一、概述

目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗占成本近30%，拖動風(fēng)機用的高壓電機在電機占用很大的比重。因此，做好電機的降耗增效工作就顯得極為重要。當(dāng)前在很多水泥廠的風(fēng)機中都存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，如果利用變頻調(diào)速技術(shù)改變設(shè)備的運行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既滿足生產(chǎn)需求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時減少因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，本文主要就論述希望森蘭高壓變頻器在菲律賓馬步海水泥高溫風(fēng)機上的應(yīng)用，實踐證明水泥廠風(fēng)機才用變頻調(diào)速的可行性、必要性及實際應(yīng)用的節(jié)電效果，以此推廣高壓變頻節(jié)能項目。

二、原液體電阻調(diào)節(jié)的具體工作方式

繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子經(jīng)集電環(huán)和電刷串接外加電阻后，可以改變電機的轉(zhuǎn)差率S，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)速。通過改變其轉(zhuǎn)子串接的外電阻可實現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)子串接的電阻值R越大，其機械特性也越變軟，既轉(zhuǎn)矩很小的變化將引起轉(zhuǎn)速較大的波動。此外，在負(fù)載小時（即轉(zhuǎn)矩小時）其調(diào)速范圍變窄。從高溫風(fēng)機長期的液體電阻調(diào)節(jié)的工作過程中可以總結(jié)出液體電阻的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：調(diào)速方法簡單，初期投資低，容易實施，可靠性高，功率因數(shù)高，不產(chǎn)生高次諧波，啟動設(shè)備和調(diào)速設(shè)備合為一體。

缺點：

1、由于轉(zhuǎn)差率功率都是以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，然后通過冷卻水冷卻后白白浪費掉，再加上控制設(shè)備較多，控制回路消耗的功率較大，因此效率比較低。

2、由于控制設(shè)備的增多，相應(yīng)的出現(xiàn)故障的概率也較高，考慮到滲漏以及蒸發(fā)等原因，需要定期加液之類的，設(shè)備維護量比較大。另外環(huán)境溫度低于零度，需要考慮電解液等加熱問題。

3、調(diào)速比低（與變頻等相比），不大于50%，不適用于對調(diào)速范圍要求較大的場合，如轉(zhuǎn)速較低場合。

4、啟動轉(zhuǎn)矩比較小，特性較軟。適合對電機機械特性要求高的場合。

5、只適合用于繞線式異步電機調(diào)試，鼠籠式電機只能做軟起。

結(jié)論：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式，在串級調(diào)速和變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前是繞線電機的主要的調(diào)節(jié)手段，因此在一些比較早期的繞線電機的運行場合，應(yīng)用還是比較多的，但液體電阻調(diào)速屬于有轉(zhuǎn)差損失的低效調(diào)速方式，與高效調(diào)速方式相比節(jié)能的空間相對較小，而且其技術(shù)進(jìn)步的空間已經(jīng)不大，并且只能用在繞線式電機上，因此很大的限制了它的應(yīng)用。

三、高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)簡介

異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動機最為合理的調(diào)速方法。由公式n＝60f(1-s)/p可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前，變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

高壓變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點：

(1)節(jié)能：減少由負(fù)載檔板或閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)致的節(jié)流損失。

(2)提高功率因數(shù)：系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到變頻后的0.95以上。

(3)軟啟軟停：減少對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊。

(4)高效：含變壓器在內(nèi)的整機效率在97％以上。

對離心式風(fēng)機而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比；即：

Q1/Q2=n1/n2       H1/H2=( n1/n2)2      P1/P2=( n1/n2)3

當(dāng)風(fēng)機風(fēng)量需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。    

可見，通過變頻對風(fēng)機進(jìn)行改造，可以實現(xiàn)節(jié)能，且節(jié)能空間可觀。

四、工藝流程圖

五、現(xiàn)場工況

5.1負(fù)載基本情況

5.2系統(tǒng)方案

根據(jù)用戶要求，配置一臺變頻器型號為SBH-042-1120，采用手動一拖一的方式，系統(tǒng)由三個刀閘開關(guān)QS1、QS2、QS3組成，要求QS2和QS3不能同時閉合，QS2和QS3之間有機械互鎖，合QS1、QS2分QS3為變頻運行，分QS1、QS2合QS3為工頻運行；主回路如下

系統(tǒng)主回路

六、產(chǎn)品特點：

（1）一體化設(shè)計——更可靠

SBH系列高壓變頻器的整機結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計。系統(tǒng)更簡潔、維護更方便、安全性能更好。同時高壓變頻器的一體化設(shè)計不僅能加快設(shè)備的投運進(jìn)度，縮短現(xiàn)場的調(diào)試服務(wù)周期，還能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

