高压变频器在水泥生产线窑尾高温风机上的应用

变频器在水泥生产线窑尾风机上的应用

吉林省辽源市五洲自动化工程公司

王海波

1 引言

在水泥的生产中，电动机负载电耗就占成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对于一条水泥生产线其中有25%～30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。

随着电力电子技术及电子技术的发展，变频技术日趋成熟，国际上对于风机的风量、风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。高压变频器器成为国家水泥节能设计规范标准要求的设备。 2 现场电气系统设备概况 2.1 现场窑尾高温风机及电机参数 电机参数

表1 电机参数 YPQ800-6 额定电压（V） 165.9 额定功率(KW) 50 功率因数 995 绝缘等级

型号

额定电流(A) 额定频率（Hz） 额定转速(rpm)

2.2 窑尾高温风机参数

10000 2500 0.9 F

负载名称 型号

额定风量（m3/h）

表2 窑尾高温风机参数 高温风机 所带负载类型 XB-2A0315t 额定功率(KW) 920000 额定转速(rpm)

离心风机

2500 995

图1山东风光10KV高压变频器

3 山东风光高压变频器的特点 1.安装、设定、调试简便 2.空间电压矢量控制技术 3.瞬时停电再启动功能 4.载波移相控制技术 5.中性点漂移技术 6.适配普通异步电机 7.内置PID调节器 8.自带冷却风机

9.控制电源掉电，可保持正常运行 10.完善的通用变频器参数设定功能

11.功率电路模块化设计，维护简单，互换性好 12.简体中文操作界面，彩色液晶触摸屏操作

13.内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要 14.高压主回路与控制器光纤通讯，抗干扰性强，安全可靠 15.完善的故障监测、精确的故障保护及准确的定位显示和报警

16.输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿、谐波抑制装置

17.高-高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，不需要输出变压器或滤波器 18.只有控制电源无高压电可任意检测各点输出信号，控制器具有特色和创新 19.可接收和输出多路0～5V/4～20mA工业标准信号；以便于用户DCS系统接口 20.采用MODBUS、PROFIBUS等通讯协议，可实现与上位机的通讯

21.输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动

22.可四象限运行（根据用户需求定制），目前是四象限运行变频器国内为数不多的制造商之一

4 山东高压变频器原理 4.1 高压变频器结构

图 2 变频调速系统的结构

JD-BP 系列高压变频调速系统的结构见图 2 ，由移相变压器、功率单元和控制器组成。

4. 2 功率单元电路

图 3 单元结构

每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图 3 ，为基本的交 - 直 - 交

单相逆变电路， 这不但调试、维修方便，而且备份也十分经济，假如某一单元发生故障，该单元的输出端能自动短路而整机可以暂时降额工作，直到缓慢停止运行。

4.3 输入侧结构

输入侧由移相变压器给每个单元供电，构成 18 脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近 1 ，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于 5% 。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。 4.4控制器

控制器核心由高速 16 位单片机和工控 PC 机协同运算来实现，工控 PC 提供友好的全中文 WINDOWS 监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器及各控制单元板中采用大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。 此外还有一个单片机 ,负责管理LED显示屏和键盘。 控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，具有很好的抗电磁干扰性能，并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。 4.5 控制电源

控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况基本相似，给整机可靠性、调试、培训带来了很大方便。

图4 独立控制电源系统

5 高温风机使用变频器的必要性

在5000t/d新型干法水泥生产线,旋窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。由于其工艺上的要求控制窑尾预热器的压力，通过DCS的控制来对高温风机的风量进行调节，高温风机的电机以前一般采用采用液力耦合器、绕线式电机转子串水阻等方式进行调速

5.1 高压变频器调速范围为0-100%,而液力耦合器的调速范围一般为40-95%，即高速段造成的5%的速度损失，液力耦合器最低一般只能到额定速度的40%。 5.2 高压变频器在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96%），而液力耦合器在调速越低时效率越低，本身带来不小的损耗，调速的节能效果大打折扣。

5.3 高压变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，如果工艺需要，电机可以在短时间内多次重复启动，液力耦合器不能解决电机启动问题，电机仍然为直接启动，需要启动装置，启动冲击也大，并且不能频繁启动。

5.4 高压变频器是高科技产品，可靠性高，基本免维护，万一变频器故障，电机还可以直接挂电网工频运行，不会造成生产损失，而液力耦合器本身包含油路，水路等多套系统，故障率高，液力耦合器一旦故障，负载机械将无法运行，只能停机维修。维修工作量大，造成有效工作时间的缩短。

5.5 高压变频器不会因为电机速度的高低而增加成本，而低速大容量的电机用液力耦合器调速，成本将大大增加，有些时候甚至无法实现。

5.6 用变频调速取代液力耦合器初始投资大一些，投资回收期很短，从经济角度考虑是值得的，从节能减排的角度考虑更具有很大的社会效益.

6 节能效果

为了对窑尾高温风机系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。工、变频生产工况基本相同，随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用风门调节风量，网侧记录运行数据，然后将系统切换变频运行，记录运行数据，具体数据如下表3示：

表3 工、变频运行数据对比 工频运行 变频运行

310t/h 312t/h 生产量 生产量 80% 100% 风门开度 风门开度 10.1KV 平均电网电压 9.8KV 平均电网电压

159A 96.8A 平均运行电流 平均运行电流 995r/min 41.1Hz 转速 运行频率 0.90 0.99 功率因数 功率因数

35% 节电率

7 结束语

通过对窑尾高温风机的变频调速改造，改善了生产工艺，取得了良好的经济效益。在水泥行业应用高压变频器节能降耗，是国家大力提倡节能降耗的技术手段。随着高压变频器技术的进一步成熟，将会有越来越多的水泥厂加入改造之列，同时也证明山东高压变频器的质量过硬 运行稳定是国内高压变频器的领军企业，可以与国外同类产品相媲美。

电话 ：13904370826

单位 ：吉林省辽源市五洲自动化工程公司 邮编： 136200

地址： 吉林省辽源市东吉大路80号

王海波

7 结束语

通过对窑尾高温风机的变频调速改造，改善了生产工艺，取得了良好的经济效益。在水泥行业应用高压变频器节能降耗，是国家大力提倡节能降耗的技术手段。随着高压变频器技术的进一步成熟，将会有越来越多的水泥厂加入改造之列，同时也证明山东高压变频器的质量过硬 运行稳定是国内高压变频器的领军企业，可以与国外同类产品相媲美。

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王海波

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