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北京利德華福電氣技術有限公司 供稿
摘要：通過對可逆反擊錘式破碎機的了解，微山同泰焦化有限公司采用利德華福研發、生產的高壓變頻器對電機進行調速改造，取得了較大的節能效益。
關鍵詞：可逆反擊錘式破碎機，高壓變頻器調速系統，節能
一、用戶簡介
微山同泰焦化有限公司，公司始建于2003年，當時由微山公路局與微山縣春蕾物資貿易有限公司合資建成。主要產品焦碳、粗苯、煤焦油、硫膏等，通過在多方調研和市場行情分析的基礎上進行的，隨著全球經濟發展，焦碳需求也將繼續增加，我國焦碳出口量和出口價格仍在持續上升，因此今后的焦碳價格將以平穩或小幅震蕩攀升為主，焦碳市場進入平穩發展階段。
二、設備工藝以及負載參數
2.1工藝流程
工藝流程示意（圖一）
可逆反擊錘式破碎機是細碎原煤生產線上的主要設備之一，具有破碎比大,生產能力高,產品粒度均勻等特點，其出粒的大小均勻程度直接關系到焦炭的產量與質量。為獲得理想的排料粒度和錘頭的均勻磨損，采用振動給料機或專用入料槽在沿入料口全長上均勻給料。物料進入破碎機后，受到高速旋轉的錘頭沖擊而破碎，并高速沖向破碎板再次被破碎，經過破碎板的反彈，再次被彈向錘頭，物料在破碎腔內經過反復沖撞和互相碰撞而破碎，在反擊板體下部排料口排出。
產品粒度決定于轉子的轉速及轉子與破碎板的間隙。可逆式錘破的兩側均配有破碎板,轉子可雙向運轉并可充分利用錘頭的兩面和兩側的破碎板。
可逆錘式破碎機結構（圖二）
可逆反擊錘式破碎機 實圖 （圖三）
出料口 圖（四）
2.2負載參數
1#破碎機
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電機型號 |
YKK560-8 |
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破碎機 規格 |
PCFK1618 |
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功率（kw） |
630 |
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破碎物料 |
煤 |
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轉速（r/min） |
740 |
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進料粒度（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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生產能力（t/h） |
400 |
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功率因素 |
0.82 |
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2#破碎機
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電機型號 |
YKK500-8 |
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破碎機 規格 |
PCFK1616 |
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功率（kw） |
450 |
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破碎物料 |
煤 |
|
轉速（r/min） |
740 |
|
進料粒度（mm） |
80 |
|
電壓（v） |
10000 |
|
出料粒度（mm） |
8 |
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額定電流（A） |
35.7A |
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生產能力（t/h） |
300 |
|
功率因素 |
0.78 |
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三、變頻調速系統改造方案
變頻器采用一拖二手動旁路，可分別驅動630KW和450KW電機，而且均具備正、反轉功能。
3.1主回路方案
基本原理：一拖二手動旁路運行系統，它是由六個高壓隔離開關QS41～QS43、QS51～QS53組成（見下圖）。其中QS42和QS43,QS52和QS53安裝機械互鎖裝置；QS42和QS52,QS41和QS51有電氣互鎖。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態，M2工作在工頻狀態時，QS43和QS51、QS52分閘，QS42、QS41和QS53處于合閘狀態；M2工作在變頻狀態，M1工作在工頻狀態時，QS42和QS41、QS53分閘，QS51、QS52和QS43處于合閘狀態；如果檢修變頻器，QS43和QS53可以處于任一狀態，其它隔離開關都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。
特點：正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態，另一負載工作在工頻狀態，也可以兩臺都在工頻狀態。
3.2系統構成
HARSVERT高壓變頻器采用單元串聯多電平技術，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，其典型結構如下圖所示。
