隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速作為一種先進的電動機調(diào)速方式，其優(yōu)異的性能以及帶來的可觀的經(jīng)濟效益早已為人們所熟知。而國內(nèi)變頻調(diào)速至今還主要應用在中小容量的低壓電動機上，經(jīng)過考察研究，江蘇巨龍水泥集團決定對窯頭排風機進行改造，采用高壓變頻技術(shù)，在節(jié)能方面做出大膽嘗試。 窯頭排風機變頻調(diào)速節(jié)能可行性分析 窯頭排風機的風量控制主要靠風門的開度大小來實現(xiàn)，而風門的最大開度一直在50% 左右調(diào)節(jié)，根據(jù)風機應用手冊定義，轉(zhuǎn)速與風量成一次方關(guān)系，即n1/n2＝Q1/Q2，風壓與風量成二次方關(guān)系，即p1/p2＝（Q1/Q2）2，軸功率與風量成三次方關(guān)系，即W1/W2 ＝（Q1/Q2）3，由此得出，節(jié)電Δ W ＝ W1 － W2＝[（1－n2/n1）3]W1，理論節(jié)電率＝1－（n2/n1）3。由以上關(guān)系式，如果窯頭排風機開全風門，降低轉(zhuǎn)速，節(jié)電效果會相當明顯。 根據(jù)工藝要求，窯頭排風機對風壓的調(diào)節(jié)要求不高，因此，風門的開度對系統(tǒng)風壓的作用不會影響到工藝生產(chǎn)，完全可以滿足水泥生產(chǎn)過程的要求。 變頻器選型 目前，變頻技術(shù)飛速發(fā)展，供選擇的范圍比較寬，因此，只有全面分析各自的優(yōu)缺點，根據(jù)實際情況選用，才能達到最優(yōu)效率。初步確定以下3 個方案。 方案1：用輸入變壓器將6 kV的高壓降為660 V或更低，用低壓變頻器實現(xiàn)調(diào)速，再用輸出變壓器升到6 kV。此方案的缺點是效率低，技術(shù)性能一般，維護工作量大。 方案2：用額定電壓 6 kV 的高壓變頻器直接驅(qū)動電動機，實現(xiàn)變頻調(diào)速。此方案整體效率高，技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，缺點是投資大。 方案3：選用新的低壓電動機，取代原有的電動機。經(jīng)輸入變壓器降壓后，用低壓變頻器調(diào)速。缺點是工期長，投資大，占地面積大，需要更換電動機及其輔助設(shè)備。 最后，經(jīng)過分析及結(jié)合公司的實際情況，決定選方案2。 改造步驟及措施 方案確定后，我們又對變頻器的調(diào)速原理進行了全面的分析和理解之后，選用了希望—森蘭公司生產(chǎn)的SLANERT06－40高壓變頻器。希望—森蘭公司生產(chǎn)的完美無諧波高壓變頻器是一種新型的直接輸出高壓的變頻器，它采用若干個低壓PWM 變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，諧波分量小，功率因數(shù)高，輸出波形近乎正弦波，不存在諧波引起的電動機附加發(fā)熱、電動機軸電流以及轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 （1）系統(tǒng)的電氣原理 1）2002年我公司對窯頭排風機電氣系統(tǒng)進行了改造，改造后系統(tǒng)的整體電氣原理如附圖所示。 其中，K M 1 ～K M 4 為高壓真空接觸器，K M 1 和K M 2為進線開關(guān)，KM3 為變頻輸出開關(guān)，KM4 為工頻旁路開關(guān)；R 為緩沖電阻，由3個管電阻串聯(lián) 使用。 2）考慮到系統(tǒng)出現(xiàn)塌料等不正常情況， 有時會造成系統(tǒng)風壓不穩(wěn)， 為提高整個系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)能力， 我們將風壓信號取出， 作為變頻器調(diào)速的反饋信號， 以便實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的功能。 （2）變頻器的特性測試 變頻器投入后，為檢查其性能，我們對多種工況下變頻器工作狀況進行了詳細的測試，結(jié)果均達到了設(shè)計要求。 1）工頻運行模式 工頻旁路運行適用于變頻器主控制部分發(fā)生故障，無法對變頻器進行控制或因變頻器檢修而不希望影響生產(chǎn)時，通過起動旁路按鈕控制附圖中的KM4 閉合，KM3 分斷，直接進入工頻運行，工頻起動時，電流倍數(shù)在8倍以上，電壓降低6.5%，起動時間15 s。 2）變頻起動諧波分析 閉合附圖中的KM1、KM2、KM3、KM4，變頻器輸出電壓信號在變頻器輸出頻率10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz 時，分別進行測試分析，均未引起系統(tǒng)諧波含量增大，6 kV 母線電壓各次諧波含量和總畸變率基本沒有變化，波形幾乎為正弦波。 效果驗證 （1）通過對變頻器特性測試及兩年來的運行情況了解，變頻調(diào)速的主要優(yōu)點如下： 1）電動機可以平緩地起動，減少了起動沖擊，且不需再配備起動裝置。 2）具有可靠的保護性能，變頻器具有過壓、欠壓、缺相、輸出接地、短路、過流及過載保護，并具有柜門打開后及控制電源失電后跳高壓開關(guān)，功率單元故障診斷功能。 3）控制單元與功率單元采用高精度、高速度的光纖數(shù)字通信，保證了控制信號傳輸?shù)木群退俣龋瑫r也保證了低壓控制電源部分與高壓電源部分很好的隔離。 4）具有高功率因數(shù)，高效率，高質(zhì)量輸出，功率因數(shù)可超過0.95。 5）變頻器調(diào)速范圍為0～100% 連續(xù)可調(diào)，頻率精度可達± 0.5%。 6）在液晶人機界面，可通過鍵盤直接進行設(shè)定，控制器有各種故障診斷、調(diào)節(jié)及邏輯功能、組態(tài)及顯示等功能。 （2）節(jié)能分析 1）檢修費用的經(jīng)濟分析 電動機由于轉(zhuǎn)速降低，機械磨損及風機振動減少，軸承溫度降低，可以延長排風機軸承、風葉等機械部件的使用壽命，檢修周期可以大大延長。同時減少了風機的噪聲，改善了工作環(huán)境。 2）節(jié)約電能的經(jīng)濟分析 我們對運行情況進行了跟蹤統(tǒng)計，未改造前，窯頭排風機的運行電流一直在28 A左右，改造后，電流平均低于16A，P[sub]節(jié)電[/sub]＝ 1.732 × 6 000 × 12 ×0.85＝106 kW（0.85為功率因數(shù)），改造后的排風機的節(jié)電至少在40%左右。照此計算，一年的節(jié)約費用（電費按0.32元/kW·h 計算，運轉(zhuǎn)率90%）365 × 24 × 90% × 106 × 0.32 ＝26.7萬元，經(jīng)濟效益可觀，這將有利于企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭能力。