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浅谈变频器在工业生产中的应用与维护

2021-08-01蓝桃生

中国金属通报 2021年3期
关键词:磨机磨矿变频器

蓝桃生

(紫金矿业集团股份有限公司,福建 龙岩 364200)

根据三相异步交流电动机转速公式n=60f/p(1-s) ,在电动机磁极对数、转差率一定的情况下,三相交流电动机工作频率和电动机转速呈正比,通过改变电动机的工作频率从而改变电动机转速。正基于此,变频器就是通过改变电源频率方式来控制电动机转速的电力控制设备,并根据实际负荷或生产工艺需要进行调整输出功率大小,避免大马拉小车现象。变频器内部整流滤波电路结构特点,其功率因数可达0.95 以上,提高了节能效果,同时也提高了负载设备工作稳定性和使用寿命的作用,且变频器与PLC、工控软件等能灵活组成自动化控制系统,在工业自动化生产中得到了广泛应用。本文立足于此,首先浅谈变频器在工业生产中的应用,之后就变频器在日常运行过程出现的故障与维护措施进行阐述。下图为变频器基本原理图

图1 变频器维护系统

1 变频器在工业生产中的应用

近年来,随着我国自动化技术的迅速发展,工业自动化取得了长足的进步。变频器由于性能稳定、节能环保、性价比高,在工业各个领域得到了广泛的应用,它为交流异步电动机驱动的设备大范围、高质量地调速提供了全新的方案[1]。大规模应用变频器,提高了供电电网的功率因数、减少无功功率,更多的节约了能源。

1.1 变频器在工业水泵中的应用

在企业生产中,由于工艺流程设计需要工业用水,水泵成为工业生产中不可缺少的设备。水泵的电能消耗也是日渐增加,水泵运行是否稳定、节能也成了企业降本增效的另一途径。早期水泵配套启动设备采用自耦降压启动柜,由于自耦降压启动柜自身的特点,在启动过程中容易出现电流过大、启动时间过长造成烧坏自耦降压变压器和电动机,给工业正常生产带来影响,需对水泵启动电气控制设备进行技术升级改造。

在我矿保障车间一级水站技术改造中充分考虑了选用设备技术先进性、稳定性与节能等因素,成功完成泵站技术改造。原水泵站设计采用二用二备的方式进行抽水,采用自耦降压柜启动,在实际运行中,易出现启动困难,启动电流大、对电网冲击大等现象,造成电网供电质量下降,功率因数低,甚至烧坏水泵电机等不利情况。采用变频器替换原自耦降压启动柜,同时充分考虑到变频器输出波形中含有较多的高次谐波,高次谐波会增加原Y 系列异步电动机运行电流,将其更换为YE3-315L2-2超高效率电动机(二级能耗,相比Y 系列电机节能6%以上),其本身功率因数可达0.91,效率为95.5%,且Y 系列电动机是国家强制淘汰机电目录产品,属于高耗能落后机电设备,这样既响应了国家节能政策,同时也为企业增加运行经济效益。泵站经采用变频器启动新技术升级改造,提高了低压配电系统功率因数,功率因数由原先的0.85 提高到0.95 以上,同时减少了对电网冲击,提高了供电质量,电动机运行平稳高效、电机温升降低,长期运行经济效果明显。

由于矿区生活用水需要,泵站新增第二水源取水点,距离原水泵值班室3 公里多,操作人员无法在控制室集中控制水泵启动,迫切需要对泵站进行自动化改造,以适应生产生活用水需求,同时增强变频器实际应用效果。考虑控制系统技术可行,经济适用原则,结合实际,采用西门子S7-200 系列小型PLC 与昆仑通态TPC7062触摸屏实现变频器远程控制启停水泵控制方案。操作人员直接通过操作触摸屏就可对变频器运行频率、水泵起停时间、周期等进行设定,按生产工艺要求适时降低变频器运行频率,优化运行参数,合理选择水泵开停机时间,避峰填谷,进一步增强节能效果。同时在高位水池安装高低液位传感器,通过设定高低液位报警阀值,其开关量信号经光收发器转换经光纤传输到集中控制室,通过PLC 自动控制水泵启停,实现泵站自动抽水,大大增强了变频器在工业生产中的作用。

1.2 变频器在半自磨机中的应用

变频器启动、调速的性能优良,使其在工业生产中得到了广泛应用。在我矿铜矿第三选矿厂磨矿用的6500KW 半自磨机电机由于需要调速运行且根据不同的矿脉,不同的矿石,调节磨机的转速,达到最佳磨合效果的要求,同时提高生产效率。如果转速过快,矿石会因为离心力紧贴着磨机的外壁不会坠落,与磨机壁发生粘连,无法达到破碎的目的。如果转速太低,坠落时的高度低,或者坠落的矿石量过小,破碎效果不好,会影响产量。为了能对半自磨机速度进行调整,使矿石能够在较合适的位置自由坠落,达到最佳破碎的效果,同时还可以提高生产率,考虑到半自磨机电机功率较大,如果电机直接启动,显然会对电网和机械设备产生冲击影响,采用了东芝三菱TMdrive-MVG2 系列高压变频器的最佳方案,实现了半自磨机的重载启动,在实际生产中保证了生产稳定正常运行,产生了实际应用效益。

