森蘭SB70G變頻器在氧化鋁生產線中的應用
摘要：本文介紹了森蘭SB70G系列變頻器在有色金屬氧化鋁生產線的成功應用案例，分析氧化鋁的生產流程并提出了氧化鋁生產對變頻器的要求，詳盡地給出了SB70系列變頻器在氧化鋁生產線上應用的接線方式以及相關功能的設置。
關鍵詞：森蘭SB70變頻器 氧化鋁生產
有色金屬行業(yè)對變頻器的要求較高，森蘭SB70變頻器在該行業(yè)的大面積的成功使用，在國產變頻器中尚屬首次，這標志國產變頻器的技術水平有了極大的提高。在實際應用中，森蘭SB70變頻器與國外變頻器相比毫不遜色，在氧化鋁行業(yè)成功地替代了國外品牌變頻器，而且價格要便宜。
一、氧化鋁生產流程
從鋁礬土礦石生產出合格的氧化鋁需要經過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大個生產流程，按工藝流程的次序組織為原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大車間，為充分利用母液，再設置一個蒸發(fā)工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標都符合要求的原礦漿；溶出車間通過多級預熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環(huán)境，并保證足夠的溶出時間，以使原礦漿中的氧化鋁成份溶出至鋁酸鈉溶液中。沉降車間通過沉降和多次反向洗滌，將料漿中的粗液及附著堿與各種雜質構成的赤泥進行分離，分離出的粗液經葉濾機過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進入各分解槽進行降溫、攪拌，以充分析出氫氧化鋁，析出的氫氧化鋁漿液經分級后細料進種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經過濾后進行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車間用于對循環(huán)母液進行濃縮處理，以除去在流程中進入母液中的多余水分，達到工藝要求的母液濃度。
二、氧化鋁生產對變頻器的要求
整個氧化鋁生產過程對物料的運送由漿泵、進料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環(huán)泵等各種各樣的泵承擔。生產過程中，物料及反應容器的溫度、壓力、配料流量等指標的控制非常嚴格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉設備的連續(xù)運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設備和焙燒系統(tǒng)易燃易爆設備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產工序比較復雜，生產環(huán)境差，溫度高，粉塵多，對變頻器的主要要求有：
1、漿泵、進料泵、出料泵等的工作介質是非常粘稠的礦漿，其負載特性接近恒轉矩負載特性。由于某種原因使生產短時停頓，粘稠的礦漿會產生沉降，恢復生產再次起動時，這些泵的起動力矩非常大，因此要求變頻器有足夠大的起動力矩和較高的過載能力。
2、氧化鋁生產線占地的面積很大，其電氣控制設備和變頻器均安裝在配電房內，大部分的電機與變頻器的距離在100-300米，要求變頻器的輸出接上100-300米電纜能夠正常工作。
3、變頻器的輸出含有高次諧波，現(xiàn)場使用的變頻器的數(shù)量多，必須考慮諧波對DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制儀表干擾，要求變頻的輸出諧波含量較低，低于國家標準GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的諧波含量。
4、氧化鋁生產具有連續(xù)性，生產過程中因某臺設備故障引起全線停產，將帶來極大的損失，因此，對變頻器的可靠性要求極高。
三、SB70系列變頻器在氧化鋁生產線上的應用
由上可見，氧化鋁生產對變頻器提出了很高的要求，鋁鎂設計院在做設計時，都毫無例外地選用ABB、施耐得、西門子、AB等國外變頻器。近幾年來，國產變頻器技術有了長足的進步，轉子磁鏈定向無速度傳感器矢量控制已研發(fā)成功，其技術性能接近國外變頻器先進水平，再加上工藝技術和管理水平的提高，生產出滿足氧化鋁生產線要求的高性能、高可靠的矢量控制變頻器也不是難事，且與國外變頻器比較價格較低，在與國外變頻器競爭中有一定優(yōu)勢。
河南某中外合資氧化鋁生產企業(yè)，其年生產氧化鋁120萬噸，根據(jù)生產工藝的要求，選用希望森蘭變頻器制造有限公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、采用轉子磁場定向的SB70無速度傳感器矢量控制變頻器，對其生產過程的每一道工序提供變頻調速（功率從22kW到450kW），共安裝使用78臺，具體使用工位如下表：
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變頻器功率（kW） |
設備名稱 |
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450 |
晶種泵 |
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250 |
稀釋泵、出料泵、過料泵、蒸發(fā)器進料泵、蒸發(fā)器出料泵、外排泵、單極雙吸離心泵、精液泵 |
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220 |
泥漿泵、過料泵 |
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200 |
礦漿泵、過料泵、蒸發(fā)原液泵、粗液泵 |
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160 |
液體堿儲槽/合格堿液泵、合格堿液泵/母液泵、臥式循環(huán)水泵 |
