变频调速节能技术在城郊选煤厂泵类设备控制中的应用.doc

变频调速节能技术在城郊选煤厂泵类设备控制中的应用河南煤业化工集团永煤公司城郊选煤厂 景自中 摘要：本文以城郊选煤厂3026煤泥水泵为例，介绍了变频器调速节能技术的应用。通过对应用节能技术前后泵的运行状况分析比较，充分说明了变频调速节能技术的应用能有效的节约电能，提高电能利用效率，给厂里带来显著经济效益。关键词：变频调速；节能技术；泵；应用1 概述永煤集团城郊选煤厂是一座大型现代化选煤厂，经过一系列的扩能改造，目前的生产能力已达500万吨/年，其生产工艺采用块煤重介斜轮、末煤重介旋流器、煤泥浮选联合工艺，生产工艺复杂，自动化程度高。介质、混料和煤泥水循环系统是重介选煤工艺的重要组成部分，担负循环系统运输动力重任的泵类设备是整个生产工艺过程的重要设备，对生产的安全稳定运行起着至关重要的作用。城郊选煤厂泵类设备数量多，功率大，占耗能比例较高，因此泵类设备的驱动控制优劣关系着整个生产工艺流程控制的优劣和节能降耗效果的好坏。就城郊选煤厂3026煤泥水泵而言，原来采用的是传统的驱动方式，经过改造应用变频调速节能技术后，工艺控制性能和节能降耗效果较之前大大提高。2传统驱动方式下泵的运行状况针对城郊选煤厂3026煤泥水泵（型号：150ZJ-I-A60）来说，原来采用的是电动机直接驱动的控制方式，配用三相异步电动机电机（型号：Y2355M1-6），功率为160KW。泵的入料来自3025煤泥水桶，出料去3028旋流器，工艺控制过程基本要求是：通过合理调节泵的流量进而控制煤泥水桶的液位高度和旋流器的入料压力。煤泥水泵采用电机直接驱动方式运行时存在不少问题：（1）调整泵的流量不能通过改变泵的转速来调节，只能通过手动控制出料阀的开闭程度来调节，给岗位工带来不少麻烦，工作效率不高，同时也使工艺控制过程复杂化。（2）启动电流大，机械冲击大，影响设备使用寿命，泵和阀门的维修周期短，维修量较大，而且当负载出现机械故障时系统不能瞬间动作保护设备。（3）需要减小流量时，只能将出料阀门关小，虽然流量下降了，但泵出口压力升高，电动机消耗总功率没有减少，一大部分功率消耗在克服出料阀门的阻力上，出现大马拉小车的现象，浪费了大量电能，使得能源利用效率很低。3 变频调速节能技术应用分析针对传统驱动方式下泵运行存在的问题，城郊选煤厂对3026煤泥水泵驱动控制方式进行了改造，应用了基于变频器的变频调速节能技术。3.1 变频调速原理变频调速技术的基本原理是根据电机的转速和工作电源输入频率成正比的关系n = 60f(1-s)/p（n: 同步速度，f: 电源频率 ，s:转差率，p: 电机极对数），通过改变电机工作电源频率来改变电机的转速。实现变频调速的设备是变频器，它是做为电机调速设备的优选设备。变频器（inverter）是一种电力电子变换装置，该设备首先要把交流电变换为直流电（DC），然后再把直流电（DC）变换为电压、频率均可变的适合交流电机调速的交流电（AC）。 变频器变频调速原理框图如下：整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流直流直流交流电源电机图1：变频调速原理框图整流部分：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。逆变部分：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦。储能部分：电压型或电流型滤波器，保持直流母线电压恒定，降低电压脉动。控制系统：交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护。整流部分和逆变部分都是晶闸管三相桥式电路。储能部分由电容或电抗器组成，为逆变器提供稳定的电压源或电流源。煤泥水泵驱动方式采用变频调速技术后，电气传动系统框图如下：中间传动机构交流电源输入终端机械交流电机皮带轮变频器交流输出煤泥水泵图2：煤泥水泵电气传动系统框图3.2 节能分析煤泥水泵采用变频调速节能技术以后，节能降耗可从以下几个方面分析：（1）通过流体力学的基本定律可知，泵类设备属于平方转矩负载，泵的轴功率与转速的立方成正比，当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率（P）的变化关系为：P2P1 = （N2/N1）3，结合公式n = 60f(1-s)/p可得，P2P1 = （f2/f1）3，由此可见降低变频器的频率可得到立方级的节能效果，假设频率、转速下降为额定值的80%时，轴功率则降为额定值的51%，节能效果非常明显。（2）变频器自带软启动节能。在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，又对设备产生冲击。采用软启动后，启动电流可从零逐渐增加到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电能。（3）提高功率因数节能。电机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。对电网而言，绕组的阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用变频器后，由于其性能已变为：ACDCAC，在整流滤波后，负载特性发生了变化，变频器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗。4 变频调速节能技术应用效果变频调速节能技术应用后，泵的安全运行可靠性、生产工艺控制性能大幅提高，特别是节能降耗效果非常明显。就3026煤泥水泵而言，在变频调速节能技术应用之前，泵不能调速，电机输出功率一大部分消耗在克服出料阀门的阻力上，电机电流有时高达230A左右，泵