密炼机主机变频节能改造

李海峰，陆林，刘贵鹏

(桦林佳通轮胎有限公司，黑龙江 牡丹江 157032)

密炼机是轮胎行业炼胶生产中一种对过载和稳速精度要求较高的重要设备。目前的密炼机电机驱动中，主要以直流调速及交流电机为主，直流电机在炭黑环境中工作，如果维护不及时很容易影响其绝缘性能，从而导致故障率增高、维修费用大，这样无形中以增加用户直流电机的维护量。另外电网电源和直流装置的电源等级不一致，需要用户自配一台变压器，对于电网要求严格的用户还需要自备功率补偿及滤波装置。而交流电机为了避免设备的频繁启动对电网和设备造成的冲击，设备不停车，电机工频运行。这样的话会造成大量的电能浪费。

随着轮胎行业对节能与效率方面各种高标准的提出，对耗能大户——密炼机的性能和能耗提出更高要求，现直流调速与交流电机不能满足客户需求，更节能更安全的交流变频系统越来越受到密炼机用户的青睐。

1 可以量化的节能效果

由于将主电机更换为变频电机（变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用）。相比现有工频电机，交流变频电机非常省电，因为变频器提高了用电的功率因数（变频器是通过交流—直流的电源变换后对异步电动机进行驱动的,所以电源的功率因数不受电动机功率因数的影响,几乎为定值），引用公式P=UI×cosΦ（P=功率/U=电压/I=电流/cosΦ=功率因数），功率因数提高的同时，有功功率也就提高了。

变频节能主要为“提高功率因数节能”、“变频降速节能”、“动态调整节能”、“通过变频自身的V/F 功能节电”、“变频器自带软启动节能”等。

1.1 改造前实际测量结果

空载平均有功功率（Ps）：18.4 kW

空载平均无功功率（Qs）：65.1 kVar

空载平均视在功率（Ss）：67.7 kVA

空载功率因数（PF）：0.271

负载平均有功功率（Ps）：175.3 kW

负载平均无功功率（Qs）：82.4 kVar

负载平均视在功率（Ss）：193.8 kVA

负载功率因数（PF）：0.904

80天有功功率和（P）：110322 kW

80天无功功率和（Q）：124234 kVar

平均每天有功功率（P）：1379 kW

平均每天无功功率（Q）：1553 kVar

平均每天视在功率（S）：2077 kVA

功率因数（PF）：0.66

改造前每月电费：

基本电费（按照42元250 kW计算）=10500元

平均功率≈175 kW.h

每日生产=12 h

电度量预估（每月）≈2100 kW.h（日)×30日=63000 kW.h

电度电费（按照0.9元计算）=56700元

附加电费（未知）=0元

力率电费（功率因数0.90标准电费调整率，0.66对应14%）=（基本电费+电度电费+附加电费）×14%=9408元。

合计电费(年)=(10500+56700+0+9408)×12月≈91.9万元。

1.2 空载降速节能说明

以下是工厂提供的数据：

预混每日（12 h）生产约75车料，每车料混炼时间6.5 min，空载时间3.1 min，空载率=32.3%。

终混每日（12 h）生产约170车料，每车料混炼时间4 min，空载时间0.24 min，空载率=5.7%。

由于预混和终混的最终车次应为一致，所以平均每日预混12 h×0.69=8.28 h，终混12 h×0.31=3.72 h。

工厂现在使用方式为间隔的未混炼时，为了避免设备的频繁启动对电网和设备造成的冲击，设备不停车，电机工频运行。这样的话会造成大量的电能浪费。改造为变频节能后，可以在间隔的未混炼时选择降速节能的方式，速度降至零速待机，此时输出功率为零。再次混炼时速度恢复，变频为软启动方式，不会对电网和机械设备造成冲击，节能效果参考以下公式：

空载功率：18.4 kW

平均空载率=8.28/12×32.3+3.72/12×5.7=28%。

节能（每天）：12 h×28%×18.4 kW =62 kW

1.3 节能改造后电费计算

基本电费（按照42元250 kW计算）=10500元

YE3高效节能电机对比绕线电机节电率大于5%

加装变频器驱动控制节电率大于5%

电度电费（按照0.9元计算）=(2100-62) ×30天×0.9元×90%=49523元

附加电费（未知）=0元

力率电费（功率因数0.90标准电费调整率，使用变频器后功率因数可达到1，按照0.95计算对应-0.75%)=(基本电费+电度电费+附加电费)×(-0.75%)=(-450)元。

合计电费(年)=(10500+49523+0+(-450)）×12 月≈71.5万元。

250 kW变频电机+变频驱动器 VS 240 kW工频电机详见表1。

表1 变频电机与工频电机对比

理论上节电率可达22.24%。（实际节电效果按照最终检测为准）工厂实际节电率超过30%。

1.4 使用变频器可以带来的好处

使用变频器控制带来的不光只有节能方面的好处，还有其它很多方面，例如：

（1）新的驱动柜采用数字驱动器控制，具有自动化程度高、故障率低、过载能力强，并且具有完善的自诊断和信息指示功能，可大幅度降低维护、维修的难度及时间。

（2）降低启动电流对电网的冲击，在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收6～7倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用变频器启动后，启动电流可以从0升至电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击还可节约了电能。

（3）消除掉启动时对机械的冲击。因为变频启动是以一个设定好的斜坡时间从零速到达设定速度的（一般零速到额定转速为10 s），平滑的启动也减少了启动惯性对机械设备的大惯量的转速冲击，延长了机械设备的使用寿命。

（4）灵活的生产工艺，转速可调。可根据生产需要设定转速，当转速降低后，节能的效果会呈立方性变化。

（5）可以轻松实现正反转的切换，方便维护、维修。

（6）更换为变频控制同时也是响应国家节能减排的号召，可以减少二氧化碳的排放。

2 改造方案

改造后电机功率由原来240 kW提升至250 kW（变频电机没有240 kW规格），更换原有驱动柜为新的变频驱动柜，同时由于新电机轴径的改变，需要更换联轴器。

为保障用户单位的生产工作及节约改造成本，更换原有电机与驱动柜，不更换PLC控制柜。

优化PLC程序，当前车次混炼完成后对变频电机进行自动降速控制，待下一车料混炼时再提高电机转速，从而提高节能效果，并且还可以减少机械设备的磨损，延长定圈、动圈、减速机齿轮、轴承等部件的使用寿命，节约维护、保养、备品备件更换的成本。

PLC程序增加可调节主电机转速功能，有利于工艺的改进，当某种制品由于高速混合，升温过快造成混合效果不好，改造后，可以灵活改变主机转速，满足工艺要求。

变频器选择重载类型，过载能力强，改造后可以混炼硬度更高的原料。

考虑到谐波干扰问题，变频器的输入端配置电抗器，用于抑制高次谐波。

开炼机与压延机的主电机目前为可调速电机，节能空间小于10%，不具备高改造价值。

改造前后对比见表2。

表2 改造前后对比

3 结束语

变频系统改造后，为用户每年可节省能耗费用二十几万元，减少设备维护量。设备运行稳定，能为用户取得良好的经济效益。