SBH系列高壓變頻器的核心器件控制系統(tǒng)同樣采用一體化設(shè)計方案，該設(shè)計方案可以減少線路板件之間的連接導(dǎo)線，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的運行可靠性。

（2）單元模塊化設(shè)計——更通用

SBH系列高壓變頻器的內(nèi)部核心部分——功率單元，采用模塊化設(shè)計方案，每個功率單元的結(jié)構(gòu)以及電氣性能一致，可互換使用，通用性更強。

（3）多功能的HMI設(shè)計——更直觀

SBH系列高壓變頻器采用7英寸彩色觸摸屏，多語言操作界面，讓用戶更直觀、更全面的監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)；多功能參數(shù)設(shè)置，使得設(shè)備操作的靈活更強；完善的故障分析功能，大大地縮短了故障處理時間，減少故障處理強度。

（4）“三滿”試驗——更穩(wěn)定

SBH系列高壓變頻器在出廠前都必須經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測試環(huán)節(jié)，其中不僅包括常規(guī)帶電機運行性能試驗，同時每套設(shè)備出廠前都要進(jìn)行滿電壓、滿電流、滿功率的“三滿”帶載老化試驗，從而確保每套設(shè)備的高質(zhì)量。

（5）矢量控制技術(shù)——低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩的王牌

SBH系列變頻器采用矢量控制技術(shù)，具有低頻轉(zhuǎn)矩大。轉(zhuǎn)矩脈動小、動態(tài)響應(yīng)快、機械特性好等優(yōu)點，能夠滿足重載啟動的需要。

（6）雙電源冗余技術(shù)——比傳統(tǒng)UPS方案更可靠

SBH系列高壓變頻器的控制電源部分采用雙電源冗余技術(shù)，分別有兩路電源供電，一路來自用戶AC220，一路來自于設(shè)備內(nèi)部的移相變壓器三次繞組AC380V，自動切換過稱無擾動。與傳統(tǒng)采用UPS方案比較，具有更高的可靠性，避免了因UPS故障而引起的變頻器停機故障發(fā)生。

（7）防“晃電”技術(shù)——超強的電網(wǎng)適應(yīng)性

SBH系列高壓變頻器針對風(fēng)機類負(fù)載提供瞬時掉電保護功能，當(dāng)電網(wǎng)因雷電或發(fā)生瞬時故障導(dǎo)致電網(wǎng)供電電壓出現(xiàn)缺波現(xiàn)象時，防晃電技術(shù)可防止設(shè)備因瞬時掉電而造成欠壓停機。

同時，當(dāng)供電電網(wǎng)出現(xiàn)短時（0~30S）掉電現(xiàn)象時，SBH系列高壓變頻器可記錄設(shè)備的當(dāng)前運行狀態(tài)，待電網(wǎng)恢復(fù)供電后，自動恢復(fù)至掉電前的運行狀態(tài)。

（8）自動限流技術(shù)——系統(tǒng)安全的保障

SBH系列高壓變頻器采用自動限流技術(shù)，當(dāng)設(shè)備負(fù)載加重時，自動限流技術(shù)可以自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出能力，是設(shè)備的運行更穩(wěn)定；同時，限流技術(shù)在加速運行和減速停機過程中，可有效抑制電流過大的現(xiàn)象，是設(shè)備加速更加平滑，減速更穩(wěn)定。

七、應(yīng)用效果：

運行數(shù)據(jù)如下：

（1）實現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設(shè)備為新機配套。

（2）運行中調(diào)速平滑、連續(xù)，.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率，進(jìn)而無級的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使送風(fēng)量得到無級平滑的調(diào)節(jié)，減少了對風(fēng)門及系統(tǒng)的沖擊，極大的保護了風(fēng)道系統(tǒng)，免受沖擊損害。

（3）簡化了操作系統(tǒng)，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強度，特別是自動控制的應(yīng)用，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了變頻器無人值守。

（4）節(jié)能顯著。對風(fēng)機\泵類負(fù)載，由流體力學(xué)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

現(xiàn)系統(tǒng)運行在45Hz ,因此變頻運行下的功率：

P變=（45/50）3P工=0.93P工=0.729 P工

當(dāng)然變頻改造后效率可能要降低一些，總體效率大約80%.因此變頻應(yīng)用后的實際效率為

P1變=0.729/80% P工=0.91P工=91%P工

則節(jié)電率為：⊿P= （P工-P1變）/ P工=9%

節(jié)電效果基本達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。

總之，使用變頻器后，實現(xiàn)了軟啟動，運行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實現(xiàn)自動化控制的較理想設(shè)備，值得在各種領(lǐng)域大力推廣。