變頻器與制動(dòng)電阻在空壓機(jī)負(fù)載的應(yīng)用與選型

      一、前 言
　　目前我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，自然資源的依賴(lài)程度約占60%以上，能源問(wèn)題是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是近幾年煤荒、電荒已嚴(yán)重制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電高峰時(shí)期許多生產(chǎn)企業(yè)和部門(mén)不得不拉閘限電。從根本上解決能源問(wèn)題有兩條途徑：一是開(kāi)源，二是節(jié)能。變頻節(jié)能技術(shù)就是針對(duì)工頻負(fù)載并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率及負(fù)荷，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長(zhǎng)期處于低效率，應(yīng)用面廣、見(jiàn)效快、投資回收期短的高效節(jié)能新技術(shù)，目前在冶金、礦山、石油、化工、醫(yī)藥、紡織、機(jī)械、電力、建材、造紙、印刷、供水、空調(diào)等各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。

　　本文結(jié)合近幾年來(lái)在設(shè)備變頻改造中的應(yīng)用情況，對(duì)制藥待業(yè)常見(jiàn)負(fù)載變頻改造及應(yīng)用選擇作一總結(jié)。該企業(yè)是一家外資企業(yè)，管理規(guī)范，效益良好，是本地區(qū)制藥行業(yè)的佼佼者，公司領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)人員有著極強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，非常重視節(jié)能降耗的技術(shù)改造自1999年起先后對(duì)泵類(lèi)、空壓機(jī)、攪拌器、風(fēng)機(jī)、離心機(jī)、冰機(jī)等六大類(lèi)負(fù)載三百多臺(tái)電機(jī)負(fù)載進(jìn)行了變頻節(jié)能及調(diào)速改造。

　　二、各類(lèi)負(fù)載改造情況
　　1、泵類(lèi)負(fù)載
　　泵類(lèi)負(fù)載量大而廣，主要有冰水泵、循環(huán)水泵、冷凍水泵、深井潛水泵、排污水泵、真空泵等，泵類(lèi)負(fù)載一般屬于平方轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載，故從變頻器的選型上一般選用風(fēng)機(jī)泵類(lèi)型同功率變頻器，而深井潛水泵、真空泵相對(duì)負(fù)載較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選用放大一檔功率的風(fēng)機(jī)泵類(lèi)型變頻器或選用同功能恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)變頻器。變頻器控制方式一般采用閉環(huán)或開(kāi)環(huán)，如對(duì)潛水泵，采用出口恒壓供水方式，對(duì)循環(huán)水泵，冷凍水泵采用恒溫差閉環(huán)控制。根據(jù)該企業(yè)的節(jié)電統(tǒng)計(jì)結(jié)果，泵類(lèi)設(shè)備的節(jié)電率一般在22～51%，是節(jié)電效果較好的負(fù)載。

　　2、空壓機(jī)負(fù)載
　　該企業(yè)共有空壓機(jī)8臺(tái)，其中132KW2臺(tái)，110KW2臺(tái)，22KW2臺(tái)，37KW2臺(tái)，均為活塞式空壓機(jī)。2臺(tái)132KW空壓機(jī)原采用調(diào)節(jié)進(jìn)氣口閥門(mén)調(diào)節(jié)出口壓力，電機(jī)為繞線(xiàn) 環(huán)電機(jī)，主要為發(fā)酵罐供氣，生產(chǎn)工藝要求供氣平穩(wěn)，壓力波動(dòng)最大應(yīng)小于0.04MPa，而生產(chǎn)用氣量時(shí)常變化，供氣壓力波動(dòng)頻繁，為此供氣壓力由操作人員不斷調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門(mén)來(lái)滿(mǎn)足工藝要求。同時(shí)原電機(jī)起動(dòng)方式為制動(dòng)電阻降壓起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊大，對(duì)空壓機(jī)本身也有較大損害，機(jī)房噪音也較大。

　　2002年對(duì)該2臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行了變頻恒壓供氣改造，考慮到空壓機(jī)負(fù)載的連續(xù)性及機(jī)房環(huán)境溫度，采用了2臺(tái)160KW變頻器，一對(duì)一實(shí)施變頻改造。保留原工頻降壓回路，變頻器與原工頻降壓控制柜互鎖，確保緊急情況下仍可采用原降壓控制系統(tǒng)。在變頻控制時(shí)，應(yīng)將繞線(xiàn)電機(jī) 環(huán)短路，壓力反饋信號(hào)由普通YZT-1.0MPa耐震遠(yuǎn)傳壓力檢測(cè)。壓力信號(hào)輸入PCS-PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出兩路0～10V信號(hào)給二臺(tái)變頻器，從而調(diào)節(jié)空壓機(jī)恒壓供氣。根據(jù)車(chē)間用氣情況調(diào)節(jié)空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

