电流矢量型变频器在吊篮式离心机的节能应用

刘刚伟，董福金（.昆明川金诺化工股份有限公司，云南昆明65400；.大连普传科技股份有限公司，辽宁大连603）



电流矢量型变频器在吊篮式离心机的节能应用

刘刚伟1，董福金2
（1.昆明川金诺化工股份有限公司，云南昆明654100；2.大连普传科技股份有限公司，辽宁大连116023）

摘要：针对磷化工产业中的主要工艺设备—吊篮式离心机采用传统控制方式，耗电量大、维修频繁、双速电机本身就易损、生产工艺有缺陷等情况，采用PI9200系列电流矢量变频器来进行系统改造，目的是降低耗电量，保证系统运行稳定可靠、易于维护、提高企业综合效益。给出了离心机工作原理及改造方案，共用直流母线及直流电抗器的应用解决了再生能耗，提高了系统功率因数。实践证明此改造方法有效可行，可以在行业内进行全面推广。

关键词：吊篮式离心机；变频器；电流矢量控制

在我国从事磷化工产业的厂家很多，其产品磷、磷肥、磷酸盐等主要应用于肥料、饲料、洗涤剂、食品工业、电子工业、纺织、玻璃、冶金、陶瓷等，市场需求量非常大。主要工艺设备有吊篮式离心机，它是一种上悬式、重力卸料、自动控制、连续循环工作的过滤离心机，其工作原理：电机驱动转鼓旋转，在进料低转速状态，物料从转鼓上部加入，均匀分布到转鼓壁，进料达到预定容积后停止进料，升至高速进行分离。进料和高速分离过程中，在离心力作用下，液体穿过滤网和转鼓壁的滤孔排出转鼓，再经排液管排出离心机外，固体截留在转鼓内。

高速分离结束后，转速降至卸料低转速或停止状态，自动提升料罩，固相物在重力作用下脱落排出转鼓，从机壳底部排出，然后自动清洗滤网，开始下一个循环。双速电机系统存在设备启动频繁对电网冲击比较大、电控系统线路复杂、控制柜体积庞大和耗能等缺点，采用变频器改造现有工艺方案是节能、可靠、性能更优的选择。

1　改造前设备情况

云南某磷化工生产企业，主导产品为饲料级磷酸氢钙统称磷酸盐。目前行业生产工艺，生产半成品（未烘干的磷酸氢钙）所用的固液分离装置种类比较多，有自动化程度比较高的平板式自动刮刀下部卸料离心机、陶瓷真空过滤机、吊篮式离心机等。

该现场使用的是吊篮式离心机共38台，用于磷酸氢钙（简称氢钙）的半成品脱水，设备使用时间已7 a有余。每台离心机配备1台Y系列的6/8极双速电机（型号YD200L2-8/6，380 V/20 kW）作为动力源来驱动离心机的旋转，该装置经过长期大量的使用发现存在以下缺点。

1.1设备耗电量大

电机工频运行耗电量大。同时，电机启动频繁对电网冲击比较大（380 V/20 kW的电机工频启动时电流达到5～7倍额定电流，即110～160 A之间）、对整个电网内的电气设备造成一定影响。如，照明灯忽明忽暗、设备电力系统内精密仪器的测试精度受到干扰，影响设备使用寿命等。当然，该情况也可以通过加大变压器容量来解决，但更换变压器的成本投入比较大。

1.2维护费用较高

电控系统线路复杂、控制柜体积庞大、维修工作量大而且维修频繁。其中，作为启动和高低速切换的交流接触器，由于频繁切换而容易损坏，每台离心机平均每月要更换接触器1到2只。并且过快的启动加速度和低、高速切换使得离机心甩块也容易损坏，整个设备的电气与机械维护成本都比较高。

1.3双速电动机本身就易损坏

高低速对应不同的电机绕组，加速过载很容易损坏电机，另外现场的酸性腐蚀气体也加速了电机的损坏，在该现场平均每台双速电机寿命只有7～8个月左右。

1.4生产工艺存在缺陷

双速电动机高、低转速为固定，而物料的结晶情况却不是一成不变的，针对不同结晶情况需要有不同的分离速度，因此现实分离的效果并不是很好。

鉴于存在上述缺陷，因此决定对该现场38台吊篮离心机进行变频改造。

2　变频改造方案

2.1更换电机

按照满足原电机的转速及力矩要求，将原有多级双速电动机（YD200L2-8/6/-15 kW/20 kW，额定转速730/980 r/min）换成普通异步电动机（Y180L-4额定功率22 kW，额定电流42.5 A，额定转速1 470 r/min，额定转矩143 N·m）。异步电机的结构简单、使用寿命长、方便维护，可有效降低电机的维护费用。

