變頻器在水泥廠的應(yīng)用

1、精心整理頁腳內(nèi)容變頻器在水泥廠的應(yīng)用回顧我國水泥工業(yè)的發(fā)展歷史，逐漸從規(guī)模小、技術(shù)落后、資源浪費(fèi)型工業(yè)向集團(tuán)規(guī)?；⒂嬎銠C(jī)集中控制、節(jié) 能增效型現(xiàn)代化管理企業(yè)轉(zhuǎn)變。伴隨著這種轉(zhuǎn)變，不論從宏觀方面處于國家政策大力提倡推行的節(jié)能大趨勢下出 發(fā)，還是從企業(yè)本身的降低電耗成本增加產(chǎn)品競爭力的需求出發(fā)，節(jié)能已成為目前水泥工廠設(shè)計和建設(shè)中不可缺少的環(huán)節(jié)。在水泥生產(chǎn)過程中，電能消耗非常大，電費(fèi)在水泥生產(chǎn)成本中占了很大的比例。在水泥廠的工藝設(shè)備 配置中，生料制備和熟料燒成段風(fēng)機(jī)功率約占設(shè)備總功率的40%左右。所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能否控制好風(fēng)機(jī)的電耗，特別是大型風(fēng)機(jī)的電耗，對降低水泥生產(chǎn)

2、成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是至關(guān) 重要的。實(shí)踐證明，采用變頻器控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量，能達(dá)到顯著的節(jié)能效果。目前新建的新型干法生產(chǎn)線，規(guī)模大、技術(shù)要求高、投資較大，因而生產(chǎn)線上高溫風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī)通 常為大功率高壓電機(jī)， 高壓變頻器的應(yīng)用不可避免地越來越多。那么在實(shí)際應(yīng)用中， 如何根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行類別及應(yīng)用方式對以上選擇？在方案制定及施工圖設(shè)計時需要注意什么問題？以下就結(jié)合高壓變頻器的節(jié)能原理、問題進(jìn)行探討。你需要多少，我就給 n與流量Q,壓力 軸功率與轉(zhuǎn)一、高壓變頻器的節(jié)能原理所謂的 節(jié)能”不僅僅是節(jié)省能耗，還包括不浪費(fèi)能源，用一句最簡單的話說就是：你提供多少！”。通過流體力學(xué)的基本定律

3、可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，其轉(zhuǎn)速H以及軸功率IP具有如下關(guān)系 QX nHXn2Pxn3。即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，速的立方成正比。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往利用調(diào)節(jié)高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量。而隨著轉(zhuǎn)速的降低，風(fēng)機(jī)在維 持效率不變（風(fēng)阻不變?yōu)榍疤幔┑臓顟B(tài)下，軸功率以轉(zhuǎn)速的立方關(guān)系下降，電機(jī)消耗的電能急劇減小。例如風(fēng)量 下降到80%，轉(zhuǎn)速也下降到80%時，其軸功率則下降到額定功率的51% ;若風(fēng)量下降到50 %，軸功率將下降到額定功率的13%，其節(jié)電潛力非常大。而采用進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)時，風(fēng)量下降導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低和風(fēng)壓的升高， 運(yùn)行工況偏離額定工況越遠(yuǎn)效率越低。因此，風(fēng)量

4、雖然下降了，但風(fēng)機(jī)軸功率及電機(jī)消耗的電能變化并不大，這 就是風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能依據(jù)。而在風(fēng)機(jī)調(diào)速的的方法上，目前使用較多的還有液力偶合器調(diào)速及液體電阻調(diào)速。液力偶合器是一種以液體（多數(shù)是油）為工作介質(zhì)，禾U用液體傳遞能量的傳動裝置。通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度，就可以改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使液力偶合器電機(jī)端和風(fēng)機(jī)端的轉(zhuǎn)速不一致，從而在電動機(jī)速度不改變的條件下對風(fēng)機(jī)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。 由于液力偶合器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、容積損耗、機(jī)械損耗，這些損耗所產(chǎn)生的熱量需要大量冷卻介質(zhì)來冷卻，而液力偶合器傳動效率等于轉(zhuǎn)速比，速度越低，液力偶合器效率越低。所以

