摘要 結(jié)合我公司電解鑄造車間冷卻塔冷卻風(fēng)機(jī)的變頻器改造，分析采用變頻器改造后的優(yōu)點(diǎn)，特別是在夜間或在氣溫較低的季節(jié)氣候條件下，通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷卻風(fēng)機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)，具有顯著的節(jié)能效果。
關(guān)鍵字 變頻器；冷卻塔風(fēng)機(jī)；PID控制
1 引言
中國鋁業(yè)青海分公司是一個(gè)專業(yè)化的電解鋁廠，鋁錠產(chǎn)能達(dá)近40萬t。鋁錠是電解鋁生產(chǎn)的最后一道工序，每塊鋁錠澆鑄后都經(jīng)過堆垛機(jī)水槽進(jìn)行冷卻，為了使機(jī)組中加熱了的水再降溫冷卻，重新循環(huán)使用，常使用冷卻塔。我公司鑄造冷卻塔都為機(jī)械風(fēng)機(jī)通風(fēng)冷卻，采用戶外立式冷卻塔電機(jī)，水在冷卻塔滴下時(shí)，冷卻風(fēng)機(jī)使之與空氣較充分的接觸，將熱量傳遞給周圍空氣，將水溫降下來。
由于冷卻塔的設(shè)備容量是根據(jù)在夏天最大熱負(fù)載的條件下選定的，也就是考慮到最惡劣的條件，
然而在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中，由于季節(jié)、氣候、工作負(fù)載的等效熱負(fù)載等諸多因素都決定了機(jī)組設(shè)備經(jīng)
常是處于在較低熱負(fù)載的情況下運(yùn)行，所以機(jī)組常常是有不必要的浪費(fèi)電能。因此，使用變頻調(diào)速
控制冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在夜間或在氣溫較低的季節(jié)氣候條件下，通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷卻風(fēng)機(jī)的開啟臺(tái)數(shù)，節(jié)能效果就非常顯著。
原冷卻水系統(tǒng)由于采用接觸器直接起動(dòng)電機(jī)方式以及由截止閥對(duì)冷卻水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致電機(jī)長期處于空載或輕載狀態(tài)，造成無謂的浪費(fèi)，在部分負(fù)荷時(shí)固定冷卻水流量而不對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制也將浪費(fèi)大量電能。根據(jù)近幾年企業(yè)節(jié)能要求，將原接觸器直接起動(dòng)電機(jī)的控制方式采用微機(jī)控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造。
2 冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻改造
本系統(tǒng)改造采用了艾默生TD200型變頻器，利用其內(nèi)置的PID功能，組成以溫度為控制對(duì)象的閉環(huán)控制。冷卻塔變頻控制原理圖如圖1所示，其工作原理是冷卻塔風(fēng)機(jī)將鑄造車間的冷卻回水，也就是冷卻塔的進(jìn)水溫度進(jìn)行通風(fēng)冷卻，將出水溫度降到一定的值，其降溫的效果可以通過變頻器的速度調(diào)整來進(jìn)行。被控量(出水溫度)與設(shè)定值的差值經(jīng)過變頻器內(nèi)置的PID控制器后送出速度命令并控制變頻器的V/F輸出，最終調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
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系統(tǒng)溫度信號(hào)給定量通過變頻器操作面板的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，溫度反饋量通過出水管路中的溫度檢測儀以4~20mA的電流形式從R口輸入，然后通過設(shè)置合理的PI 參數(shù)(比例增益Kp=80%;積分時(shí)間Ki＝30S;采樣周期T＝5s;偏差極限10%)以獲得滿意的閉環(huán)控制效果。冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻器的接線圖如圖2所示。
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根據(jù)工藝要求，該系統(tǒng)改造時(shí)采用多風(fēng)機(jī)節(jié)能控制方法。在本系統(tǒng)中，采用PLC 控制兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中M1 為工頻風(fēng)機(jī)，M2 為變頻風(fēng)機(jī)，如圖2 所示。M2 變頻風(fēng)機(jī)控制采用閉環(huán)溫度PID 控制，PLC 則利用TD2000的開路集電極Y1和Y2的輸出功能，獲得該變頻器的頻率運(yùn)行狀態(tài)時(shí)候是在上限(FHL)或是下限(FLL)，就可以自動(dòng)開停M1 工頻風(fēng)機(jī)，而M2變頻風(fēng)機(jī)始終處于工作狀態(tài)。M2 的工作狀態(tài)分兩種，一是處于20～50Hz運(yùn)行，另外一種是長時(shí)間處于20Hz 運(yùn)行，為了保證節(jié)能效果，對(duì)于后者就可以采用節(jié)能方式(休眠狀態(tài))。它只需要設(shè)置一個(gè)零頻運(yùn)行閾值和零頻回差即可。這樣休眠的控制方式非常有效。PLC 的作用只要起到了開關(guān)控制的作用，采用小型西門子的CPU221小型PLC。
3 問題的解決
冷卻塔風(fēng)機(jī)改造采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)時(shí),存在以下問題:
(1)初次起動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，由于冷卻塔風(fēng)機(jī)拖動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，變頻器加減速時(shí)間設(shè)定為8s 和10s 時(shí)變頻器出現(xiàn)直流過電壓，所以給定加減速時(shí)間設(shè)定為35s后，將問題得以解決。
(2)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)起動(dòng)變頻器故障跳閘。經(jīng)分析是由于外界風(fēng)力作用下，冷卻風(fēng)機(jī)會(huì)自轉(zhuǎn)，此時(shí)如果起動(dòng)變頻器，電動(dòng)機(jī)會(huì)進(jìn)入再生狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)故障跳閘，對(duì)于變頻器應(yīng)該將啟動(dòng)方式設(shè)為轉(zhuǎn)速跟蹤再啟動(dòng)。這樣一來，變頻器在啟動(dòng)前，通過檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，實(shí)施對(duì)旋轉(zhuǎn)中電機(jī)的平滑無沖擊啟動(dòng)。
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(3)由于系統(tǒng)改造采用普通電機(jī)，初次運(yùn)行時(shí)首臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱，經(jīng)分析是由于變頻器設(shè)置最低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為10Hz而造成電機(jī)散熱不良造成的。為了保持電機(jī)合適的溫升，將頻率下限設(shè)為20Hz時(shí)，避免了電機(jī)過熱的現(xiàn)象。
4 冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能效果分析
這次節(jié)能改造的效果是非常顯著的，從運(yùn)行觀察中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度如果22℃以下時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在30Hz(2.4kW)左右，冷卻水溫度在28℃左右；環(huán)境溫度在22~35℃之間時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在30~45Hz(2.4~15.7kW)之間，冷卻水溫度在28~32℃之間時(shí)，白天特別炎熱(36℃以上)時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在48Hz，冷卻水溫度在33℃左右。
節(jié)能效果比較:如表1所示。
5 結(jié)束語
經(jīng)過對(duì)原系統(tǒng)接觸器直接起動(dòng)方式改造為變頻器控制方式后，不但解決了鑄造冷卻水溫度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而且從節(jié)能的長遠(yuǎn)利益來看，具有可觀的節(jié)能效果，為企業(yè)的降成本做出了貢獻(xiàn)。通過改造發(fā)現(xiàn)，企業(yè)應(yīng)該選擇具有節(jié)能效果的控制設(shè)備來改造舊系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)控制軟件化，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。
：鞏經(jīng)理
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