2.2采用变频控制柜

取消原有的双接触器控制柜，采用普传PI9000系列变频器进行离心机控制，依照工艺要求设置好相应参数。当需要使用离心机时，合上离心机电源QF1，低速运行合上开关SB1，当完成布料要切换到高速时合上开关SB2。需要停机时先关低速SB1再关高速SB2。变频器接线如图1、图2所示。

图1　变频器主接线图Fig.1 Convertermainwiringdiagram

图2　控制端子接线图Fig.2 Controlterminaldiagram

2.3共直流母线

将各个离心机变频器的直流母线并联起来，以解决变频器运行当中出现的再生能耗问题。将所有的变频器面板打开，变频器的直流母线正极（P极）、负极（N极）采用与母线铜排相同截面的导线引出来，再经过断路器将对应的电极用导线并联起来，如图3所示。

图3　共直流母线连接图Fig.3 Common DC bus connection diagram

2.4接入直流电抗器

接入直流电抗器能改善功率因数，提高整个控制系统的效率。

3　改造后的效果

3.1电动机方面

换成普通异步电动机后，检修安装不需要核实双速电机的线圈在相同相位下是否存在高、低速不同转向问题（原先碰到过低速时电机正转，切到高速时电动机反转，而导致电机损坏及控制设备损坏），安装和维护更简便，电机的使用寿命也长，至少寿命都在3 a以上，可以节省大量维护成本。

3.2变频器方面

采用变频器后，电机启动电流以及高、低速切换时的电流大大减小。减少了对电网的冲击，对电网内使用的其他设备影响也减少了，电网的稳定性和安全性得到提高。

3.3机械方面

采用变频器后，离心机的启动和高、低速切换时的机械冲击大大减小，最明显的一点不用再频繁更换离心机甩块，节省了维修费用，延长了离心机的寿命。

具体维修费计算：原电控柜的年维修费，按38台离心机每月更换1只接触器算，1只大约220元。则，

38台×12月×220元＝100 320.00元采用变频器后的年修费用预计为35 000.00元，1 a节省维修费65 000万元。

3.4改善了生产工艺

采用变频器后可以根据原料结晶情况随时来调整离心机的转速，使分离效果达到最佳，而且调速也很方便。

3.5节省电能

改造后节能降耗效果明显，带来可观的经济效益。多台变频器采取共直流母线的方式，当其中某台变频器处于减速状态而产生再生能量时，处于加速过程中的变频器便会吸收此能量来做功，高速运行时变频系统的运行效率要比双速电动机高些，这也是一种节能。

节省电费计算，改造前离心机平均耗电量为380 kW·h/d，改造后为197.6 kW·h/d。每天节电182.4 kW·h。38台离心机1 a工作按330 d算，节电：330 d×38台×182.4 kW·h＝2 287 296 kW·h。平均电价按0.6元折算：2 287 296×0.6＝1 372 377.60元。

4　结论

吊篮式离心机采用电流矢量型变频器进行节能改造，控制系统安装操作简便，运行稳定可靠，节电效果好，综合效益显著。并且普传变频器厂家根据使用现场环境情况，定制高防护等级控制柜，变频器自身也增加了强化防护处理，可有效延长变频器在该使用场合的使用寿命。直流母线在出厂时也引出到接线端子，方便了客户现场接线，有效降低了客户使用成本。该现场离心机的变频改造非常成功，可以在行业内普及推广。

参考文献

［1］大连普传科技股份有限公司，普传科技PI9000矢量变频器说明书［Z］.V11.0 20140303CJ.

修改稿日期：2015-11-19

Current Vector Converter′s Energy Efficiency in the Basket Centrifuge

LIU Gangwei1，DONG Fujin2
（1. Kunming Chuan Jin Nuo Stock Co.，Ltd.，Kunming 654100，Yunnan，China；2. Dalian Powtran Technology Co.，Ltd.，Dalian 116023，Liaoning，China）

Abstract:In the phosphorus chemical industry，the main process equipment-basket centrifuges adopt traditional control method，which lead to big power consumption，maintenance intensive，double speed motor vulnerability，the production process defects，etc.，we adopted PI9200 series current vector converter for system reform，aimed to reduce power consumption，to ensure the system reliable，easy to maintain and improved the overall efficiency of enterprises. Stated the working principle of the centrifuge and rehabilitation programs，common DC bus and the DC reactor application solved the renewable energy and improved the power factor. Practice has proved that this method is effective transformation，can conduct a comprehensive promotion in the industry.

Key words:basket-type centrifuge；converter；current vector control

收稿日期：2015-03-23

作者简介：刘刚伟（1981-），男，本科，工程师，Email：1176535492@qq.com

中图分类号：TM464

文献标识码：B