伍先舟

水泥厂是24小时连续运行企业，也是用电大户，设备的稳定运行和电能的消耗关系到企业的运行质量和运行成本。其中风机占有很大的比例，特别是大型风机，这些风机在工艺线中的作用也非常重要。因此，在选择这些风机设备时除了要特别关注设备本体的技术参数外，还要把设备电机配置和拖动模式的选择作为重要内容，为生产长期稳定运行奠定良好基础。拖动模式的选择需综合考虑电动机和电控装置双重因素。

1 拖动模式分类及简介

1.1 直接起动运行模式

基本原理：此方案是直接起动运行的典型方案。直接起动也称全压起动，是最常用的起动方式，它是将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动，具有起动转矩大、起动时间短的特点,也是最简单、最经济和最可靠的起动方式。

该方案设备由高压开关QF和电动机M组成（见图1）。运行时，合上高压开关QF即可起动运行电动机M。

1.2 液体电阻起动器起动运行模式

基本原理：此方案是将电动机的定子绕组直接接入电源，液体电阻起动器接电机转子回路，当一次高压柜开关合上后，液体电阻起动器即开始工作。液体电阻起动器的基本原理是通过机械传动装置使导电液体中两平行极板的距离逐渐减小直至为零，使串入电机转子回路中的电阻值平滑减小，从而实现绕线式大中型电动机的重载平滑起动，起动结束后转子回路自动短接，电动机全速运行。

液体电阻起动器又称“液体变阻器”（俗称“水电阻”），是为改善大中型绕线式交流异步电动机的起动性能而研制的新型起动器，已获得广泛应用。它克服了频敏电阻起动器冲击电流大、难起动和操作不便等缺陷，适用于大型设备的电动机重载起动，是频敏电阻起动器和金属电阻起动器的替代产品。

图1 直接起动运行模式

该方案设备由高压开关QF、电动机M（绕线式电机）、水电阻和短接接触器KM3组成（见图2）。运行时，合上高压开关QF，水电阻动极板向静极板均匀移动，使电动机M平滑起动，起动完成时短接接触器KM3短接，电动机全速运行。

1.3 变频器起动运行模式

图2 液体变阻器起动运行模式

基本原理：此方案属典型变频调速方案，一次高压柜接变频器输入端，变频器输出端与电动机定子相连。通过变频器实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元和检测单元微处理单元等组成。变频器通过内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需的电源电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

此方案设备由变频器（含整流变压器）和高压开关QF、电动机M组成（见图3）。运行时，合上高压开关QF，启动变频器并给定需要的频率，即可使电动机M在适当的速度下运行，随时通过给定频率来调节电动机的转速。

图3 变频器起动运行模式

图4 变频器+工频手动旁路直接起动运行模式

表1 变频器起动运行模式电压配合方式

表2 变频器+工频手动旁路直接起动运行模式电压配合方式

表3 变频器+工频手动旁路液体电阻起动器起动运行模式电压配合方式

该方案变频器具有五种电压配合方式，可根据需要选择（见表1）。

1.4 变频器+工频手动旁路直接起动运行模式

基本原理：此方案是变频调速系统工频手动旁路的典型方案，是对变频调速方案采取的一种保障运行的补充措施。该方案是以变频运行为主、工频运行为辅的方式，当变频器故障时可以采用工频直接起动维持设备运行，保证生产不停止。

该方案设备由变频器（含整流变压器）、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF和电动机M组成（见图4）。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合，合上高压开关QF给变频器送电，再启动变频器使电动机运行；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合，合上高压开关QF直接启动电动机M并全速运行。

该方案变频器有两种电压配合方式，见表2。

1.5 变频器+工频手动旁路液体电阻起动器运行模式

基本原理：此方案也是变频调速系统工频手动旁路方案之一，定子回路原理同第四种方案，考虑了当电动机的功率因电网无法满足直接起动时而采用液体电阻起动器起动方式。该方案也是以变频运行为主、工频运行为辅的方式。当变频器故障时可以采用工频液体电阻起动器起动维持设备运行，保证生产不停止。

该方案设备由变频器（含整流变压器）、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF、液体电阻、短接接触器和电动机M组成（见图5）。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合，此时短接接触器自动吸合（转子回路短接），合上高压开关QF给变频器送电，再启动变频器使电动机运行；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合，此时短接接触器自动处于断开位置，合上高压开关QF，水电阻动极板向静极板均匀移动，使电动机M平滑起动，起动完成时短接接触器KM3短接，电动机全速运行。

