1 现状调查及问题分析
钙镁磷肥生产中,高炉原燃料的供料顺序为:原料贮料仓—振动给料机给料称量斗—皮带输送机—储料斗—料车—高炉冶炼。通过分析认为造成焦炭亏损可能有3个原因:¹配料控制器与称量传感器引起的计量不准确;人为多加,没有计量;振动给料的余振多加没有计量。通过认真的调查分析及对配料控制器和称量传感器校验,排除了配料控制器与称量传感器的问题。由于配料控制器具有记录和累计功能,同时称量斗斗门不关到位,振动给料机不给料,可以排除人为多加没有计量的因素。那么问题就是配料控制器发出称量足信号并累计计量后,断开振动给料机电机电源后余振导致多给料,而配料控制器没有累计计量,引起原燃料消耗增加,高炉计量及配料不准确。从以上分析可知,要保证准确配料及计量,关键在于振动给料机的控制,就是要解决振动给料机余振给料的问题,即振动给料机的制动问题。
2 振动给料机制动分析
我公司高炉配料使用的给料机型号为GZG503系列自同步惯性振动给料机,电机采用VB 634 W0.3 kW振动电机。最常规的控制电路,没有采取任何制动措施。如要控制振动给料机的余振,确保电机准确、稳定、可靠地停止给料,只有采取制动控制。异步电动机的制动分为:机械制动和电力控制。由于振动给料机安装位置、安装方式的限制,安装机械制动不可行,因此,只能采取电力制动,即能耗制动或反接制动。经分析,能耗制动又优于反接制动。能耗制动具有以下特点。
(1) 制动电流小。
反接制动的制动电流大于电动机额定电流的10倍左右,对于电器部件损伤较大。而能耗制动电流仅为电动机空载电流的3～5倍,减少了对电器元件和电动机的电气伤害。
(2) 冲击力小。
反接制动的制动扭矩很大,冲击力大,振动大。而能耗制动可以根据设备和生产的需要,设计成各种控制线路,实现不同方式的软制动,减小对机械部件冲击和振动。
(3) 停车平稳可靠。
反接制动是改变电源相序,使电动机定子的旋转磁场反向,达到电动机的转矩反向,从而产生制动。因为电动机的负载惯量和转速不是一个定数,所以很难控制,易造成停车不稳定,出现或正转或反转现象。能耗制动停车准确、稳定,容易控制和操作,当电动机的速度n=0时,制动转矩也变为零,不会出现反转或者停不住的现象。
适应性强。
反接制动仅适用于小型的异步电动机和启动与制动不频繁的场合,即使在制动主回路中串入限流电阻,也只能在10 kW以下使用。而能耗制动则适用于从小功率到较大功率的设备,以及制动次数频繁的设备。
半波能耗制动与全波能耗制动比较分析与改进
所谓能耗制动,是在电动机定子绕组与交流电源断开之后,立即使其二相定子绕组接入一直流电源。于是在定子绕组中产生一个静止磁场,转子依靠惯性转动而切割该磁场从而在转子笼条中感应出电源,转子电流和固定磁场所产生的电磁转矩阻碍了转子继续转动,因而产生制动作用,使电动机迅速停止。制动转矩的大小与加在定子绕组上的直流电流大小及定子绕组的接线方式有关,也与转子转速成正比。当n=0时,制动转矩等于零。而能耗制动又分半波能耗制动和全波能耗制动。由于使用单相半波整流作能耗制动电源,达不到制动效果,故至今使用的能耗制动是采用专用变压器降压,配桥式整流线路作制动电源的全波能耗制动。但是,由于需要配置专用变压器,安装较麻烦,故用得不多。全波能耗制动是由专用变压器将交流电压降低,经桥式整流后的直流电流送进异步电动机定子绕组进行制动。流过定子绕组的电流是由2个单一方向的脉动半波组成的脉动成分小的直流电,这种方式的制动效果好,应用范围较宽。
