绕组式永磁调速系统在冶炼排烟风机的应用及改进

2022-06-24王砚林杨晓祥

世界有色金属 2022年7期

近年来，永磁调速器作为一种新型的电气调速系统，在电力传动行业引起了广泛应用，专门针对工业中大功率的风机、皮带机组、水泵类设备的调速系统。该系统具有节电率高、可靠性强、柔性连接等优点，尤其在振动较大的恶劣环境下，可最大限度减少设备整体的振动，而且具有维护低和使用寿命长的特点，由于该系统结构简单、尺寸小、控制简单，对环境要求低，所以成为了排烟风机及大型皮带机类设备节能技术改造的首选。

1 排烟风机中应用永磁调速器的可行性分析及方案制定

车间原有2台排烟风机，电机配置YKK5003-6型6kV高压异步电动机，额定功率710kW，原采用YOTgcd875A型液力耦合器进行调速，调速灵敏性不高，故障及漏油概率大。转速通过调速型液偶连接至离心风机，现场振动较大，噪音明显，液偶发热较大，温度较高；因熔炼炉产能提升的需求，对2#排烟风机系统将进行整体改造，风机高压电动机功率由710kW提升至1120kW，风量可达到600000m

/h，正常生产时仅运行2#排烟机，1#排烟风机零负荷备用。同时引进技术先进的绕组式永磁调速器，代替原有的液力耦合器，将转差功率全部回收发电，通过整流、逆变及升压功能，将回收电能回馈至电机端，从而起到发电及再利用的效果，并且无需设备循环水散热，通过非接触式传递转矩，无摩擦磨损，振动较小，具有节电率高，故障率低等特点。

1.1 熔炼炉烟气系统及排烟风机现状

绕组永磁调速器由永磁转子、绕组转子以及控制系统组成的非接触永磁传动技术。通过控制绕组中感应电流的大小，实现调速、离合及软起的功率，并将转差功率转变成电能引出反馈再利用，彻底解决了其他转差类调速设备的温升问题，高效节能

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在镍冶炼富氧熔炼炉的生产系统中，烟气通过熔炼炉熔炼区，进入立式膜式壁锅炉进行降温，余热锅炉上升段长度38m、下降段42m、水平段33.7m，通过余热锅炉后，进入电收尘器，再通过排烟风机进入制酸烟道，由于富氧顶吹属于强氧化过程，物料进入熔池时，存在块状物料与煤粉，导致烟气波动量较大，在排烟机转速不变的情况下，锅炉出口负压波动差在60Pa以上，为了更好的解决生产系统烟气和风机负载不匹配的问题，目前有两种操作规定，一方面可以通过调节风机入口阀门开度调节烟气负压和烟气量，另一方面通过调节液力耦合器执行机构调节风量。

1.2 绕组永磁调速器与其他调速器的比较及分析

（1）永磁调速器除了进行正常调速外，可将转差功率再利用于发电，系统节电率明显高于变频调速器，更高于液力偶合调速器、涡流永磁调速器。

（2）调速器主机与永磁电动机结构相仿，可靠性高。

（1）启动及调速电阻选择：受调速原理限制，调速范围无法实现零调速，通过加装3级调速电阻进行串电阻启动，通过切电阻实现调速器的稳定启动，启动后切换至调速柜进行调节，3级电阻作为备用调速装置，当调速柜出现故障后，自动切换至串电阻进行3级调速，可实现80%、85%、90%和100%的调速等级，保证调速系统的可靠性。

王平生提出，“乡村振兴战略的核心是解决我国农业农村农民目前的不发达、不兴旺、不富裕、不协调、不环保的‘三农’问题，达到生产、生活、生态的‘三生’融合、协调发展，真正实现农业发展、农村变样、农民受惠，最终建成小康社会的美丽乡村。”乡村振兴战略要坚持农业农村优先发展，加快推进农业农村现代化。其重点是深化农村土地制度改革，深化农村集体产权制度改革，完善农业支持保护制度，发展多种形式适度规模经营，培育新型农业经营主体。

（3）回馈和逆变单元：永磁联轴器中永磁转子、绕组转子之间存在转差时，通过控制绕组中感应电流的大小，实现调速、离合及软起的功率，并将转差功率转变成电能引出反馈再利用，彻底解决了其他转差类调速设备的温升问题，高效节能。

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法//周家培,赵成勇,李承昱,许建中//(14):165

