮电机是德国 SEW R107DMV225S4,37 kW,299 r/min对应 50 Hz。象螺旋给料机这种负载转矩变化范围较大,应采用矢量控制方式的西门子MICROMASTR 440,6SE6440-2UD33-7EA1变频器。MICROMASTR 440与SIMOVERT Master Drives VC的主要区别在于更小型,更经济。这里要强调的是 MICROMASTR变频器又分为基本型420、节能型430和矢量VC控制型440。420、430型只有V/F控制不能同时满足重载与轻载交替变化的要求,只适用于风机、水泵和卷扬机类的负载。

西门子SIMOVERT Master Drives VC变频器的参数设定分为三类:①系统参数设定,以输入电动机名牌参数、保护整定值;②运行参数,以输入开车/停车命令、输入频率给定值、输出频率和输出电流值;③状态参数,以读出控制字、状态字的值,如输出电压、电流指示等。

3 挤压机自动控制

由于把粉料挤压成固体物料,挤压机需要较大的转矩,进料物流又可能产生波动。挤压机压辊电动机负荷电流与顶部的预挤压螺旋给料的速度有直接联系,而且2台电机都配有西门子变频器,就可以用1只西门子控制器SIPART DR20S把它们联系起来了。此控制器是一种具有数字数据处理的可编程控制器,程序存储器设有各种功能,具有运行棒显示,按图1所示,控制器把大变频器测出的主电动机电流实际值与电流设定值相比较处理,来控制预挤压变频器增速和减速,这样挤压机系统就可以实现自动控制和手动控制了。

图1 挤压机自动控制原理图

由于挤压机是把纯碱粉挤压成长条碱块,进料物流可能产生波动,此控制方式在老装置开车期间起到了很好的作用,自动控制效果显著,减轻了操作人员的负担。

老挤压机考核时平均开到了56 Hz,才达到150万t/a设计能力;而新机子考虑了扩能,在48 Hz时就达到了产量要求。

老装置在性能考核时,由于德国2#振动筛(2台2 kW)振动电动机能力偏小,笔者采用增加1台西门子5 kW变频器来提高振动电动机抛投能力,才使装置达到合同保证值。德国人还把此技术用到了印度的塔塔碱厂。

印度的塔塔碱厂的德国Bepex公司MS300挤压机电动机为315 kW、6kV,未配变频器,不能调速,因此调节产量很不方便,挤压效果不够理想,也达不到设计能力,但可以节省1台大变频器,综合一次性投资要少10多万元人民币。

由于纯碱行业具有化工粉尘和气体的腐蚀,为保证变频器长周期安全平稳地运行,实际可行的办法就是在变频器室安装空调,并通入正压干燥的仪表空气,同时把变频器遥控面板安放在操作室的控制屏上,以防止操作人员带纯碱粉尘入变频器室。

4 结 语

将新重质纯碱挤压机压辊延长,加大了挤压槽面积,同时也加大电动机和变频器容量,来提高生产能力。用国产电动机配变频器来调节挤压机的转速,可以达到调节产量和挤压效果的作用。经过10年的运行,新挤压机电动机和变频器运行正常,达到了新建装置的设计能力。

[1]西门子SIMOVERT Master Drives VC操作说明书

[2]西门子 MicroMaster 440说明书

[3]西门子 SIPART?DR20S/K操作说明书

[4]张燕宾编著.电动机变频器调速图解[M].北京:电力出版社

[5]丹佛斯VLT?5000系列操作说明书

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:1005-8370(2011)01-25-03

2010-10-28

胡余中(1957—),大专,高级工程师。现任鸿鹤化工股份有限公司副总工程师。