半波能耗制动采用单相半波整流,电流经降压电阻送进异步电动机定子绕组进行制动。通过定子绕组的电流是由1个半波形成的断续、脉动成分很大的电流。半波能耗制动不能达到制动的原因在于通入电机定子绕组的直流电流断续,脉动成分较大,不能产生稳定的静止磁场。由于机械的惯性作用与不稳定的磁场的合成,从而产生1个间断的、不稳定的电磁转矩,方向与原转动方向相反。即形成1个反向不稳定的制动转矩,使电动机沿着原转动方向以低速度旋转逐步停止。可见,只要增加滤波电路,减小脉动成分,半波能耗制动就能达到全波能耗制动的效果。由于能耗制动的电流约为异步电动机空载电流的3～5倍,所以需用很大的滤波元件,这样是很难办得到,同时很不经济,显然是不可行的。
但是,实际上电动机定子绕组本身就是1个很大的电感元件,它具有储存能量的功能。利用电动机定子绕组作为平滑电抗器,根据楞茨定律,在电源电流由小向大变化时,它将吸收能量;当电源电流由大向小变化时,它将释放能量,阻碍电源电流变化。根据电感的原理,释放出来的电流滞后于电压90°,正好在电源电压过零时,释放能量最大,并且释放的电流与原电流方向相同。利用电感的性质,将电动机定子绕组释放出的能量加以利用,既达到了滤波效果,又节约能源。根据二级管单向导电的特性,在直流电源的正负极之间反接1只二级管,把电动机定子绕组释放出的能量再次送回定子绕组,使其通过定子绕组的制动电流,成为连续的脉动成分较小的直流电流,使定子绕组产生较稳定的静止磁场达到制动的目的
改进的半波能耗制动在振动给料机的应用与工作原理
2002年12月,在公司停产大修期间,我们利用半波能耗制动对振动给料机的制动进行了尝试。分别在电动机二相定子绕组及三相定子绕组接入半波直流电源进行能耗制动,发现制动效果并不明显,电动机发出嗡嗡声并继续转动,振动给料机在制动过程中的振动仍较显著。因此,在电动机的定子绕组两端并联1只反馈二极管V2,即在制动电源的正负极之间,利用电动机定子绕组作为滤波、储能元件,将电动机定子绕组在电源电压瞬间减小时,所释放的电流通过并联的反馈二极管V2向电源正极引导,使通过电动机定子绕组的电流连续平稳,从而减小直流电源的脉动成分,达到迅速平稳可靠制动的目的。试验表明,此法完全可行,制动效果很好,使振动给料机的余振给料问题得到解决。从根本上解决了高炉准确给料控制问题。在振动给料机半波能耗制动中,半波制动电流过零时,由并联在电动机定子绕组两端的反馈二极管V2,在半波能耗制动电流瞬间减小时,所释放出的电流向半波制动电源正极引导,使通过电动机定子绕组的制动电流脉动成分减小,平稳可靠地达到制动目的。制动转矩的大小可通过调节限流电阻R改变定子绕组的制动电流的大小来实现。制动直流电流一般为电动机空载电流的3～5倍,否则,会烧坏定子绕组,对转速高,惯性大的电动机,可适当取大些。
5 改进半波能耗制动的优点
(1) 具有全波能耗制动的优点,脉动成分较小,直流电流调节方便、平稳,制动准确可靠。
(2) 使用半波能耗制动改造设备费用低。全波能耗制动需要配置4只整流二极管和专用降压变压器;而半波能耗制动仅用2只整流二极管,费用为全波能耗制动的30%～40%。
(3) 安装方便,全波能耗制动使用元件多,占用空间大;而半波能耗制动由于元件少,占用空间小,容易安装,改造工作周期仅为几小时。
6 改进半波能耗制动在振动给料机中的应用效果
(1) 振动给料机应用半波能耗制动后,确保了高炉准确给料。1年多的使用表明,制动平稳可靠,故障率低,检修方便。
(2) 效益对比 改进后,2003年高炉实际平均焦耗比报表平均焦耗低1 kg/t,比改进前降低了6kg/t,如2台高炉合计年产钙镁磷肥半成品按20万t计算,则每年可节约焦炭1 200 t。每吨焦炭价格按600元计算,则可降低成本72万元,取得了较好的经济效益。
