變頻器在反應釜攪拌機中的應用

變頻器在反應釜攪拌機中的應用

攪拌機械在設(shè)計時均是按使用工況的要求考慮一定余量的,而攪拌機在實際使用過程中,則不一定要在最大轉(zhuǎn)速下工作,有很多時間都可以工作在非滿載狀態(tài);而且不同的攪拌速度,物料在不同階段反應效率也不同,通過在攪拌機設(shè)備上加裝變頻調(diào)速節(jié)能裝置則可一勞永逸的解決了攪拌機在使用過程中存在的許多問題。

關(guān)鍵詞:變頻器 攪拌機 應用

引言:近年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展,生產(chǎn)工藝的改進及功率半導體器件價格的降低,變頻調(diào)速越來越被工業(yè)上所采用。下面結(jié)合的工作實際談談變頻器在反應釜攪拌機中的應用

一、變頻器組成原理

目前常用的變頻器都是交-直-交類型的電壓源型變頻器,主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流又稱逆變)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成,通過這些單元由工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源,以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備。

其中整流電路直接采用不可控二極管整流器件,將交流電變換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,使電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和波形大大改善。逆變電路將直流電再逆變成交流電,采用為門極可關(guān)斷晶閘管,逆變部分的每個橋臂均由一個門極可關(guān)斷晶閘管和一個反向并聯(lián)的續(xù)流二極管所組成,續(xù)流二極管的作用是為負載的滯后電流提供一條反饋到直流電源的通道,采用正弦波脈寬調(diào)制方式。

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二、變頻器的功能

1、通過調(diào)節(jié)頻率,改變電機轉(zhuǎn)速,達到節(jié)能效果。

2、對運行中的電機進行力矩調(diào)整,大幅度降低無用功。

3、可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求,對電機進行閉環(huán)控制,使電機始終工作在高效節(jié)能狀態(tài)。

4、降低機械磨損,齒輪箱的損耗,降低油溫,從而延長齒輪和密封件的使用壽命。

5、變頻器自身有著超強的保護性能,當出現(xiàn)過流、過壓、過載、欠壓等系列問題,變頻器都會瞬間進行保護,停止輸出,從而保護負載免遭損害。

6、變頻器啟動電流平緩,可減小啟動沖擊電流,避免了對電網(wǎng)的沖擊。

三、變頻器的外部接線圖

四、調(diào)速原理的應用

由流體傳輸設(shè)備攪拌機的工作原理可知:攪拌機的流量與其轉(zhuǎn)速成正比;攪拌機的壓力與其轉(zhuǎn)速的平方成正比,而攪拌機的軸功率等于流量與壓力的乘積,故攪拌機的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比,由異步電機的轉(zhuǎn)速公式:

n=60f/p&M((:n:同步速度f:電源頻率p:電機極對數(shù)C

可知改變電源頻率可改變攪拌機的速度,攪拌機消耗功率與電源頻率的三次方成正比,例如:將供電頻率由50Hz降為40Hz,則P40/P50=(40/50)3=0.512,即P40=0.512P50(P為電機軸功率)。

五、效益分析

1、節(jié)電效果:根據(jù)攪拌機的電機在變頻調(diào)速方式下運行時的功率與其轉(zhuǎn)速的特性,即其運行功率與其轉(zhuǎn)速(頻率)的三次方成正比,

例:反應釜攪拌機電機容量:1?15KW,轉(zhuǎn)速240r/min,全天使用10小時分三個階段。

前期T1為4小時,速率120r/min;P1=(120/240)3P50=0.12P50

中期T2為3小時,速率150r/min;P2=(150/240)3P50=0.24P50

后期T3為3小時,速率200r/min;P3=(200/240)3P50=0.57P50

全天用電量W=P1×T1+P2×T2+P3×T3=(0.12×4+0.24×3+0.57×3)P50=2.91P50

未用變頻器全天用電量W=8P50

故,全天節(jié)電量5.09P50

2、提高系統(tǒng)效率:采用變頻器驅(qū)動之后,反應釜攪拌機電機與減速器之間是直接硬聯(lián)接,中間減少了液力偶合器這個環(huán)節(jié)。而液力偶合器本身的傳遞效率不高,并且液力偶合器主要是通過液體來傳動,而液體的傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多,因而采用變頻器驅(qū)動后,系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動的效率要高5%～10%。

3、降低維修率,提高了電網(wǎng)的安全運行:如果為了到達工藝要求采用機械方式調(diào)速,增大攪拌機的損耗,同時會使攪拌機工作在波動狀態(tài)。采用變頻器驅(qū)動之后,避免了工頻啟動對齒輪箱的沖擊,減少了齒輪箱的損耗;由于軟啟動方式啟動時,電流平緩,可減小啟動沖擊電流,避免了對電網(wǎng)的沖擊。

4、提高產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)效率:以本廠生產(chǎn)中酯化反應為例,其工作原理是將原材料經(jīng)真空抽入反應釜后,在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌槳帶動下,根據(jù)工藝要求,在不同的反應階段加溫,各化學物質(zhì)之間在不同的溫度下進行復雜的化學和物理反應,后期通過真空把溶劑從物料中回收出來,最終得到酯類化合物。該設(shè)備的電機為15KW,在未使用變頻器之前,采用高變比減速機,中間利用液力偶合器,啟動采用工頻直接啟動,且在工藝反應的全過程都只有同一速度,速率只有63r/min;在使用變頻器后,配上合適的減速機,再針對不同的物料和工藝階段,可以在線無級調(diào)速,逐漸提高攪拌速率,后期可達到200r/min,如此改善了生產(chǎn)工藝條件,使化學物質(zhì)反應條件達到最佳狀態(tài),縮短反應周期,由原來的一個周期13小時縮短到10小時;且大大提高了物料的反應效果和溶劑的回收率,回收率由原來的87%提高到98%。

在一定范圍內(nèi)滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下,利用變頻技術(shù)改變攪拌機電機轉(zhuǎn)速來取代傳統(tǒng)工頻電路的控制,既可使化學物質(zhì)反應條件達到最佳狀態(tài),又能取得明顯的節(jié)能效果。