稀土萃取工艺中, 萃取槽混合室搅拌速度是随着原料、产品的不同需经常调节的重要工艺参数之一。当前普遍采用三相交流异步电机, 通过皮带传动方式驱动一架(8~10级)搅拌桨, 用更换皮带轮方式进行有级调速, 因操作不便, 且电耗高、噪声大, 影响了生产环境。为此, 有些企业采用直流电机单级单台调速, 但成本较高。而交流电机由于其结构简单、造价低、耐用, 因而在稀土冶炼行业的应用较普遍。交流电机的调速方法有:变极调速、串级调速、绕线式转子串电阻调速、定子调压调速、电磁转差离合器调速、变频调速等, 其中以变频调速效果最好。自可控硅和大功率晶体管问世以来, 由于具有接近理想开关元件的性能, 变频技术得到了广泛的推广应用, 尤其是随着电力电子学、大规模集成电路和计算机控制技术的发展, 更为交流电机变频调速向大功率、高性能方向的发展创造了条件, 其应用范围遍及机械、冶金、造纸、化纤、食品、纺织、交通运输等行业。

1 变频调速的原理

交流异步电机的转速n, 供电频率f有以下关系:

式中:p—极对数;

s—转差率(%), s =(n₁-n)/_n。

由上式可以看出, 在极对数不变、转差率很小的情况下, 均匀改变供电频率f, 即可达到无级调速的目的, 这就是变频调速的基本原理。变频器是根据变频调速的原理和要求制造的变频装置, 其工作原理见图 1。这种调速方式具有以下独特优点。

(1) 较高的效率和功率因数。由于交流异步电机在调速过程中转差率小, 因而损耗小、效率较高; 同时, 在转差率很小时, 转子的等效电阻很大, 此时转子回路基本上是电阻性的, 因而功率因数亦高。

(2) 调速范围宽。变频技术可以使交流电机的供电频率从低频(几赫兹)调至高频(达几百赫兹), 应用于稀土萃取工艺中可以满足不同工艺条件对搅拌速度的要求, 也可以简化、放宽对萃取槽的设计要求。

(3) 操作灵活, 安装简单。通过变频器面板上的开关及调频旋钮和频率显示可以将频率调至所需值。变频调速系统由配电箱、变频器和交流异步电机组成, 它们之间通过电缆连接。

2 萃取工艺搅拌控制试验

针对萃取生产工艺对搅拌速度的调速要求, 进行了交流电机变频调速用于搅拌控制的试验。

(1) 试验对象:某冶炼厂镝铽分离生产线的萃取槽, 单级槽体容量60L。

(2) 试验方案:为降低传动噪声, 采用单台多级驱动, 即每一萃取槽用一台交流小电机直接驱动, 由同一台变频调速器统一控制。

(3) 交流电机的选择:为取得电机功率(P)跟萃取槽容积(V)的关系, 对7级同容积的萃取槽采用不同功率的电机驱动, 结果见表 1。

试验结果得出电机功率选择经验数据:

(4) 变频器的选择:变频器的额定电流必须大于各电机总额定电流的1.1倍。

式中: I为变频电源的最小额定电流;

I₁、I₂、I₃ ……为电机的额定电流。

试验选用SVF-552高性能变频调速器, 其额定电流8.5A, 额定容量5.5kVA。供电线路如图 2所示。

(5) 试验结果:经过2012h的连续生产试验, 萃取槽搅拌速度在100~900 r/ m in范围内连续可调、操作灵活方便、设备运行可靠; 选用90W和60W交流异步电机分别节电28 %和43 %; 噪声由63 dB下降到46dB, 改善了工作环境。

3 结语

将交流电机变频调速技术用于萃取生产中, 可控制萃取搅拌的速度, 其灵活方便的调速方式可最大限度地节约生产成本, 提高产品质量, 且具有降低噪声、节约电能的优点。