該系統由24個功率模塊組成，每8個功率模塊串聯構成一相，三相Y連接，直接給10kV電機供電。
變壓器
輸入側移相變壓器將網側高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。
該系統變壓器副邊繞組分為8級，相互間移相7.5°，構成48脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，可以大大改善網側的電流波形，使變頻器網側電流近似為正弦波，使其負載下的網側功率因數達到0.96。
功率模塊
移相變壓器的每級副邊繞組的輸出作為每個功率模塊的三相輸入。功率模塊是整臺變頻器實現變壓變頻輸出的基本單元，整臺變頻器的變壓變頻功能是通過單個功率模塊實現的，每個功率模塊都相當于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器。
功率模塊整流側用二極管三相全橋進行不控全波整流，中間采用電解電容濾波和儲能，輸出側為4只IGBT組成的H橋，電路結構如下圖所示。
圖 功率模塊內部電路結構
輸出側結構
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機的絕緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度。
控制系統
變頻器控制系統接收用戶的控制指令，對各功率模塊進行觸發、封鎖、旁路等控制，使變頻器提供相應的頻率和電壓輸出。控制系統還對變頻器各部件的狀態進行監控，提供故障診斷信息，實現故障的報警和保護。
為了實現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，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。
3.3功能說明
（1）變頻設備控制分本體、現場操作箱、DCS 三種控制方式
（2）變頻設備啟動采用2種方式；
第一種方式為上高壓電變頻設備自檢合格后，變頻器自動啟動；
第二種方式為上高壓電變頻器自檢合格同時接收到啟動指令后才能啟動；2種啟動方式通過啟動方式選定后運行在相應的啟動方式；設備只能分別單獨運行其中一種方式。
（3）現場操作箱具備：啟動、停機、急停、正反轉選定、上電啟動或正常啟動選定按紐或轉換開關，同時有相應的指示燈指示，同時具備轉速調節轉速顯示和反饋轉速顯示、電機電流顯示（數字顯示）功能。
（4）對于可逆錘式破碎機的重載設備，要求嚴格按照規定日期進行交替使用，防止單面錘頭長時間運行，嚴重受損。變頻器運行，可以切換刀閘選擇任一負載，電機運行方向可以通過操作箱上的正反轉動設定功能來選擇，控制系統自動調出所對應的電機參數。
現場操作箱（圖五）
界面最上面一行顯示負載功率和運行方向（圖六）
四、高壓變頻器改造后節能情況
按照每年累計300天運行時間，電價為0.5元。對于特殊負載破碎機來說，工藝性能要求滿速運行。
4.1 工頻與變頻能耗計算
（1）630kW工頻年消耗量計算：
電動機額定輸入電壓：10kV
電動機額定輸入電流：30A
功率因數：0.82
計算公式：P=426kW
年運行時間：T=300*24=7200h
累計年耗電量：3067808度
因此，采用工頻運行時年用電費：153.4萬元
（2）630KW變頻年消耗量計算：
電動機額定輸入電壓：10kV
電動機額定輸入電流：21A
功率因數：0.82
計算公式：P=298kW
年運行時間：T=300*24=7200h
累計年耗電量：2147466度
因此，采用變頻運行時年用電費：107.3萬元
（3）450KW工頻年消耗量計算：
電動機額定輸入電壓：10kV
電動機額定輸入電流：24A
功率因數：0.78
計算公式：P=324KW
年運行時間：T=300*24=7200h
累計年耗電量：2334527度
因此，采用工頻運行時年用電費：116.7萬元
（4）450KW變頻年消耗量計算：
電動機額定輸入電壓：10kV
電動機額定輸入電流：16A
功率因數：0.78
計算公式：P=216kW
年運行時間：T=300*24=7200h
累計年耗電量：1556351度
因此，采用變頻運行時年用電費：77.8萬元
4.2 節能計算
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630kW工頻(度) |
630kW變(度) |
節電率 |
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3067808 |
2147466 |
30% |
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2334527 |
1556351 |
33% |
五、電機變頻改造后的運行情況
采用變頻調速的好處：
（1）因設備交替使用，按照單臺一年累計運行時間計算，變頻器的改造達到了預期的節能效果。
（2）電機實現軟啟動功能，電機啟動電流遠遠小于額定電流，減少對電網污染。
（3）減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機的使用壽命，相應地延長了許多零部件的壽命。
（4）可逆反擊錘式破碎機負載比較特殊，主要是塌料的影響，特別是進料口堵料塌料影響比較嚴重，發生塌料時負載波動很大。矢量控制對轉矩的計算速度非常快，當負載變化時，能限制在額定轉矩，防止過載，避免了意外跳閘現象。
（5）控制系統能夠自動識別電機正反轉運行參數，杜絕了人為修改參數出現的失誤。
六、總結
通過對可逆反擊錘式破碎機的系統改造，改善了生產工藝，延長了設備壽命，并且取得了良好的經濟效益。
參考文獻
[1]高壓變頻調速系統HARSVERT-A系列技術手冊北京利德華福電氣技術有限公司
[2]山東山礦技術材料
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