1 現狀調查及問題分析
鈣鎂磷肥生產中,高爐原燃料的供料順序為:原料貯料倉—振動
給料機給料稱量鬥—皮帶輸送機—儲料斗—料車—高爐冶煉。通過分析認為造成焦炭虧損可能有3個原因:¹配料控制器與稱量傳感器引起的計量不準確;人為多加,沒有計量;振動給料的餘振多加沒有計量。通過認真的調查分析及對配料控制器和稱量傳感器校驗,排除了配料控制器與稱量傳感器的問題。由於配料控制器具有記錄和累計功能,同時稱量鬥鬥門不關到位,振動給料機不給料,可以排除人為多加沒有計量的因素。那麼問題就是配料控制器發出稱量足信號並累計計量後,斷開振動給料機電機電源後餘振導致多給料,而配料控制器沒有累計計量,引起原燃料消耗增加,高爐計量及配料不準確。從以上分析可知,要保證準確配料及計量,關鍵在於振動給料機的控制,就是要解決振動給料機餘振給料的問題,即振動給料機的制動問題。
2 振動給料機制動分析
我公司高爐配料使用的給料機型號為GZG503系列自同步慣性振動給料機,電機採用VB 634 W0.3 kW振動電機。最常規的控制電路,沒有采取任何制動措施。如要控制振動給料機的餘振,確保電機準確、穩定、可靠地停止給料,只有採取制動控制。異步電動機的制動分為:機械制動和電力控制。由於振動給料機安裝位置、安裝方式的限制,安裝機械制動不可行,因此,只能採取電力制動,即能耗制動或反接制動。經分析,能耗制動又優於反接制動。能耗制動具有以下特點。
(1) 制動電流小。
反接制動的制動電流大於電動機額定電流的10倍左右,對於電器部件損傷較大。而能耗制動電流僅為電動機空載電流的3～5倍,減少了對電器元件和電動機的電氣傷害。
(2) 衝擊力小。
反接制動的制動扭矩很大,衝擊力大,振動大。而能耗制動可以根據設備和生產的需要,設計成各種控制線路,實現不同方式的軟制動,減小對機械部件衝擊和振動。
(3) 停車平穩可靠。
反接制動是改變電源相序,使電動機定子的旋轉磁場反向,達到電動機的轉矩反向,從而產生制動。因為電動機的負載慣量和轉速不是一個定數,所以很難控制,易造成停車不穩定,出現或正轉或反轉現象。能耗制動停車準確、穩定,容易控制和操作,當電動機的速度n=0時,制動轉矩也變為零,不會出現反轉或者停不住的現象。
4. 適應性強。
反接制動僅適用於小型的異步電動機和啟動與制動不頻繁的場合,即使在制動主迴路中串入限流電阻,也只能在10 kW以下使用。而能耗制動則適用於從小功率到較大功率的設備,以及制動次數頻繁的設備。
3. 半波能耗制動與全波能耗制動比較分析與改進
所謂能耗制動,是在電動機定子繞組與交流電源斷開之後,立即使其二相定子繞組接入一直流電源。於是在定子繞組中產生一個靜止磁場,轉子依靠慣性轉動而切割該磁場從而在轉子籠條中感應出電源,轉子電流和固定磁場所產生的電磁轉矩阻礙了轉子繼續轉動,因而產生制動作用,使電動機迅速停止。制動轉矩的大小與加在定子繞組上的直流電流大小及定子繞組的接線方式有關,也與轉子轉速成正比。當n=0時,制動轉矩等於零。而能耗制動又分半波能耗制動和全波能耗制動。由於使用單相半波整流作能耗制動電源,達不到制動效果,故至今使用的能耗制動是採用專用變壓器降壓,配橋式整流線路作制動電源的全波能耗制動。但是,由於需要配置專用變壓器,安裝較麻煩,故用得不多。全波能耗制動是由專用變壓器將交流電壓降低,經橋式整流後的直流電流送進異步電動機定子繞組進行制動。流過定子繞組的電流是由2個單一方向的脈動半波組成的脈動成分小的直流電,這種方式的制動效果好,應用範圍較寬。