5、液力偶合器節(jié)能效果不太理想。它主要有以下一些不足：效率低、損耗大、調(diào)速精度 低、速度響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、滑差大、有時丟轉(zhuǎn)、需配備相應(yīng)的油系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)、可靠性低。而液體電阻調(diào)速器是通過調(diào)整液體電阻中兩極板間的距離，來改變串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻，從而改變轉(zhuǎn)差率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈串入不同電阻后，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率不同。電阻越大，電機(jī) 轉(zhuǎn)速越低；電阻為零，電機(jī)達(dá)到全速，這就是液體電阻啟動調(diào)速器的基本原理。由于液體電阻調(diào)速器在調(diào)節(jié)過程 中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、電阻通電所產(chǎn)生的熱耗，所以液體調(diào)速器節(jié)能效果也不太理想。它的缺點(diǎn)主要是：調(diào)速 范圍小，最大為2： 1;由于通過檢測實(shí)際轉(zhuǎn)速

6、與設(shè)定值比較來升降極板，在實(shí)際運(yùn)用中，調(diào)速精度低、速度響 應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、易受溫度影響；并且在調(diào)速過程中，電解液中流過轉(zhuǎn)子電流會產(chǎn)生大量熱量，需使用循環(huán)水 進(jìn)行冷卻；采用繞線型電機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，需增加轉(zhuǎn)子電纜接線。而交流變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒有調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大、精度高、無級調(diào)速，并且 實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，延長電機(jī)使用壽命，減小啟動電流對電網(wǎng)的沖擊。使用結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、維護(hù)方便的鼠籠 式電動機(jī)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是風(fēng)機(jī)節(jié)能的較理想的方法。二、高壓變頻器的類別比較實(shí)用并已產(chǎn)品化的高壓變頻器，按其主接線可分為交一交”變頻和交一直一交”變頻兩大類，在 交一直

7、一交”變頻領(lǐng)域中較有代表的主流產(chǎn)品按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，主要可分為電流源型、三電平電壓源型、 單元串聯(lián)多電平電壓源型。1. 交一交”變頻器交一交”變頻器是采用晶閘管實(shí)現(xiàn)無直流環(huán)節(jié)的直接由交流到交流的變頻器，也叫做周波換流器。當(dāng)電壓在3kV以下時，每相要用12只晶閘管，三相共 36只；當(dāng)電壓超過3kV時，晶閘管必須串聯(lián)使用，所用的晶閘管 要成倍增加。其優(yōu)點(diǎn)是可用于驅(qū)動同步和異步電機(jī)；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和保持轉(zhuǎn)矩大；動態(tài)過載能力強(qiáng)；可四象限運(yùn)行； 電機(jī)功率因數(shù)可為 COS)=1 ；極佳的低速性能；弱磁工作范圍廣；轉(zhuǎn)矩質(zhì)量高；效率高。其缺點(diǎn)是功率因數(shù)與速 度有關(guān)，低速時功率因數(shù)低；最大輸出頻率為電源頻率的

8、1 /n (n=2, 3, );最大轉(zhuǎn)速500r/min ;網(wǎng)側(cè)諧波大，此類變頻器適用于軋鋼機(jī)、船舶主傳動和礦石粉碎機(jī)等低速轉(zhuǎn)動設(shè)備，不適合在水泥廠應(yīng)用。2. GTO ( SGCT )電流源型變頻器采用自關(guān)斷器件 GOT (SGCT)的電流源型變頻器，直流電路有大電感，可起到保護(hù)開關(guān)器件的作用?？捎?于異步電機(jī)的調(diào)速，其功率范圍可達(dá)1. 510Mw，電壓范圍可達(dá)1. 56kV，輸出頻率可達(dá)220Hz。電壓超過3kV時，功率器件需要串聯(lián)。其優(yōu)點(diǎn)是采用合適的：PWM脈沖形式時可得到很低的轉(zhuǎn)矩脈動；輸出頻率高，可PWM整流器，不僅能滿足諧波標(biāo)達(dá)220Hz ;電機(jī)的損耗?。豢伤南笙捱\(yùn)行；動態(tài)性能高；可

