吕东军

变频调速技术在水泥厂的应用

吕东军

（合肥水泥研究设计院 安徽合肥 230051）

本文主要分析变频调速在水泥厂的应用，并针对水泥厂主机设备应用变频调速的方法，阐述变频调速在水泥厂的应用前景。

水泥厂；变频调速

由于变频调速具有故障率低、调速精度高、保护功能多、节能效果显著等优点，是对直流调速、电磁滑差调速、电磁滑差调速进行改造的最理想的选择。

一、在回转窑拖动上的应用

以前，回转窑主拖动一般使用直流调速。但这种调速电路复杂，维修难度大，操作繁琐，导致转速不平稳，增加了操作人员的看火难度；直流电动机在温度高、粉尘大的恶劣环境中工作，其碳刷、整流子损坏严重，维修费用高。而交流变频调速效率高，稳定性好，且交流电动机的价格和维护费用也比直流电动机低得多。

回转窑在起动时回转窑内的物料处于正下方，在窑起动并不断加速的过程中，整个窑体及窑内的物料克服自身惯性而升速，当物料偏移正下方最大角度时，此时所需转矩最大，这是个加速过程，一个克服设备巨大惯性的过程。一旦驱动电流克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转所需的驱动能量及转矩就很小了。

根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。

所以就要选择在回转窑的主传动上进行变频调速来解决这样的难题。在调试时要注意根据实际的情况调节变频器的参数，即在低频段适当提高V/F的值，这样有利于提高电动机出力；但在满足起动要求的情况下，提升值越小越好，这样做能减小电动机损耗，降低电动机温升，避免造成过流保护。

二、在风机上的应用

风机是在水泥生产工艺上很重要的设备，由于生产过程中工矿的不断变化及其他多种因素的影响，设计选型时，风机通常预留较大富裕量；所以在实际的使用过程中，为满工矿要求，在进风管道中设置电动阀门、挡风板等装置，通过阀门开度来调节风量，采用挡板阀门调节时,大量的能量消耗在挡板阀门的截流过程中。同时,介质对挡板阀门冲击较大,设备损坏情况严重。另外,挡板阀门动作迟缓,手动时人员不易操作,而且操作不当造成风机震动。挡板阀门执行机构一般为大力矩的电动执行器,故障较多,不能适应长期频繁调节,构成闭环自动控制较难,且动态性能不理想。而采用调速方式调节风量节电效果就十分理想。

风机的风量与转速成正比，而风机的风压与转速的平方成正比，消耗的功率与转速的三次方成正比的特点，即：Q’/Q=n’/n , H’/H=(n’/n)2, P’/P=(n’/n)3

其中Q—风量，H---风压，n---电机转速，P---电机消耗功率。

对风机进行调速控制属于减少空气动力节电方法，是一种比较理想的节电方式。它和调节风门控制风量方法向比较，有明显的节电效果。以下为例，风机的入口风门开度总在40%左右，出口风门开度为100%，由此可见风机的实际风量是其额定风量的40%左右。由经验公式可知：

P=〔0.4+0.6Q/Qe-(Q/ Qe)3〕*Pe

上式中，△P——节约电功率

Q——实际风量

Qe——额定风量

Pe——额定功率

可计算出，40%的风量理论上可节约电功率△P为0.576 Pe,即理论节电率为57.6%。

考虑转速下降的同时电机和风机效率的降低等因素的影响，如果采用变频调速来改变风机的风量，其节能效果仍然相当明显。而且采用变频调速还具有以下特点：采用变频调速后，启动电流下降到额定电流的1~2倍，大大改善电机的启动性能，避免大电流对电机和电网的冲击。电机转速可调后，电机轴承等处机械磨损减少，降低维修工作量，提高功率因数。

三、在水泥选粉机上的应用

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。

老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度；新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度调节用风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点，特别是滑差点机不但费电，由于水泥制造环境粉尘严重，因此滑差头骨胀率特别高，维修困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产，既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显。选粉机在起动之前，首先要开起排风机，而选粉机的结构决定了排风机运行时选粉机本体跟着旋转，从而造成了选粉机起动前电动机已有一个转速。如果此时起动变频器给选粉机送电将造成变频器过流跳闸，这时应调整变频器的捕捉再起动常数，使它允许电动机在静止状态下正常起动

结论

实践证明，水泥厂的设备采用变频调速运行方式，可以根据负荷的变化自动调节设备的转速，解决了“大马拉小车”的问题，为降低生产成本，延长设备使用寿命，节能降耗，减轻劳动强度，改善工作环境开创了新的途径。

[1]吴浩烈.电机及电力拖动.重庆：重庆大学出版社，1996. 195-228。

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