表1 变频器主要电路检查周期及检查方法

1.3 变频器在磨矿生产工艺流程中的应用

变频器在选矿厂磨矿生产工艺流程中扮演了重要角色,随处可见其身影。磨浮系统有两个系列、两台球磨机和两台旋流器。磨矿工艺流程为磨浮车间粉矿仓通过振动放矿机放矿,通过8#、11#皮带输送机转运到球磨机进行磨矿,其中球磨机磨矿后的物料进入渣浆池,然后通过底流的渣浆泵输送至旋流器分级,旋流器溢流进入浮选,旋流器沉砂返回球磨机再磨。任一环节必须连贯正常运行,否则易造成系统停机停产,给生产造成损失。变频器的应用很好解决流程是否顺畅问题。粉矿仓的振动放矿机采用变频器对激振电机进行调速,调整放矿机振动幅值,从而控制放矿量。通过改变变频器的运行频率调整皮带运输机运行速度,达到适量给矿的目的,以满足工艺要求。渣浆池底流通过安装液位计可实时显示液位,并经设定的液位值控制变频器启停渣浆泵。

变频器具备良好的扩展性、接口通用性,通过增加通讯板卡,将其通讯接口与现场DCS 系统建立通讯,设备网与现场通讯总线组成完整的自动控制系统,在中控室即可起停变频器,同时可实时在中控室电脑屏幕上显示电机电流、流体流量、变频器运行状态以及故障报警信息等,增强了变频器在自动控制系统中的应用价值。

2 变频器的常见故障及检查维护

随着变频器在现代化企业生产中大规模应用,为确保变频器正常稳定运行,变频器初期安装、敷设电缆线路规范性以及日常的维护保养必不可少。如变频器正确的接地,既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低变频器本身对外界的干扰,电动机和变频器之间电缆穿钢管敷设或用铠装电缆,信号线屏蔽层不接到电机或变频器的地,而应该接到控制线路的公共端的地。电机电源线和控制信号线单独敷设,避免交叉,当不能避免时,必须垂直交叉,以减少互相间干扰影响。日常生产中,掌握变频器运行故障解决方法及日常检查维护方法显得尤为重要,同时对电气技术人员的技术水平提出了更高的要求,下面对变频器使用过程出现的故障以及检查维护方法方面进行阐述。

(1)变频器运行一段时间后,启动或运行过程中易出现过流故障,导致变频器停机。首先检查电机是否有故障,检测电机线圈对地电阻是否正常,然后检查变频器输出端电力电缆绝缘电阻、长度等。一般情况下,如果电缆绝缘降低会造成对地有泄漏电流,可能会引起变频器检测电路保护,同时电机电缆的长度过长也会造成变频器运行过程中出现过流现象。原因是由于电缆越长,电缆之间或电缆对地之间的电容也越大,变频器的输出电压含有丰富的高次谐波,所以会形成高频电容接地电流,对变频器的运行产生影响。按实际应用经验,电缆长度超过200 米时,可在变频器与电动机之间增加功率匹配的交流电抗器,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗,达到抑制谐波的目的,以减少传输过程中的电磁辐射,减少电缆对地漏电流。所以在安装变频器时,应充分考虑变频器与电机间的电缆长度,以保证电缆的总长度在变频器允许的范围内,以减少对变频器运行造成影响。

(2)变频器运行出现超温报警停机故障。首先检查柜顶风机是否工作正常以及变频器本身内部散风扇是否正常运行,过滤网是否堵塞,环境温度是否过高等。散热风扇的叶片积尘、杂物卡塞等都会导致风扇运行不正常,散热回路不畅引起整流模块、IGBT 大功率管本身热量无法及时排出,导致散热片局部温升过高,内部检测电路动作进行报警停机。日常做好变频器控制柜、周围环境整洁,保持环境温度适宜,长期运行的变频器,通常需要3 年一次的周期更换散热风扇,另外检查时如发现变频器散热风扇有异常声音、振动,需及时更换散热风扇,以保证变频器散热良好。

(3)为使变频器正常稳定运行,需定期进行维护保养。如定期清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘,控制主板除尘,检查螺丝钉、螺栓以及接插件等是否松动,以及检测输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象(正常阻值应几十兆欧以上),导体及绝缘体是否有腐蚀现象等。为维护好变频器,应了解并掌握变频器主电路的检查方法,下面表格列出了变频器主要电路检查周期及检查方法。

3 总结

随着变频器技术的高速发展,其应用已渗透到各行各业,提高了工业生产自动化程度,给企业生产带来便捷与效益,掌握变频器的维护技术以及做好变频器的日常维护保养显得尤为重要,这样才能管好、用好设备,为企业的平稳发展增添动力。

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