9、實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計，可靠性高；對電機(jī)絕緣無損害， 電纜長度無限制。其缺點(diǎn)是不宜弱磁運(yùn)行；功率因數(shù)與速度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)側(cè)采用晶閘管整流時，輸入電流諧波大， 需加多相隔離變壓器，采用18脈沖整流以減少網(wǎng)側(cè)諧波，但如果在網(wǎng)側(cè)采用準(zhǔn)而且可取消隔離變壓器。此類變頻器適用于水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，3. 三電平電壓源型變頻器9100kVA，電壓范圍可達(dá)6600V，輸轉(zhuǎn)矩脈動小，電機(jī)噪聲小；網(wǎng)側(cè)采用高壓HV_IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器，功率范圍可達(dá) 出頻率可達(dá)150Hz。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，輸出頻率高；動態(tài)性能好，過載能力強(qiáng)； 配置多樣化，可實(shí)現(xiàn) 12、18或24脈沖整流，以減少網(wǎng)側(cè)諧波；對電機(jī)絕緣無影響，

10、輸出電纜長度無限制；與基 波一致的功率因數(shù)；高可靠的無熔斷器設(shè)計。其缺點(diǎn)是不可控二級管整流器，單象限運(yùn)行，要四象限運(yùn)行需采取 額外的措施；如果采用 GTO或IGCT器件，需要復(fù)雜的緩沖電路及門極觸發(fā)電路；直流環(huán)節(jié)需扼流圈，并需要 輸出濾波器。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶、礦石粉碎機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)、窯傳動等4. 單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器采用低壓LV IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器其功率范圍可達(dá)3220MW，電壓范圍可達(dá)10kV。其優(yōu)點(diǎn)是極低的輸出諧波含量，在無輸出濾波器的情況下，可使I-ID0 . 3%,堪稱完善無諧波”變頻器；極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲；功率因數(shù)可達(dá)0. 95;

11、對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設(shè)計。其缺點(diǎn)是只能單象限運(yùn)行；不能進(jìn)行旁路切換；不能實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計；體積大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差； 電容器多，易發(fā)生漏電問題；功率節(jié)點(diǎn)多，增加連接難題；多電平結(jié)構(gòu)的變壓器必須和變頻器集成在一起，使電 氣室的空間和散熱成為問題；考慮空間要求時，大容量裝置只能采用水冷方式。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵，三、高壓變頻器的應(yīng)用方式高壓變頻器在水泥廠的應(yīng)用中通常采用交一直一交”變頻方式，而 交一直一交”變頻又可分為 高一低一高”方式及高一高”方式。高一低一高”方式，其實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻，只不過是從電網(wǎng)和電動機(jī)兩端來看是高壓。 該方式是中壓變頻技術(shù)發(fā)展

12、中的一種由低壓變頻向中壓變頻過渡的方式。因其存在著中間低壓環(huán)節(jié)需要增加變壓器、無功補(bǔ)償器、諧波濾波器，控制復(fù)雜，可靠性較低，檢修比較困難，設(shè)備占地面積和體積較大，系統(tǒng)的整體 效率較低，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和故障均會相應(yīng)提高，目前已處于逐步淘汰的階段。而隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特 別是新的大功率可關(guān)斷器件的研制成功，直接高壓變頻即高一高”方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，所以效率高、主回路簡單、工作可靠，是目前高壓變頻應(yīng)用的主流。1. 高低一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)此種調(diào)速控制方案是將高壓通過降壓變壓器，使變頻器的輸入電壓降低，這樣可以采用各大公司一般的交流變頻器，然后將變頻器的輸出電壓通過升壓變壓器提高到6kV以

13、滿足交流電動機(jī)的電壓要求，但此方案存在著以下問題：(1) 高一低一高”變頻系統(tǒng)需要用2個變壓器，設(shè)備環(huán)節(jié)比較多，占地面積比較大，從而降低了效率，且 降壓、升壓變壓器不能互換，升壓變壓器需要特制，以減弱高次諧波的影響，成本會有所上升。(2) 該系統(tǒng)輸出波形畸變較大，高次諧波含量較高，對電機(jī)的絕緣要求很高。(3) 該系統(tǒng)中的變頻器整流部分普遍采用可控硅橋式整流電路，在電機(jī)低速運(yùn)行時變頻器的功率因數(shù)比較低，波形畸變很大，逆變部分大多采用6脈沖或12脈沖，輸出波形失真較大，有大量高次諧波存在。(4) 該系統(tǒng)中的變頻器工作在低電壓狀態(tài)，為滿足功率輸出的要求，工作電流會很大，往往要求變頻器元 件進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)

