浅谈变频器在反应釜搅拌机中的应用

涂勇梅

摘要:搅拌机械在设计时均是按使用工况的要求考虑一定余量的,而搅拌机在实际使用过程中,则不一定要在最大转速下工作,有很多时间都可以工作在非满载状态;而且不同的搅拌速度,物料在不同阶段反应效率也不同,通过在搅拌机设备上加装变频调速节能装置则可一劳永逸的解决了搅拌机在使用过程中存在的许多问题。

关键词:变频器 搅拌机 应用

引言:近年来,随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展,生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低,变频调速越来越被工业上所采用。下面结合的工作实际谈谈变频器在反应釜搅拌机中的应用

一、变频器组成原理

目前常用的变频器都是交-直-交类型的电压源型变频器,主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流又称逆变)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成,通过这些单元由工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备。

其中整流电路直接采用不可控二极管整流器件,将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,使电网侧功率因数和波形大大改善。逆变电路将直流电再逆变成交流电,采用为门极可关断晶闸管,逆变部分的每个桥臂均由一个门极可关断晶闸管和一个反向并联的续流二极管所组成,续流二极管的作用是为负载的滞后电流提供一条反馈到直流电源的通道,采用正弦波脉宽调制方式。

二、变频器的功能

1、通过调节频率,改变电机转速,达到节能效果。

2、对运行中的电机进行力矩调整,大幅度降低无用功。

3、可根据产品的工艺要求,对电机进行闭环控制,使电机始终工作在高效节能状态。

4、降低机械磨损,齿轮箱的损耗,降低油温,从而延长齿轮和密封件的使用寿命。

5、变频器自身有着超强的保护性能,当出现过流、过压、过载、欠压等系列问题,变频器都会瞬间进行保护,停止输出,从而保护负载免遭损害。

6、变频器启动电流平缓,可减小启动冲击电流,避免了对电网的冲击。

三、变频器的外部接线图

四、调速原理的应用

由流体传输设备搅拌机的工作原理可知:搅拌机的流量与其转速成正比;搅拌机的压力与其转速的平方成正比,而搅拌机的轴功率等于流量与压力的乘积,故搅拌机的轴功率与其转速的三次方成正比,由异步电机的转速公式:

n=60f/p&M((:n:同步速度f:电源频率p:电机极对数C

可知改变电源频率可改变搅拌机的速度,搅拌机消耗功率与电源频率的三次方成正比,例如:将供电频率由50Hz降为40Hz,则P40/P50=(40/50)3=0.512,即P40=0.512P50(P为电机轴功率)。

五、效益分析

1、节电效果:根据搅拌机的电机在变频调速方式下运行时的功率与其转速的特性,即其运行功率与其转速(频率)的三次方成正比,

例:反应釜搅拌机电机容量:1?15KW,转速240r/min,全天使用10小时分三个阶段。

前期T1为4小时,速率120r/min;P1=(120/240)3P50=0.12P50

中期T2为3小时,速率150r/min;P2=(150/240)3P50=0.24P50

后期T3为3小时,速率200r/min;P3=(200/240)3P50=0.57P50

全天用电量W=P1×T1+P2×T2+P3×T3=(0.12×4+0.24×3+0.57×3)P50=2.91P50

未用变频器全天用电量W=8P50

故,全天节电量5.09P50

2、提高系统效率:采用变频器驱动之后,反应釜搅拌机电机与减速器之间是直接硬联接,中间减少了液力偶合器这个环节。而液力偶合器本身的传递效率不高,并且液力偶合器主要是通过液体来传动,而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多,因而采用变频器驱动后,系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%。

3、降低维修率,提高了电网的安全运行:如果为了到达工艺要求采用机械方式调速,增大搅拌机的损耗,同时会使搅拌机工作在波动状态。采用变频器驱动之后,避免了工频启动对齿轮箱的冲击,减少了齿轮箱的损耗;由于软启动方式启动时,电流平缓,可减小启动冲击电流,避免了对电网的冲击。

4、提高产品质量,生产效率:以本厂生产中酯化反应为例,其工作原理是将原材料经真空抽入反应釜后,在高速旋转的搅拌桨带动下,根据工艺要求,在不同的反应阶段加温,各化学物质之间在不同的温度下进行复杂的化学和物理反应,后期通过真空把溶剂从物料中回收出来,最终得到酯类化合物。该设备的电机为15KW,在未使用变频器之前,采用高变比减速机,中间利用液力偶合器,启动采用工频直接启动,且在工艺反应的全过程都只有同一速度,速率只有63r/min;在使用变频器后,配上合适的减速机,再针对不同的物料和工艺阶段,可以在线无级调速,逐渐提高搅拌速率,后期可达到200r/min,如此改善了生产工艺条件,使化学物质反应条件达到最佳状态,缩短反应周期,由原来的一个周期13小时缩短到10小时;且大大提高了物料的反应效果和溶剂的回收率,回收率由原来的87%提高到98%。

在一定范围内满足生产工艺要求的前提下,利用变频技术改变搅拌机电机转速来取代传统工频电路的控制,既可使化学物质反应条件达到最佳状态,又能取得明显的节能效果。

参考文献:

珠峰变频器说明书