摘要：通過對可逆反擊錘式破碎機(jī)的了解，微山同泰焦化有限公司采用利德華福研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，取得了較大的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：可逆反擊錘式破碎機(jī)，高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，節(jié)能

一、用戶簡介

微山同泰焦化有限公司，公司始建于2003年，當(dāng)時由微山公路局與微山縣春蕾物資貿(mào)易有限公司合資建成。主要產(chǎn)品焦碳、粗苯、煤焦油、硫膏等，通過在多方調(diào)研和市場行情分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，焦碳需求也將繼續(xù)增加，我國焦碳出口量和出口價格仍在持續(xù)上升，因此今后的焦碳價格將以平穩(wěn)或小幅震蕩攀升為主，焦碳市場進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段。

二、設(shè)備工藝以及負(fù)載參數(shù)

2.1工藝流程

可逆反擊錘式破碎機(jī)是細(xì)碎原煤生產(chǎn)線上的主要設(shè)備之一，具有破碎比大,生產(chǎn)能力高,產(chǎn)品粒度均勻等特點，其出粒的大小均勻程度直接關(guān)系到焦炭的產(chǎn)量與質(zhì)量。為獲得理想的排料粒度和錘頭的均勻磨損，采用振動給料機(jī)或?qū)Ｓ萌肓喜墼谘厝肓峡谌L上均勻給料。物料進(jìn)入破碎機(jī)后，受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭沖擊而破碎，并高速沖向破碎板再次被破碎，經(jīng)過破碎板的反彈，再次被彈向錘頭，物料在破碎腔內(nèi)經(jīng)過反復(fù)沖撞和互相碰撞而破碎，在反擊板體下部排料口排出。

產(chǎn)品粒度決定于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子與破碎板的間隙?？赡媸藉N破的兩側(cè)均配有破碎板,轉(zhuǎn)子可雙向運(yùn)轉(zhuǎn)并可充分利用錘頭的兩面和兩側(cè)的破碎板。

2.2負(fù)載參數(shù)

1#破碎機(jī) 

三、變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案

變頻器采用一拖二手動旁路，可分別驅(qū)動630KW和450KW電機(jī)，而且均具備正、反轉(zhuǎn)功能。

3.1主回路方案

基本原理：一拖二手動旁路運(yùn)行系統(tǒng)，它是由六個高壓隔離開關(guān)QS41～QS43、QS51～QS53組成（見下圖）。其中QS42和QS43,QS52和QS53安裝機(jī)械互鎖裝置；QS42和QS52,QS41和QS51有電氣互鎖。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時，QS43和QS51、QS52分閘，QS42、QS41和QS53處于合閘狀態(tài)；M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時，QS42和QS41、QS53分閘，QS51、QS52和QS43處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS43和QS53可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺負(fù)載可以同時工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。

特點：正常情況下，允許有一負(fù)載工作在變頻狀態(tài)，另一負(fù)載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺都在工頻狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

HARSVERT高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，直接10kV輸入，直接10kV輸出。由移相變壓器、功率單元和控制器組成，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

該系統(tǒng)由24個功率模塊組成，每8個功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y連接，直接給10kV電機(jī)供電。

變壓器

輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。

該系統(tǒng)變壓器副邊繞組分為8級，相互間移相7.5°，構(gòu)成48脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.96。

功率模塊

移相變壓器的每級副邊繞組的輸出作為每個功率模塊的三相輸入。功率模塊是整臺變頻器實現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺變頻器的變壓變頻功能是通過單個功率模塊實現(xiàn)的，每個功率模塊都相當(dāng)于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器。

功率模塊整流側(cè)用二極管三相全橋進(jìn)行不控全波整流，中間采用電解電容濾波和儲能，輸出側(cè)為4只IGBT組成的H橋，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機(jī)的絕緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度。

控制系統(tǒng)

變頻器控制系統(tǒng)接收用戶的控制指令，對各功率模塊進(jìn)行觸發(fā)、封鎖、旁路等控制，使變頻器提供相應(yīng)的頻率和電壓輸出。控制系統(tǒng)還對變頻器各部件的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提供故障診斷信息，實現(xiàn)故障的報警和保護(hù)。

為了實現(xiàn)控制部分和高壓部分完全可靠隔離，控制器與功率模塊之間采用光纖通訊技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