14、行，為此必須進(jìn)行元件配對，加均流措施，檢修要求比較高。2. 高一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)高一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)(又稱直接高壓變頻系統(tǒng))是 20世紀(jì)90年代針對高一低一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)缺陷所 研制成功的新一代變頻調(diào)速系統(tǒng)。 該系統(tǒng)從根本上解決了 高一低一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)存在的問題， 是一種性能優(yōu) 越的變頻調(diào)速設(shè)備，它的優(yōu)勢在于：(1) 此系統(tǒng)一般使用I臺變壓器與電網(wǎng)隔離，變頻器輸出直接到電機(jī)。由于采用了橋式整流電路，在整個調(diào)速過程中功率因數(shù)很高，coS遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0. 85,不需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置；又因?yàn)楦咭桓摺弊冾l調(diào)速系統(tǒng)采用多重化脈寬控制，通過模塊輸出串聯(lián)迭加消除高次諧波的影響，不需要再裝諧波濾波器。(2

15、) 簡化了主電路和控制電路的結(jié)構(gòu)，變頻器在中央處理器調(diào)節(jié)器控制下，調(diào)整整流及逆變部分的控制量，通過調(diào)節(jié)逆變器的脈沖寬度和輸出電壓頻率，既實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，又實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，在處理器中集成了高精度的電機(jī)理論模型，高速采集變頻器和電機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化處理，調(diào)節(jié)器進(jìn)行無偏差的前饋控制，使控制誤差降到了最小，從而使裝置的體積小，重量輕，可靠性高，占地面積小。(3) 改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，變頻器中逆變器的輸出頻率和電壓，都在逆變器內(nèi)控制和調(diào)節(jié)，因此，調(diào)節(jié) 速度快，調(diào)節(jié)過程中頻率和電壓的配合較好，系統(tǒng)的動態(tài)性能好。(4) 該系統(tǒng)有很好的對負(fù)載供電的波形。變頻器的逆變器輸出電壓和電流波形接近正弦波，從而解決了由于以矩

16、形波供電引起的電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩降低問題，改善了電動機(jī)的運(yùn)行性能，高一高”變頻系統(tǒng)適用于常規(guī)電機(jī)和電纜的絕緣要求，現(xiàn)有的電機(jī)、電纜均可以繼續(xù)使用。(5) 該系統(tǒng)變頻器工作在高壓狀態(tài)，功率模塊均封裝在絕緣板箱內(nèi)，拆裝方便，用戶可以安全方便地對每 個單元進(jìn)行診斷和查找故障，系統(tǒng)的檢查和調(diào)正可以在變頻器運(yùn)行中進(jìn)行，操作人員可以在線調(diào)整參數(shù)。(6) 采用高精度、高速度和光纖數(shù)字通訊控制技術(shù)，保證了低壓控制部分和高壓電機(jī)部分可靠電壓隔離。四、高壓變頻器的方案設(shè)計高一由于在實(shí)際工程中存在種種不同的情況以及不同的要求，高壓變頻調(diào)速的應(yīng)用方式也多種多樣，由于低一高”變頻方式處于淘汰階段，所以主要針對在高一高”變頻

17、方式應(yīng)用中需要重視的幾個方面進(jìn)行探討。1.整流方案選擇采用高壓變頻器的調(diào)速系統(tǒng)因其節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，而被越來越多地應(yīng)用。但它的 非線性、脈沖性用電的工作方式，帶來的干擾問題亦倍受關(guān)注。對于一臺高壓變頻器來講，它的輸入端和輸出端 都會產(chǎn)生高次諧波， 輸入端的諧波會通過輸入電源線對公用電網(wǎng)產(chǎn)生影響。一般來講，變頻器對容量大的電力系統(tǒng)影響不是十分明顯，但是對于系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，它對公用電網(wǎng)是一種污染，客 觀的存在對公用電網(wǎng)和其它系統(tǒng)的危害大致有：(1) 諧波使公用電網(wǎng)的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用率，大量的三次 諧波流過中

