渣浆泵的运行工况特点1)渣浆泵出口阀门的开度一般是不调整的。2)对应于该开度,渣浆泵输出了一定的流量和扬程。不调速运行时,出口阀门内外有压力差。3)调速运行的原则是要保持流量不变。4)通过调速运行,使阀门内外压力差消失,且压力取2.0MPa的下限值,足以克服管网阻力即可。
安装变频器后,将出口阀门全部打开,此时必须同时降低频率运行,频率调整为45Hz时,出口压力为2.0MPa.此时测量得到以下运行参数。阀门开度/100%;电机运行电压/390V;变频器输入电流/270A;泵出口压力/0.20MPa;功率因数/0.99;电机实际输入电磁功率/180.6kW;电机负荷率/0.82;电机外壳温度95。
出口压力由0.23MPa降低到0.2MPa,输入电磁功率由215.6kW降低到180.6kW,实现节电率16.23%.以上数据说明出口压力大、浪费电能的2个问题都得到了令人满意的解决。但是,此时电机的发热变得更加严重了,与原先工频运行时相比,表面温度由75上升到95。
分析原因1)输入电机的电流是变频器的输出电流,而不是变频器的输入电流。由于变频器采用V/F控制,在输出频率低于50Hz时,输出电压必然低于额定电压,为保证变频器的输入输出功率平衡,输出电流必然要上升,于是在45Hz输出频率的情况下,变频器的输出电流,即电机的输入电流达到了440A左右。比工频运行时的电流还要高出40A,自然带来了温度的上升。2)变频器输出电压波形为非正弦波,含有一定的谐波分量,会提高电机的温升。
440A的电流已经超过了电机的额定电流,温升较严重,长期运行会危及到电机的安全。此时,决定采用加强散热的方式来解决问题,在电机的轴向加装了1台轴流风机。风机投入运行后,电机的表面温度有所下降,大约为85左右,虽然有效果,但仍不理想。
机械调速方式机械调速的实现办法在变频试验的基础上,可以发现,变频器降频运行后,泵运行到了高效区,在保持流量的基础上,电机的实际输出功率反而下降了,这也是变频调速可以节能的原因。但由于电机输入电压(即变频器的输出电压)降低后,电机定子电流大幅度上升,产生严重的温升问题。这个问题是现阶段变频调速方式所无法克服的。
为此,笔者经反复研究,提出1种皮带轮机械调速方式。其主要实现办法为:改变电机或渣浆泵连接皮带轮的直径,同时适当调节两侧皮带轮的轴心距离,使传动系统的减速比变为1.69左右。这样当电机在额定转速988r/min时,渣浆泵的转速由650r/min降低为原先的90%,即585r/min.
相当于使用变频器时运行于45Hz时的运行工况。机械调速装置的理论依据及可行性证明根据流体力学的基本原理,在其它因素不变的情况下:Pn3。(1)所以对于运行中的泵,只要调整其转速,即可大幅度改变其轴功率。
根据能量守衡定律,虽然电机皮带轮与渣浆泵皮带轮的转速是不同的,其转矩也是不同的,但忽略传递摩擦损耗后,两侧机械功率是相等的。所以,我们可以得出结论:上述机械调速装置可以将原动机、泵有机地联系到一起,在泵降低转速,从而降低所需求的机械功率时,原动机提供的电磁功率亦可以实现同步降低。
调速的平滑性由于上述的调速原理完全不同,变频调速是通过改变电源频率对电机进行调速,而机械调速只是对负载进行调速。变频调速是无级调速,机械调速通过变换皮带轮直径及皮带长度实现固定速比的减速。
很显然,变频调速的调速精度及平滑程度要远远好于机械调速。对电源的影响变频调速采用可控硅技术,对电网而言,是1种谐波干扰源,这是客观存在的问题,而机械调速装置不与电网发生直接关系,没有谐波干扰问题。
应用范围变频调速器有软起动、转矩补偿功能、调速节电功能,与其它电路结合起来还可以实现自动闭环控制。应用范围很宽泛。本例中的机械调速实质上是1种特殊速比的减速装置。应用于类似的简单调速场合,一旦做好,不能再行变动,适合和阀门结合起来调控输出流体的压力和流量。
节电效果变频器的输出波形为非正弦波,含有较大的谐波成分,在电机铁芯中会造成额外的发热及功率损耗;机械调速装置由于依靠皮带穿递功率,有额外的机械摩擦损耗。本例中,渣浆泵的调速精度不需要很精细,两者的节电率基本相等。
电机的发热问题变频器在降频运行的时候,有3个因素导致电机温度上升:1)降频时,电机的散热风扇转速也同步下降,导致散热效果变差。2)在降频运行时,虽然变频器的输入电流与全频运行时相比有大幅度的下降,但输出电流反而有所上升,直接导致电机发热加剧。3)变频器输出谐波分量导致电机与工频运行相比,温升提高。
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