绕组式永磁调速器与其他调速器相比较。主要从技术性能、调速原理、设备可靠性、能效分析以及设备费用等方面进行考虑，并结合目前两种技术在高压电动机中的应用情况，可以看出绕组式永磁调速器比其他调速器维护费用低、现场适应性强、节能型高。因此，选择了绕组式永磁调速器对顶吹排烟风机进行改造。

我们可以看出，和对照相比，侧深施肥水稻成穗率高、每穴穗数增多、结实率高，没有倒伏，比常规施肥亩增产4.4%—7.6%。另外侧深施肥水稻没有病虫害，可提早抽穗成熟，使水稻结实期积温相对较高，品质较好。

1.3 调速系统的可行性

通过对有排烟风机的勘察，对现有风机进行拆除，并安装一套1120kW风机，并在原有的配电室安装永磁调速器电气控制柜，考虑该风机的重要性，在原有的电气控制回路增加备用调速电阻器，若出现调速器电气故障，可通过切电阻方式进行应急控制，永磁调速器监控参数有控制柜输出至车间现有的DCS控制系统，方便岗位进行启停及参数监控。

1.4 绕组永磁调速装置的可靠性

排烟风机高压开关柜电流互感器由100/5A增容至150/A，在高压电动机与风机之间加装永磁调速器。利用原有电缆桥架敷设高、低压电缆，永磁耦合调速器系统的所有电气设备安装在配电室内，电气分布如图1所示。

（2）电气部分：中高压变频器控制的是全部功率，电流大、电压高、器件多。而绕组永磁调速变流控制的功率只是总功率的一部分（转差功率，最大不超过额定功率的14.815%），因此绕组永磁调速器比变频器容量小、电压低，电气回馈单元相当于一个低压变频器，可靠性高。

（3）运行策略：正常运行时，采用整流回馈的形式将转差能量进行高效回收利用，实现无极调速；当电气控制部分出现故障或电网电能质量波动较大（低电压穿越）时，控制系统会自动无缝切换至备用的电阻柜调速，可根据客户要求配置多档位电阻，实现定档定速调速；再退一步考虑，若实际工况不能满足无极调速和电阻调速运行条件时，绕组线圈会自动短接，直接切换至全速（工频）运行，以上三种电气运行模式均可全自动无缝切换，互为备用，确保除尘风机不会停机，保障安全生产。

（4）当机械本体出现故障时，可以直接用备用的弹性直连销将内外转子连接，作为弹性联轴器来使用（机械本体基本不会故障）。

2 改造方案及实施

2.1 现场设备改造

（1）机械本体：是永磁电机结构，具有电机的可靠性，本体绕组不通电，感应电流不存在过流，并具有过载打滑保护功能。

2.2 可行性分析

本次改造将风机进行整体更换，将熔炼炉2#排烟风机由710kW提升至1120kW，风量可达到600000m

/h，正常生产时运行2#排烟机，1#排烟风机零负荷备用；利用原有动力厂高压开关柜，在现有的收尘配电室安装永磁调速器电阻柜、调速柜、回馈柜、逆变变压器，并将监控参数上传至现有DCS控制系统中。

理论计算机科学的一个重要的研究课题便是设计适应于计算机科学中的各种不同应用场景的算法。算法指的是程序员通过特定的计算机语言，输入计算机系统中的一系列解决特定问题的清晰而明确的指令，使得计算机能够在有限的时间以内得出所符合设计要求的计算结果。

（2）调速单元：当永磁调速器启动完成后，切换至调速柜运行，三相整流桥将交流转换成直流，再通过升压变压器实现调速控制。其中，斩波IGBT实现控制回路电流的调节，占空比越大，回路电流越大；升压超过母线电压以后，逆变单元将系统滑差功率逆变回电网。

2.3 永磁调速器选型

根据熔炼炉工艺情况，熔炼炉安装2台排烟风机，正常生产时，风机转速达到400-650转之间，可满足日常生产需要，经过多方面的考察及技术对比，选用了江苏磁谷科技的YQT系列绕组式永磁调速器

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（3）无机械动作、非接触没有摩擦和磨损的离合器功能；重载软起动功能强大；非接触传动，隔离振动和噪声，非破坏式打滑过载保护；调速范围广，尤其负载低速运行时，可保持额定转矩运行；多动力单元驱动，自动均衡负载；对环境要求低。

2.1介入组术中出血量、手术时间、住院时间均显著低于腹腔镜组,各观察指标比较均存在统计学差异(p<0.05)。见表1。

（4）可长时间以超低转速（包括零转速）大转矩（额定转矩以下）无级调速、调转矩运行。

村民和游客缺乏古村落保护的观念，且村内对村民和游客的不文明行为缺少管制，使古村的外部环境遭到污染和破坏，如街巷内常有垃圾，卫生环境较差；有些游客在建筑外墙面上乱涂乱画；龙湖湖面绿藻横生，漂浮垃圾，水质浑浊。