18、線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。(2) 諧波影響各種電氣元件的正常工作。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪音 和過電流，使電容器、電纜等設(shè)備過熱，絕緣老化、壽命縮短以至損壞。（3）諧波會引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述的危害大大地增加， 甚至引起嚴(yán)重事故。（4）諧波會對臨近的通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致通訊質(zhì)量降低，甚至信息的丟失，使通訊系統(tǒng)無法正常工作。通常抑制諧波的方法基本思路有三，其一是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波；其二是對電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為I ；其三是在市電網(wǎng)絡(luò)中采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硪种浦C波。在高壓變頻器應(yīng)

19、用實(shí)例中主要采取以下幾種措施來達(dá)到抑制諧波的效果，同時也產(chǎn)生了高壓變頻器在整流部分的幾種應(yīng)用方案：（1）采用新型的整流器，取消隔離變壓器。大容量的變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)。高功 率因數(shù)整流器主要采用 PWM整流器，可構(gòu)成四象限交流調(diào)速用變頻器。這種變頻器不但輸出電壓、電流為正弦 波，輸入電流也為正弦波，且功率因數(shù)為I,還可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞，代表了這一技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)電網(wǎng)電壓與變頻器和電機(jī)電壓相同時，推薦采用電源側(cè)串 AC電抗器+PWM整流器的方案，由于PWM整流器在滿足電網(wǎng)對諧波要求的同時還提供了近似于1的功率因數(shù)，并優(yōu)化了變頻的運(yùn)行性能， 采用此方案可獲得高系統(tǒng)效率，小

20、安裝尺寸，低使用成本的變頻最佳效果。（2 ）三相隔離變壓器+諧波濾波器。在一些變頻器容量占總負(fù)荷比例較小、諧波并非主要問題的項(xiàng)目中，采 用三相隔離變壓器+6脈沖整流器+諧波濾波器是消諧的最經(jīng)濟(jì)方案。此時隔離變壓器應(yīng)選用D 一 YNII接線組別的三相配電變壓器， 以保證相電動勢接近于正弦形，從而避免相電動勢波形畸變的影響。在此種項(xiàng)目中如對安裝尺寸有特別限制，也可在電源側(cè)串適當(dāng)?shù)腁C電抗器取代隔離變壓器，但對諧波抑制的效果較差，對電網(wǎng)的干擾較大，且僅適用于新電機(jī)。（3）采用多相脈沖整流。當(dāng)電網(wǎng)電壓與變頻器和電機(jī)電壓不同、并且電機(jī)功率較大、對諧波干擾要求較高 時，適合采用多相脈沖整流的方案。根據(jù)產(chǎn)品

21、的不同（羅克韋爾、_ABB、西門子、羅賓康等）有 12脈沖整流、同時加大隔離變壓器的容量對抑制18脈沖整流、24脈沖整流、30脈沖整流的方案；配套的隔離變壓器也有較大差別。從實(shí)用角度來看整流橋組成 12相脈沖整流即可消除 5、7次諧波，已基本滿足電網(wǎng)諧波要求， 因此900kW以下采用12相脈沖整流即可，1000 .kW 以上采用18脈沖整流、24脈沖整流、30脈沖整流均可達(dá)到要求的諧波標(biāo)準(zhǔn)。 諧波、減少對電源的干擾也具有一定效果，具體指標(biāo)可咨詢相關(guān)廠家的技術(shù)人員。2. 其他注意事項(xiàng)接下來就是對各商家產(chǎn)品的了解ABB、西門子、羅賓康等，這幾大能穩(wěn)定可靠的工作,確定了電壓等級及整流方案后，高壓變頻

22、器的應(yīng)用方案就已經(jīng)基本確定了，與考察。目前在大中型水泥廠運(yùn)用較多的還是國外的知名品牌，如羅克韋爾、公司的產(chǎn)品在工作原理上屬于不同類別的變頻器，不過總的來說都具有較高的平均無故障率，在實(shí)際工程中都有成功的應(yīng)用案例。他們在工作原理、功率元器件、控制方式、制造技術(shù)、降低故障率、維護(hù)性I能、方案配置上各有特色，可以針對以上因素及各項(xiàng)電氣指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，最終確定產(chǎn)品。在進(jìn)行施工圖設(shè)計時需注意以下幾個方面：在提出土建資料時，必須參考產(chǎn)品的詳細(xì)資料，根據(jù)變頻器（及 隔離變壓器）的安裝尺寸、荷載、電纜路徑等提出合適、合理的土建資料，如有隔離變壓器，應(yīng)盡量靠近變頻器 布置，同時在布置室內(nèi)外電纜溝或橋架時，盡量