图5 变频器+工频手动旁路液体电阻起动器运行模式

该方案变频器有两种电压配合方式，见表3。

图6 液体电阻起动器起动+转子变频器运行模式

1.6 液体电阻起动器起动+转子变频运行模式

基本原理：转子变频调速系统，分内反馈式和外反馈式两种，这里介绍外反馈式，如图6所示。转子变频调速系统是一种以低压控制高压、以小功率控制大功率、以转子控制定子的合理方案。该系统原理可靠，性能先进，结构新颖，具有调速平滑、效率高、结构简单、成本低等特点，与普通的高压定子变频相比，转子变频调速系统体积小，成本低，易维护，自耗电少，节电效率高。

调速原理是电机定子绕组接高压电网，转子绕组接整流器，斩波器根据用户给定转速进行速度调节，控制斩波器开通和关断时间，即占空比，从而控制转子回路电压，改变转子电流，进而控制电动机的转差率，再经有源逆变器输出，通过逆变变压器将转差功率回馈给电网，因此减少定子绕组从电网中吸取的能量，达到高效调速节能的目的。该方案近年来得到大量使用，电控设备占用空间较小，投资小，特别适合改造项目。

表4 拖动模式比较

表5 5000t/d熟料生产线水泥企业大型风机常用配置表

该方案设备由高压开关QF、液体电阻、短接接触器KM3、电动机M、切换接触器KM1和KM2、整流器、斩波器、有源逆变器、逆变变压器、接触器KM4等组成（见图6）。运行时，先起动电动机，即KM1合上，KM2断开，合上高压开关QF，起动液体电阻起动器，启动完毕短接接触器KM3短接，电机全速运行。调速时，KM2、KM4合上，KM1断开，用户给定转速进行速度调节。当转子变频调速系统发生故障时，转子回路自动切换到液体电阻起动器状态下运行。

2 拖动模式比较（见表4）

3 拖动模式选择及举例

根据5000t/d熟料生产线水泥企业情况，配有这样一些大型风机（见表5）。

选择拖动模式时，应根据工艺和设备需要来决定，关注电动机和电控装置的选择。首先应看设备是否需要调速、是否有节电空间，其次要看电网状况和设备的起动特性，还要考虑设备运行的稳定可靠性。

（1）原料磨（辊磨）循环风机，该设备功率大，根据工艺要求，该设备一般风门开度要求大，基本上全开，风量调节很小，因此该设备不选择调速；该设备功率大，需要降低起动电流减少对电网冲击，选用绕线式电动机和液体电阻起动器起动较为合适，为此选用液体电阻起动器起动运行模式。

（2）预热器风机，该设备功率比较大，根据工艺要求，该设备需要调节风量，且范围较大，首先要选择变频器调速，再根据电网要求和变频器发展趋势建议采用变频器+工频手动旁路液体电阻起动器运行模式，以提高主机设备系统运转率。

（3）窑头排风机、窑尾排风机、煤磨排风机，该设备功率一般，根据工艺要求，该设备也需要调节风量，且范围较大，首先要选择变频器调速，考虑该设备功率情况和电机、变频器的维护难易程度对主机设备运行的影响，该设备采用690V变频器起动运行模式较为稳定可靠。

（4）水泥磨排风机，该设备功率较小，根据工艺要求，该设备调节风量较小，可以不选择变频调速。为降低起动电流选择液体电阻起动器起动运行模式，简单方便。

（5）辊压机循环风机，该设备功率一般，根据运行情况和工艺要求，该设备实际也需要调节风量，且范围较大，具有一定的节能空间，首先要选择调速；如果是新建项目，建议采用变频器+工频手动旁路液体电阻起动器运行模式以保证水泥生产线的连续运转，如果是改造项目，电控室空间有限，为减少投资，选择液体电阻起动器起动+转子变频运行模式完全可以满足以上要求。

综上所述，选择适合的运行模式除了考虑设备自身的技术要求和工艺要求外，还要依据企业的实际情况来综合决定，使之既能满足工艺设备的运行要求，又能节约能源，保证设备运转率，为整个生产线的长期稳定运行打下良好基础。■