2.4 参数调试

永磁调速器参数调试至关重要，通过多次启动及现场转速测试，设置“占空比下限”“投入占空比”“起动时间”“占空比上限”等参数，启动时间安装现场风机情况设定为30s，该段时间内，转速由0转速升至100%后，由电阻切至调试器调速，逐步恢复设定负荷；调速系统可接受DCS控制信号，DCS控制信号包括“起动／停止”的数字量DO信号和4～20mA调速模拟量AO信号，其次DCS控制系统可监视永磁调速器各状态及故障型号。

回顾改革开放40年中国城镇住房供给侧结构性变迁的历史演进及其客观规律是为了更加科学地全面深化新时代中国特色社会主义住房供给侧改革，构建中国特色社会主义住房供给制度。笔者认为，这包括三个方面内容：一是明晰新时代住房供给侧改革的总体思路，二是提出新时代民生改善的基本方略，三是提出防范新时代住房金融风险的根本举措。

2.5 投资与回报效益分析

永磁调速器外转子与绕组内转子有速差时，在绕组中会产生感应电动势，当绕组接通后就会产生感应电流，通过整流、逆变及升压功能，将回收电能回馈至电机端，从而起到发电及再利用的效果。

（1）针对永磁调速器改造前后耗电量及能耗的统计，液力耦合器耗电量统计，每输送1kNm

烟气需耗电2.85kW.h；永磁调速器耗电量统计，每输送1kNm

烟气需耗电2.47kW.h。合计年节约电费4.2×0.51×11=23.56万元；

（2）水耗：液力耦合器使用DN100设备循环水冷却，压力0.4MPa，每年节约设备循环水3.14×0.05×1.0m/s×3600×24×330=223819.2m

,每立方设备循环水按照0.32元计算，每年可节约：0.32×223819.2=7.2万元；

（3）永磁调速器无需更换油脂，更换油脂及检修费用共计节约2万元；

共计每年可节约：23.56+7.2+2=32.76万元，预计4.6年可收回永磁调速器投资成本。

3 永磁调速器故障及优化改进

永磁调速器运行1年多时间，总体运行比较稳定，未出现较大的设备故障，根据永磁调速器本身而言，主要为电气故障，根据故障的重要程度划分为一般故障及重要故障两类。一般故障包括IGBT过热（超过80℃)、本体过热、本体振动、碳刷磨损、变压器报警、本体风机报警；重要故障包括绕组过压、绕组电流故障、母线过压、逆变器故障、斩波单元故障。

3.1 故障处理

①一般故障：以报警节点信号的方式向DCS发出，控制室人员按照DCS控制系统提示，汇报车间维修人员进行检查，一般故障主要为本体进气滤网太脏堵塞、轴承缺少润滑油造成温度较高、碳刷磨损较多等情况，故障处理完成后进行复位，不影响系统作业，运行过程中碳刷摩擦造成磨损，故碳刷应每月进行检查。②重要故障：当重要故障出现后，调速系统切换至电阻柜，并向DCS报告故障状态，重要故障为输入过电压、欠电压、缺相等故障，相应的检查故障原因。

由表4可以看出，古宇庙水库在2011年之前的年均综合营养状态指数较高，处于30≤TLI(∑)≤50，水质状况在中营养状态内，之后的年均综合营养状态指数TLI(∑)<30，属于贫营养状态，富营养状态呈好转趋势。

3.2 运行过程优化改进

永磁调速器出厂时为50%～100%调速，调速范围比较窄，生产负荷低时，风机转速过高，造成炉膛负压太大，岗位工通过控制排烟机进出口调节阀门进行控制负压，造成风机转速高，能耗高的问题，车间工程技术人员和江苏磁谷科技股份有限公司共同进行研究，在永磁调速器至逆变器之间增加变频变压器，通过变频单元采用的是升压电路进行调速控制，变频单元根据控制功率划分为380V、660V和1140V三个电压等级，对应的母线电压分别为650V、1050V和1850V，因此对应交流绕组侧最大电压为450V、770V和1370V。当耦合器绕组输出交流侧电压大于最大电压时，需要采用串启动电阻软起动或者在耦合器与控制柜之间增加一个变频变压器进行降压的方式，将绕组端电压降到最大电压以内，便于对被控对象进行调速控制。最低转速由600rpm将至300rpm，完全满足现场需求。