23、讓變頻器的進(jìn)出線電纜使用單獨(dú)的路徑，特別是要避開控制及信號電纜，這樣可盡量減少變頻器工作時產(chǎn)生的電磁干擾。在進(jìn)行電氣室布置時，必須考慮高壓變頻器的工作環(huán)境問題。由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電解電容、電路板、芯片等電子元器件，如果環(huán)境溫度太高或含塵量較大， 會影響其壽命及穩(wěn)定性。所以盡可能設(shè)置單獨(dú)的變頻器室，同時進(jìn)行散熱及防塵處理，通常采用以下方法：（1）外循環(huán)散熱方式：制作散熱風(fēng)管，利用變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇或外加排風(fēng)扇將變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量排出同時在到室外，同時從室外補(bǔ)充溫度較低的冷空氣，這時需根據(jù)變頻器所需的冷卻風(fēng)量提供足夠的進(jìn)風(fēng)口面積，進(jìn)風(fēng)口做好防塵處理。（2） 內(nèi)循環(huán)散熱方式：變頻器室作密閉防

24、塵處理后，在室內(nèi)安裝空調(diào)，控制溫度在2025C之間，空調(diào)制 冷量根據(jù)房間面積及變頻器發(fā)熱量確定，一般情況下由于高壓變頻器發(fā)熱量較大，所需空調(diào)功率較大。另外需要注意的是隔離變壓器的溫度信號及瓦斯信號最好進(jìn)變頻器作為聯(lián)鎖信號，當(dāng)隔離變壓器發(fā)生溫度或瓦斯故障時，變頻器可立即停止運(yùn)行，然后再向隔離變壓器的高壓配電裝置發(fā)出故障跳閘信號，從而跳掉變壓器精心整理 的高壓側(cè)開關(guān)。這樣避免了變頻器在工作狀態(tài)時突然失去電源而對內(nèi)部元器件造成損傷。還有在新建項(xiàng)目中進(jìn)行高壓變頻主回路方案考慮時，可不考慮普通的備用回路， 因?yàn)槿绻紤]備用回路， 特別在電機(jī)功率較大的情況下，就會產(chǎn)生以下問題：鼠籠電機(jī)直接啟動電流太大需增

25、加啟動設(shè)備，需增加配電柜、切換柜、電容補(bǔ)償柜等設(shè)備， 投資大量增加，高壓柜保護(hù)參數(shù)也需變化，并且主回路及控制回路復(fù)雜，增加施工及調(diào)試難度。而高壓變頻器發(fā) 展到現(xiàn)在已經(jīng)是一種技術(shù)成熟、性能可靠的工業(yè)級產(chǎn)品，擁有很高的平均無故障時間，完全值得信賴，所以沒有 必要考慮備用控制回路。五、結(jié)束語在水泥廠工程中推廣使用高壓變頻器，帶來的不僅是節(jié)能所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益，還有其他的附加效益： 通過變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動，降低了啟動電流，避免了啟動時的機(jī)械沖擊，延長了電動機(jī)壽命；采用結(jié)構(gòu)簡單、 可靠耐用的鼠籠電機(jī)，從而降低了電動機(jī)的價格、維護(hù)工作量及費(fèi)用；水泥廠排風(fēng)系統(tǒng)中粉塵含量較大，對高速 轉(zhuǎn)動中的風(fēng)機(jī)及檔板