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132 |
熱水站洗水泵、料漿調速泵 |
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110 |
溢流泵、過料泵、沉沒式變速泵、中間降溫泵 |
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90 |
常壓脫硅配電室循環(huán)泵、沉降送水泵、種分母液泵 |
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55 |
強濾液泵、弱濾液泵、母液泵 |
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45 |
熱水泵 |
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37 |
鹽底流泵 |
|
22 |
鹽底流泵 |
SB70G系列變頻器為希望森蘭變頻器制造公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強大的工程型變頻器，采用轉子磁場定向的矢量控制方式，實現(xiàn)了對電機大轉矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數(shù)復制、熱撥插功能，大大方便了操作人員對參數(shù)的修改（僅對一臺變頻器設置參數(shù)，其它均可進行參數(shù)復制，減少調試過程中的工作量），速定給定可通過端子切換，減少了外部繁鎖的連接線。瞬時掉電時，通過母線電壓控制，實現(xiàn)不間斷運行；還可根據(jù)負載特性和環(huán)境溫度，自動調整載波頻率。
針對氧化鋁生產對變頻器的主要要求，高性能的SB70無速度傳感器矢量控制變頻器1Hz時的轉矩可達200%，無需閉環(huán)運行；考慮到過載因素，在實際應用時電動機的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當增大；SB70變頻器采用了多種諧波抑制技術，總諧波含量已低于國家標準?？紤]到整個生產線使用變頻器較多，還需要在變頻器的輸入側加裝輸入電抗器和輸入濾波器，保證在任何情況下都不會對計算控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表造成干擾；變頻器輸出電纜的限制距離一般在50米內，輸出電纜的長度增加，分布電容和分布電感也相應增加，對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波，這將嚴重影響電動機的運行。設計變頻控制系統(tǒng)時在變頻器的輸出側加裝輸出電抗器或再加輸出濾波器，平抑變頻器輸出的dU/dt尖脈沖。
四、變頻器接線圖及功能設置
1、接線圖：
變頻器段子功能如下表
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序號 |
端子號 |
功能 |
注釋 |
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1 |
P10 |
近地速度調節(jié)電源； |
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2 |
AI1 |
近地速度給定； |
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3 |
AI2 |
集中控制（DCS系統(tǒng)）速度給定； |
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4 |
GND |
模擬信號共公地端； |
|
|
5 |
FWD |
變頻器啟動/停止； |
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|
6 |
X1 |
模擬電流/電壓切換； |
|
|
7 |
COM |
數(shù)字信號地端； |
|
|
8 |
TA1 |
繼電器輸出（變頻運行） |
至DCS系統(tǒng) |
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9 |
TB1 | ||
|
10 |
TA2 |
繼電器輸出（變頻故障） |
至DCS系統(tǒng) |
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2、變頻器功能設置表：
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功能碼 |
功能說明 |
備注 |
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F0-01=3 |
運行主通道速度給定方式 |
由DCS系統(tǒng)控制 |
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F0-02=1 |
運行命令通道選擇 |
外部端子控制 |
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F1-00=30 |
加速時間 |
|
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F1-01=30 |
減速時間 |
|
|
F4-00=42 |
多功能數(shù)字輸入選擇 |
給定頻率通道切換 |
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F5-02=1 |
T1繼電器輸出功能 |
變頻器運行中 |
|
F5-02=1 |
T2繼電器輸出功能 |
變頻器故障輸出 |
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F6-00=2 |
模擬電流輸入 |
由DCS給定速度 |
|
F6-14=0 |
模擬電流輸入 |
由DCS給定速度 |
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