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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 供稿
摘要：通過(guò)對(duì)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(duì)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(jiǎn)介
微山同泰焦化有限公司，公司始建于2003年，當(dāng)時(shí)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(guò)在多方調(diào)研和市場(chǎng)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(guó)焦碳出口量和出口價(jià)格仍在持續(xù)上升，因此今后的焦碳價(jià)格將以平穩(wěn)或小幅震蕩攀升為主，焦碳市場(chǎng)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
工藝流程示意（圖一）
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(diǎn)，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(dòng)給料機(jī)或?qū)Ｓ萌肓喜墼谘厝肓峡谌L(zhǎng)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?zèng)_向破碎板再次被破碎，經(jīng)過(guò)破碎板的反彈，再次被彈向錘頭，物料在破碎腔內(nèi)經(jīng)過(guò)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。
可逆錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)（圖二）
可逆反擊錘式破碎機(jī) 實(shí)圖 （圖三）
出料口 圖（四）
2.2負(fù)載參數(shù)
1#破碎機(jī)
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電機(jī)型號(hào) |
YKK560-8 |
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破碎機(jī) 規(guī)格 |
PCFK1618 |
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功率（kw） |
630 |
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破碎物料 |
煤 |
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轉(zhuǎn)速（r/min） |
740 |
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進(jìn)料粒度（mm） |
80 |
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額定電壓（v） |
10000 |
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出料粒度（mm） |
8 |
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額定電流（A） |
47.1 A |
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生產(chǎn)能力（t/h） |
400 |
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功率因素 |
0.82 |
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2#破碎機(jī)
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電機(jī)型號(hào) |
YKK500-8 |
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破碎機(jī) 規(guī)格 |
PCFK1616 |
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功率（kw） |
450 |
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破碎物料 |
煤 |
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轉(zhuǎn)速（r/min） |
740 |
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進(jìn)料粒度（mm） |
80 |
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電壓（v） |
10000 |
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出料粒度（mm） |
8 |
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額定電流（A） |
35.7A |
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生產(chǎn)能力（t/h） |
300 |
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功率因素 |
0.78 |
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三、變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案
變頻器采用一拖二手動(dòng)旁路，可分別驅(qū)動(dòng)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(dòng)旁路運(yùn)行系統(tǒng)，它是由六個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS41～QS43、QS51～QS53組成（見(jiàn)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(shí)供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時(shí)，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(shí)，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(kāi)關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過(guò)分合隔離開(kāi)關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。
特點(diǎn)：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(tái)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(gè)功率模塊組成，每8個(gè)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(shí)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(jí)，相互間移相7.5°，構(gòu)成48脈沖整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)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(jí)副邊繞組的輸出作為每個(gè)功率模塊的三相輸入。功率模塊是整臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺(tái)變頻器的變壓變頻功能是通過(guò)單個(gè)功率模塊實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)功率模塊都相當(dāng)于一臺(tái)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(chǔ)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。
圖 功率模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)
輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
輸出側(cè)由每個(gè)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(guò)對(duì)每個(gè)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(duì)電纜和電機(jī)的絕緣無(wú)損壞，無(wú)須輸出濾波器，就可以延長(zhǎng)輸出電纜長(zhǎng)度。
控制系統(tǒng)
變頻器控制系統(tǒng)接收用戶的控制指令，對(duì)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�？刂葡到y(tǒng)還對(duì)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(shí)現(xiàn)故障的報(bào)警和保護(hù)。
為了實(shí)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(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。
3.3功能說(shuō)明
（1）變頻設(shè)備控制分本體、現(xiàn)場(chǎng)操作箱、DCS 三種控制方式
（2）變頻設(shè)備啟動(dòng)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(dòng)啟動(dòng)；
第二種方式為上高壓電變頻器自檢合格同時(shí)接收到啟動(dòng)指令后才能啟動(dòng)；2種啟動(dòng)方式通過(guò)啟動(dòng)方式選定后運(yùn)行在相應(yīng)的啟動(dòng)方式；設(shè)備只能分別單獨(dú)運(yùn)行其中一種方式。
（3）現(xiàn)場(chǎng)操作箱具備：?jiǎn)?dòng)、停機(jī)、急停、正反轉(zhuǎn)選定、上電啟動(dòng)或正常啟動(dòng)選定按紐或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，同時(shí)有相應(yīng)的指示燈指示，同時(shí)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(guò)操作箱上的正反轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定功能來(lái)選擇，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出所對(duì)應(yīng)的電機(jī)參數(shù)。
現(xiàn)場(chǎng)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(jì)300天運(yùn)行時(shí)間，電價(jià)為0.5元。對(duì)于特殊負(fù)載破碎機(jī)來(lái)說(shuō)，工藝性能要求滿速運(yùn)行。
4.1 工頻與變頻能耗計(jì)算
（1）630kW工頻年消耗量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)額定輸入電壓：10kV
電動(dòng)機(jī)額定輸入電流：30A
功率因數(shù)：0.82
計(jì)算公式：P=426kW
年運(yùn)行時(shí)間：T=300*24=7200h
累計(jì)年耗電量：3067808度
因此，采用工頻運(yùn)行時(shí)年用電費(fèi)：153.4萬(wàn)元
（2）630KW變頻年消耗量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)額定輸入電壓：10kV
電動(dòng)機(jī)額定輸入電流：21A
功率因數(shù)：0.82
計(jì)算公式：P=298kW
年運(yùn)行時(shí)間：T=300*24=7200h
累計(jì)年耗電量：2147466度
因此，采用變頻運(yùn)行時(shí)年用電費(fèi)：107.3萬(wàn)元
（3）450KW工頻年消耗量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)額定輸入電壓：10kV
電動(dòng)機(jī)額定輸入電流：24A
功率因數(shù)：0.78
計(jì)算公式：P=324KW
年運(yùn)行時(shí)間：T=300*24=7200h
累計(jì)年耗電量：2334527度
因此，采用工頻運(yùn)行時(shí)年用電費(fèi)：116.7萬(wàn)元
（4）450KW變頻年消耗量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)額定輸入電壓：10kV
電動(dòng)機(jī)額定輸入電流：16A
功率因數(shù)：0.78
計(jì)算公式：P=216kW
年運(yùn)行時(shí)間：T=300*24=7200h
累計(jì)年耗電量：1556351度
因此，采用變頻運(yùn)行時(shí)年用電費(fèi)：77.8萬(wàn)元
4.2 節(jié)能計(jì)算
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630kW工頻(度) |
630kW變(度) |
節(jié)電率 |
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3067808 |
2147466 |
30% |
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2334527 |
1556351 |
33% |
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(tái)一年累計(jì)運(yùn)行時(shí)間計(jì)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(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，減少對(duì)電網(wǎng)污染。
（3）減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長(zhǎng)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(shí)負(fù)載波動(dòng)很大。矢量控制對(duì)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算速度非�？欤�(dāng)負(fù)載變化時(shí)，能限制在額定轉(zhuǎn)矩，防止過(guò)載，避免了意外跳閘現(xiàn)象。
（5）控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)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(guò)對(duì)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(zhǎng)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(cè)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
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