半波能耗制動採用單相半波整流,電流經降壓電阻送進異步電動機定子繞組進行制動。通過定子繞組的電流是由1個半波形成的斷續、脈動成分很大的電流。半波能耗制動不能達到制動的原因在於通入電機定子繞組的直流電流斷續,脈動成分較大,不能產生穩定的靜止磁場。由於機械的慣性作用與不穩定的磁場的合成,從而產生1個間斷的、不穩定的電磁轉矩,方向與原轉動方向相反。即形成1個反向不穩定的制動轉矩,使電動機沿著原轉動方向以低速度旋轉逐步停止。可見,只要增加濾波電路,減小脈動成分,半波能耗制動就能達到全波能耗制動的效果。由於能耗制動的電流約為異步電動機空載電流的3～5倍,所以需用很大的濾波元件,這樣是很難辦得到,同時很不經濟,顯然是不可行的。
但是,實際上電動機定子繞組本身就是1個很大的電感元件,它具有儲存能量的功能。利用電動機定子繞組作為平滑電抗器,根據楞茨定律,在電源電流由小向大變化時,它將吸收能量;當電源電流由大向小變化時,它將釋放能量,阻礙電源電流變化。根據電感的原理,釋放出來的電流滯後於電壓90°,正好在電源電壓過零時,釋放能量最大,並且釋放的電流與原電流方向相同。利用電感的性質,將電動機定子繞組釋放出的能量加以利用,既達到了濾波效果,又節約能源。根據二級管單向導電的特性,在直流電源的正負極之間反接1只二級管,把電動機定子繞組釋放出的能量再次送回定子繞組,使其通過定子繞組的制動電流,成為連續的脈動成分較小的直流電流,使定子繞組產生較穩定的靜止磁場達到制動的目的
4. 改進的半波能耗制動在振動給料機的應用與工作原理
2002年12月,在公司停產大修期間,我們利用半波能耗制動對振動給料機的制動進行了嘗試。分別在電動機二相定子繞組及三相定子繞組接入半波直流電源進行能耗制動,發現制動效果並不明顯,電動機發出嗡嗡聲並繼續轉動,振動給料機在制動過程中的振動仍較顯著。因此,在電動機的定子繞組兩端並聯1只反饋二極管V2,即在制動電源的正負極之間,利用電動機定子繞組作為濾波、儲能元件,將電動機定子繞組在電源電壓瞬間減小時,所釋放的電流通過並聯的反饋二極管V2向電源正極引導,使通過電動機定子繞組的電流連續平穩,從而減小直流電源的脈動成分,達到迅速平穩可靠制動的目的。試驗表明,此法完全可行,制動效果很好,使振動給料機的餘振給料問題得到解決。從根本上解決了高爐準確給料控制問題。在振動給料機半波能耗制動中,半波制動電流過零時,由並聯在電動機定子繞組兩端的反饋二極管V2,在半波能耗制動電流瞬間減小時,所釋放出的電流向半波制動電源正極引導,使通過電動機定子繞組的制動電流脈動成分減小,平穩可靠地達到制動目的。制動轉矩的大小可通過調節限流電阻R改變定子繞組的制動電流的大小來實現。制動直流電流一般為電動機空載電流的3～5倍,否則,會燒壞定子繞組,對轉速高,慣性大的電動機,可適當取大些。
5 改進半波能耗制動的優點
(1) 具有全波能耗制動的優點,脈動成分較小,直流電流調節方便、平穩,制動準確可靠。
(2) 使用半波能耗制動改造設備費用低。全波能耗制動需要配置4只整流二極管和專用降壓變壓器;而半波能耗制動僅用2只整流二極管,費用為全波能耗制動的30%～40%。
(3) 安裝方便,全波能耗制動使用元件多,佔用空間大;而半波能耗制動由於元件少,佔用空間小,容易安裝,改造工作週期僅為幾小時。
6 改進半波能耗制動在振動給料機中的應用效果
(1) 振動給料機應用半波能耗制動後,確保了高爐準確給料。1年多的使用表明,制動平穩可靠,故障率低,檢修方便。
(2) 效益對比 改進後,2003年高爐實際平均焦耗比報表平均焦耗低1 kg/t,比改進前降低了6kg/t,如2臺高爐合計年產鈣鎂磷肥半成品按20萬t計算,則每年可節約焦炭1 200 t。每噸焦炭價格按600元計算,則可降低成本72萬元,取得了較好的經濟效益。