3.3功能說明

（1）變頻設(shè)備控制分本體、現(xiàn)場操作箱、DCS 三種控制方式

（2）變頻設(shè)備啟動采用2種方式；

第一種方式為上高壓電變頻設(shè)備自檢合格后，變頻器自動啟動；

第二種方式為上高壓電變頻器自檢合格同時接收到啟動指令后才能啟動；2種啟動方式通過啟動方式選定后運(yùn)行在相應(yīng)的啟動方式；設(shè)備只能分別單獨運(yùn)行其中一種方式。

（3）現(xiàn)場操作箱具備：啟動、停機(jī)、急停、正反轉(zhuǎn)選定、上電啟動或正常啟動選定按紐或轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時有相應(yīng)的指示燈指示，同時具備轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速顯示和反饋轉(zhuǎn)速顯示、電機(jī)電流顯示（數(shù)字顯示）功能。

（4）對于可逆錘式破碎機(jī)的重載設(shè)備，要求嚴(yán)格按照規(guī)定日期進(jìn)行交替使用，防止單面錘頭長時間運(yùn)行，嚴(yán)重受損。變頻器運(yùn)行，可以切換刀閘選擇任一負(fù)載，電機(jī)運(yùn)行方向可以通過操作箱上的正反轉(zhuǎn)動設(shè)定功能來選擇，控制系統(tǒng)自動調(diào)出所對應(yīng)的電機(jī)參數(shù)。

現(xiàn)場操作箱（圖五）

界面最上面一行顯示負(fù)載功率和運(yùn)行方向（圖六）

四、高壓變頻器改造后節(jié)能情況

按照每年累計300天運(yùn)行時間，電價為0.5元。對于特殊負(fù)載破碎機(jī)來說，工藝性能要求滿速運(yùn)行。

4.1 工頻與變頻能耗計算

（1）630kW工頻年消耗量計算：

電動機(jī)額定輸入電壓：10kV

電動機(jī)額定輸入電流：30A

功率因數(shù)：0.82

計算公式：P=426kW

年運(yùn)行時間：T=300*24=7200h

累計年耗電量：3067808度

因此，采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)：153.4萬元

（2）630KW變頻年消耗量計算：

電動機(jī)額定輸入電壓：10kV

電動機(jī)額定輸入電流：21A

功率因數(shù)：0.82

計算公式：P=298kW

年運(yùn)行時間：T=300*24=7200h

累計年耗電量：2147466度

因此，采用變頻運(yùn)行時年用電費(fèi)：107.3萬元

（3）450KW工頻年消耗量計算：

電動機(jī)額定輸入電壓：10kV

電動機(jī)額定輸入電流：24A

功率因數(shù)：0.78

計算公式：P=324KW

年運(yùn)行時間：T=300*24=7200h

累計年耗電量：2334527度

因此，采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)：116.7萬元

（4）450KW變頻年消耗量計算：

電動機(jī)額定輸入電壓：10kV

電動機(jī)額定輸入電流：16A

功率因數(shù)：0.78

計算公式：P=216kW

年運(yùn)行時間：T=300*24=7200h

累計年耗電量：1556351度

因此，采用變頻運(yùn)行時年用電費(fèi)：77.8萬元

4.2 節(jié)能計算

五、電機(jī)變頻改造后的運(yùn)行情況

采用變頻調(diào)速的好處：

（1）因設(shè)備交替使用，按照單臺一年累計運(yùn)行時間計算，變頻器的改造達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。

（2）電機(jī)實現(xiàn)軟啟動功能，電機(jī)啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，減少對電網(wǎng)污染。

（3）減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命。

（4）可逆反擊錘式破碎機(jī)負(fù)載比較特殊，主要是塌料的影響，特別是進(jìn)料口堵料塌料影響比較嚴(yán)重，發(fā)生塌料時負(fù)載波動很大。矢量控制對轉(zhuǎn)矩的計算速度非?？欤?dāng)負(fù)載變化時，能限制在額定轉(zhuǎn)矩，防止過載，避免了意外跳閘現(xiàn)象。

（5）控制系統(tǒng)能夠自動識別電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行參數(shù)，杜絕了人為修改參數(shù)出現(xiàn)的失誤。

六、總結(jié)

通過對可逆反擊錘式破碎機(jī)的系統(tǒng)改造，改善了生產(chǎn)工藝，延長了設(shè)備壽命，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

[2]山東山礦技術(shù)材料