菱科變頻器在水泥制品行業(yè)中的應用
隨著國民經濟的快速發(fā)展,水泥及其制品在基礎建設領域中發(fā)揮了巨大的作用,其行業(yè)呈現(xiàn)出一派朝氣勃勃的興旺景象。但由于該行業(yè)設備從國外學習和引進的時間較早,設備國產化的的時間也早,大約在上世紀70年代已經定型。多年來,大部分的設備廠商未調整產品結構,沒有進行深入的開發(fā),而且又不繼續(xù)引進新技術,沿用上世紀70年代的技術進行生產,調速的方式大部分都以電磁調速為主,造成大批能耗高、性能低的水泥制品設備繼續(xù)進入市場,并且這些能效比很低的設備一直在運行,大量消耗電能。
水泥管加工容易、原材料來源廣泛、價格低、使用壽命長,并且,在建筑、市政施工中得到了廣泛的應用。水泥管樁因其施工方便快捷,省時、省工且質量可靠,造價相對低廉,大量用于高速公路,橋梁,房屋基礎,河堤,碼頭的基礎設施中。
二、 水泥制管的工藝過程
水泥管樁是眾多的水泥制成品之一,它的生產工藝有多種,為保證水泥管管壁厚薄的均勻性、致密性,其中使用最普遍的生產加工工藝是離心成型法。離心成型是將完成配料好的混凝土注入模腔中,首先進行低速攪拌,攪拌均勻后電機升速到中速,在離心力的作用下基本成形,且混凝土逐漸密實,再經過高速成型脫水,整個工藝過程結束。水泥電桿的生產也是用類似的離心澆注法,其生產工藝與此大體相同。
離心成型法對電氣傳動設備要求較高,首先要求滿載啟動,啟動力矩應在電機100%額定力矩以上;其次低速運轉的時間長,要求低速力矩大;最后由于制管機調速范圍大,為保證水泥管樁的質量,要求在整個工作速度范圍內,轉速基本穩(wěn)定。早期的調速方式有機械式分級調速、整流子電機調速、直流調速、電磁調速等。由于電磁調速結構簡單,使用簡便價格相對較低,因此,近年來在水泥制管設備中,電磁調速用得較多。但電磁調速效率低,最高轉速時效率為85%,速度越低效率也越低。水泥管離心成形工藝低速的時間占50%左右,電磁調速速度低速時耗能相當大。
水泥制管機負載機械特性為大慣性負載,起動前模腔內需加足一根水泥管樁定量的混凝土,啟動后低速運行,顯然是重載起動。電磁調速器低速運行時機械特性軟,低速轉矩較差,要保證生產的正常進行,電動機的容量選得較大,這又使耗能進一步增加。一般制管機的電氣傳動由1臺75kW(55kW)的電磁調速電機驅動。電磁調速電機的調速的范圍有限,而低速力矩又較差,但混凝土進行低速攪拌要求力矩大,不能滿足時轉速會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,甚至可能無法啟動。轉速的不穩(wěn)定性對產品質量有一定的影響。另外,4極交流異步電動機的額定轉速為1440r/min,但電磁調速器最高只能調到1200r/min。速度高,對水泥管的質量的提高有益。從以上制管機對電氣傳動的要求上看,用電磁調速器是一種無奈的選擇?,F(xiàn)在變頻器的價格已經下降到合理的水平,以變頻器的優(yōu)異性能完全可滿足制管工藝要求,用變頻調速代替電磁調速是最佳的選項。
三、 水泥制管的變頻調速
根據(jù)以上的情況,變頻器的機械特性近似為恒轉矩,電機在5Hz便可運行,高速50Hz時可達1440r/min,調速比1:10,極大地滿足了水泥制管的工藝要求。東莞市大嶺山鴻基管樁廠有4臺離心澆注機,電機的型號和功率分別為Y260M-4-75KW 2臺,Y250M-4-55KW 2臺,全部采用電磁調速。將電磁調速改造為變頻調速,簡單的方法是用變頻器驅動電磁調速電機,將電磁調速器杯型轉子的勵磁調到最大,如前所述效率為85%。為達到最高的節(jié)能效率,將電磁調速電機換為普通Y系列三相鼠籠電機,變頻器用菱科SB40S75KW 2臺,BT40S55KW 2臺。變頻器設置為外控端子操作,電位器調節(jié)變頻器的頻率。加速和減速時間設定比較長,均為120s,降速到變頻器的輸出頻率5Hz時,啟用直流制動,操作十分方便。使用了變頻器后,轉速穩(wěn)定性好,管樁的成型的質量有了較大的提高。變頻調速后,考慮到電機運行在低速的時間比較長,電機的散熱受到一些影響,溫度會升高。在改造過程中,將電磁調速電機換為Y系列交流異步電動機時,如果是等容量的代換,由于原來電機的容量就選得比較大,改造后電機的溫升不會超過額定值,不必加恒速風扇降溫;如果是非等容量代換,代換電機的容量比電磁調速電機小時,那就需在電機尾罩上加恒速風機,以利于電機的散熱。
四、 節(jié)能分析
水泥制管機是采用55kW或75kW的電磁調速電機,轉速通??刂圃?00-1200r/min,這是根據(jù)離心制管工藝情況,對電機速度進行控制。實踐證明,采用變頻調速的方法取代電磁調速平均節(jié)能量50%左右。
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