离心机制动方式改造侧记

摘要：本文介绍了离心机制动方式改造的特点及反馈制动单元应用于离心机变频调速控制系统的基本情况。
关键词：变频器  离心机   反馈制动单元
Abstract: This article introduces the feature of the transform in braking of centrifugal machine  also the application of the power feedback braking unit in the variable-frequency control system of  centrifugal machine   
Key words:   inverter  centrifugal machine  power feedback braking unit  
一、引言
石药集团维生药业（石家庄）有限公司是国内主要的维生素C生产企业。公司一直努力进行技术改造，利用先进的控制工艺及控制技术，降低成本，提高工作效率。此次对离心机的控制系统改造正是对以前旧设备进行的重要改造之一。
离心机是维生素C生产企业应用最多的料液分离设备，它能够实现结晶体与溶解母液的分离。经过十多年的使用，原来的电气控制显得有些落后于工艺的发展，尤其是降速时间太长，工作效率较低，成为工艺改进的主要制约因素。如果采取增加机器设备的方法，不但投资大，还要受到安装条件限制，因此采取改造原来的控制系统的办法，采用反馈制动单元配合变频调速控制，以解决上述问题。现以旧线提炼二工段一号离心机技术改造为例，介绍有关情况。
二、离心机变频调速系统介绍
1、设备机械参数：电动机型号      YB180L-4B5  22KW
电动机最高转速  1470rpm
转鼓直径        1500mm
有效容积        600L  
转鼓最高转速    850rpm
洗料速度        80rpm
加料速度        80rpm
最大装料量      800Kg
变频器型号      FRN22G11S-4CX
2、制动单元选用及电气控制系统原理
离心机是一种大惯量恒转矩设备，正是这种机械特性使得制动单元成为离心机运行控制主要部件之一，对于离心机的工艺控制和机械效率的提高都有非常重要的意义。离心机降速时，如果采用自由停车，离心机的实际停车时间将超过2小时，这对于离心机使用及工艺控制都有很大的制约，采用机械制动方式，对于较大容量的离心机来说，不但时间太长，控制和安全方面则存在较大的隐患；所以只能利用变频调速制动方式。在利用变频调速制动时，变频器的设定制动时间较短，由于离心机的转动惯量很大，离心机的转鼓带动电动机转动，此时电动机的转速比变频器的输出同步转速高，电动机处于发电状态使得变频器直流母线电压升高，如果不能把这部分能量消耗掉，使得直流母线电压保持在正常范围内，变频器将出现直流过电压报警故障而不能正常工作；为了消耗掉这部分再生能量，使用制动单元及制动电阻互相配合，在制动单元检测到直流母线电压超过正常工作范围值时，打开直流母线和制动电阻之间的电路通道，将电动机产生的再生电能消耗在制动电阻上，从而限制直流母线电压，使得降速过程正常进行。
受到技术及成本上的限制，以前的离心机设备生产厂家都采用上述能耗制动方式，电动机产生的再生电能直接消耗在制动电阻上，大量的再生制动电能得不到利用，更由于制动单元及制动电阻在配备上受到配电室环境限制，从功率上不能做的太大，否则大量的发热将会导致制动单元及变频器过热保护，影响的生产的顺利进行。随着电子技术的不断发展，能量反馈式制动单元逐渐得到开发和利用，进口反馈制动单元由于价格高，回收期长，维护费用大，维护水平要求较高，因此在使用上受到限制。近期国产反馈制动单元的出现，使得反馈制动单元的应用变得较为现实。
由众多国内外的反馈制动单元中，我们选用深圳加能电子科技有限公司生产的IPC-PF-1s型能量反馈制动单元，其特点如下：
1、IPC-PF-1s高效，低噪，绿色环保。
2、适用于所有380-460伏的通用变频器。
3、IPC-PF-1s会自动测量再生电能的大小，自动计算最佳制动力矩，用户不必设定任何参数。
4、较高的性价比。
5、接线简便易行，制动效果较好。
其技术指标和特点如表1所示。
其电气接线原理图见图1

3、参数设置
    由于反馈制动单元的接入，使得工艺控制参数产生相应的变化，因此对变频器的参数进行重新设定。具体主要变频器参数设置见表2。为了保证转速提升的平稳性，需要合理选择加速方式，通过实践证明，选用S曲线启停方式非常适合转速的提升，即电动机刚启动时以较小的加速度运行，有利于混合料液在离心机转鼓中更好的均匀分布，然后再以与加速时间相应的加速度提高转速，接近设定速度时，再以较小的加速度运行至设定值；减速过程与加速过程相似。这种运行控制方式不但能够有效地减小电动机启动和停止时的冲击电流，有效地提高离心机的运行稳定性，还能够使反馈制动单元反馈到电网的电流变得较为平缓，减少对电网的冲击。
4、工艺过程
 SD-1500吊带离心机是辽阳药机生产的主要离心机品种，在旧线提炼二工段主要完成古龙酸的晶体与母液的分离。工艺过程为：进料过程—升速过程—高速甩料过程—降速过程—洗料过程—升速过程—高速甩料过程—降速过程—出料过程。具体工艺过程及时间控制参数见表3  ，通过表3可以看出，由于降速时间大大减少，使得工作效率提高26%，已经能够满足所需要的工艺改进要求。因此改造设备是较为成功的。



5、节能分析      
由于采用了反馈制动单元，将离心机带料的转鼓运转势能在降速时转化为电能直接反馈回电网，因此将节约大量的电能，减少相应的电费支出。经过测算，每车料经过两次降速过程，能够反馈到电网一度电，每班每台离心机要处理九车料左右，每台离心机每年运行时间为330天，则每台离心机每年节约电量为：
   节约电量=1度/车*9车/班*3班/天*340天/年=9180度
由以上计算可以看出采用了反馈制动单元以后，每年仅节约电费将可达到
   节约电费=9180度*0.53元/度=4865.4元
而反馈制动单元价格仅不到8000元，也就是说，不到两年的时间就可以收回购买反馈制动单元的投资。此外，采用反馈制动单元以后，节约了配电室的空调使用，改善了电气设备的运行环境，在另一方面获得了节能效果。因此，此项投资对公司是非常有益的。
三、结束语   
这次离心机制动改造是石药集团维生药业（石家庄）有限公司进行的一次非常有意义的尝试，使得设备的使用效率大为提高，并在节能方面、投资效益方面都得到很好的效果。通过这次成功的改造增强了我们继续进行改造的信心，也将为石药集团维生药业（石家庄）有限公司带来了巨大的经济效益

参考文献：
1．周绍英编，《交流调速系统》 机械工业出版社，1998年
2．李正熙编，《电力拖动自动控制系统》 冶金出版社，2000年
3. FRN5000G11S-4CX富士变频器说明手册    富士电机
4. IPC-PF用户使用说明书                深圳加能电子科技有限公司
5. SD1500离心机说明书                 石药集团维生药业（石家庄）有限公司