　　變頻改造后管網(wǎng)壓力始終保持在0.19MPa，實(shí)際壓力波小于004MPa，而且 根據(jù)生產(chǎn)需要任意無(wú)擾動(dòng)調(diào)速管網(wǎng)壓力。同時(shí)空壓機(jī)運(yùn)行噪音大大降低，更換傳送皮帶次數(shù)減少。變頻改造后空壓機(jī)工作電流一般在105～130A之間，工作電流下降了20～80A，平均節(jié)電率為53%，其它空壓機(jī)變頻改造節(jié)電率在30～40%。值得注意的是，空壓機(jī)變頻改造節(jié)電情況根據(jù)多個(gè)企業(yè)負(fù)載情況而不同，也與空壓機(jī)變頻控制模式有很大關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般多臺(tái)空壓機(jī)并聯(lián)工作情況變頻改造節(jié)電量在10～25%之間。

　　3、攪拌器（發(fā)酵罐、攪拌罐）類(lèi)負(fù)載
　　攪拌器類(lèi)負(fù)載也是制藥車(chē)間最常見(jiàn)、比較多的負(fù)載，功率規(guī)格較多，目前該企業(yè)5.5KW以上攪拌電機(jī)近100臺(tái)全部進(jìn)行了變頻改造，最大功能為90KW。大部分?jǐn)嚢杵黝?lèi)負(fù)載穩(wěn)定，其轉(zhuǎn)矩特性介于平方轉(zhuǎn)矩與恒能矩之間，節(jié)能潛力較大，從變頻器選型上選擇同等功率的恒能矩變頻器。另外有3臺(tái)11KW抽罐在第二道工序壓濾后，罐內(nèi)物料出現(xiàn) 結(jié)性團(tuán)塊物料，采用普通性能變頻器易出現(xiàn)起動(dòng)困難，要適當(dāng)放大變頻器功率。根據(jù)該企業(yè)的節(jié)電設(shè)計(jì)結(jié)果，攪拌器類(lèi)負(fù)載變頻改造節(jié)電氣平均在23～52%。

　　4、離心機(jī)類(lèi)負(fù)載
　　離心機(jī)類(lèi)負(fù)載為大慣性負(fù)載，功率級(jí)別分5.5KW、7.5KW、11KW三種，共計(jì)40余臺(tái)，全部進(jìn)行了變頻改造，由于離心機(jī)慣性大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，變頻器均按恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)變頻器放大一檔選擇。由于變頻器須外加制動(dòng)電阻，離心機(jī)停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，而且變頻停車(chē)方式應(yīng)設(shè)置為自由停車(chē)（滑行停車(chē)、慣性停車(chē)）模式．若采用減速停車(chē)模式，容易出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警。離心機(jī)類(lèi)負(fù)載變頻改造節(jié)電效果巨大，平均節(jié)電率在40%以上。個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)共振現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整跳躍頻率避開(kāi)。

　　5、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載及其它負(fù)載
　　該企業(yè)的風(fēng)類(lèi)負(fù)載不多，主要是鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)，但節(jié)電率比較高。傳統(tǒng)鍋爐鍋引風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)檔風(fēng)板開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，浪費(fèi)大量電能，采用變頻調(diào)速，即可節(jié)電，可減少機(jī)械磨損，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。該企業(yè)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)電率為35～50%。

　　三、總 結(jié)
　　另外在冰機(jī)類(lèi)負(fù)載上也進(jìn)行了改造試驗(yàn)，改造的冰機(jī)為75KW 罐氨壓縮機(jī)，采用溫度閉環(huán)控制，由于氨壓縮機(jī)并聯(lián)臺(tái)數(shù)較多，變頻改造后節(jié)電效果不佳，節(jié)電率只有7%。很多企業(yè)對(duì)節(jié)能工作不太重視，認(rèn)為不值得做，一味注重投資新設(shè)備、新項(xiàng)目，擴(kuò)大再生產(chǎn)。而利華公司通過(guò)這幾年的節(jié)電改造工作，確確實(shí)實(shí)認(rèn)識(shí)到這是一項(xiàng)利國(guó)利民的好事，通過(guò)變頻改造，可獲得綜合的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省有功功率，節(jié)省峰值電能。以2003年為例，全年投入變頻改造費(fèi)用近100萬(wàn)元，當(dāng)年節(jié)約電費(fèi)70萬(wàn)元。
　　　
      此外，采用變頻器與制動(dòng)電阻后，負(fù)載及電網(wǎng)功率因，節(jié)省電能，2003年該企業(yè)有2臺(tái)1000KVA變壓器，而且常常滿(mǎn)負(fù)荷，2003年第二、第三批變頻改造后，電網(wǎng)負(fù)荷大大降，并報(bào)停了一臺(tái)變壓器。另外，采用變頻后，電機(jī)故障率降低，明顯延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備的壽命，目前新上的設(shè)備也全部配套了東芝VF-A7系列變頻器。