26、磨損很大，采用變頻調(diào)速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，檔板全開，磨損大大減小，延長了使用壽命， 降低了設(shè)備檢修費(fèi)用；通過轉(zhuǎn)速對風(fēng)壓及風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，操作簡單靈活，反應(yīng)時間快，易與DCS系統(tǒng)構(gòu)成自動控制回路，提高了自動化控制水平。所以在水泥廠采用高壓變頻器是不可避免的趨勢，希望通過本文對高壓變頻器的一些介紹及探討，對設(shè)計人員應(yīng)用高壓變頻器時能有所幫助，在實(shí)際工程中科學(xué)、合理地應(yīng)用高壓變頻器， 讓高壓變頻器為水泥行業(yè)的節(jié)能增效發(fā)揮出更好的功效。節(jié)能計算方法? 變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用中的節(jié)能解析、引言？?在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋 板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維

27、修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的7%25%，是一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用開支。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，市場競爭的不斷加?。还?jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品 質(zhì)量的重要手段之一.而八十年代初發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術(shù)，正是順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的 要求，開創(chuàng)了一個全新的智能電機(jī)時代。 一改普通電動機(jī)只能以定速方式運(yùn)行的陳舊模式，使得電動機(jī)及其拖動負(fù)載在無須任何改動的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出，從而降低電機(jī)功耗達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。八十年代末，該技術(shù)引入我國并得到推廣?，F(xiàn)已在電力、冶金、石 油、化工、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機(jī)傳動設(shè)備中得到實(shí)際應(yīng)用。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已 經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技

28、術(shù)的一個主要發(fā)展方向。卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設(shè)備 的運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率， 延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷 擴(kuò)大而得到充分的體現(xiàn)。？、綜述？?通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、 通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、 擋板的節(jié)流損失消 耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能

29、源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。 從而導(dǎo) 致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短， 設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。泵類設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有 著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水（油）循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離 心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設(shè)備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截頁腳內(nèi)容精心整理止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管路、閥 門等密圭寸性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品 質(zhì)量。風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運(yùn)行，存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電 氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影

30、響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備， 時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。 近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的 要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等 特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f （1-s） /p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)）；通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變 電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交 -直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電

31、腦控制等 技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。？三、節(jié)能分析？?通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q,壓H0 （出口壓頭即 n 0,閥門全開時的管阻特性為r0,額定工況下與之對 流量-轉(zhuǎn)速-壓力關(guān)系曲線如下圖所示。在現(xiàn)場控制中，通常采用 當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時，閥門開度減小使管網(wǎng)阻力特性 I由原來的A點(diǎn)移至B點(diǎn)；受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵 P=Q- H/（ n c ）! b10-3 得出。其中，P、Q、H、n c nb分別1。假設(shè)總效率（n c nb 1，力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：QXn，HXn2，P*n3;即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速

32、的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。以一臺水泵為例，它的出口壓頭為 泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉(zhuǎn)速為 應(yīng)的壓力為H1,出口流量為Q1。 水泵定速運(yùn)行出口閥門控制流量。由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿方向 軸功率實(shí)際值（kW）可由公式： 表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動裝置效率，直接傳動為 則水泵由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時，電機(jī)節(jié)省的功耗為 AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調(diào) 速手段改變水泵的轉(zhuǎn)速n,當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，系 統(tǒng)工作點(diǎn)將沿方向II由原來的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也更趨合理。在閥門全開，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場的

33、流量要求，能耗勢必降低。此時，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開度調(diào)節(jié)和水泵轉(zhuǎn)速控制，顯然使用水泵轉(zhuǎn)速控制更為有效合 理，具有顯著的節(jié)能效果。另外，從圖中還可以看出：閥門調(diào)節(jié)時將使系統(tǒng)壓力H升高，這將對管路和閥門的密封性能形成威脅和破壞； 而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)壓力H將隨泵轉(zhuǎn)速n的降低而降低，因此不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。從上面的比較不難得出：當(dāng)現(xiàn)場對水泵流量的需求從100%降至50%時，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)將比原來的閥門調(diào)節(jié)節(jié)省 BCH3H2所對應(yīng)的功率大小，節(jié)能率在75%以上。？?為此相類似的，如果采用變頻調(diào)速技術(shù)改變泵類、風(fēng)機(jī)類設(shè)備轉(zhuǎn)速來控制現(xiàn)場壓力、溫度、水 位等其它

34、過程控制參量，同樣可以依據(jù)系統(tǒng)控制特性繪制出關(guān)系曲線得出上述的比較結(jié)果。亦即， 采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法， 要比采用閥門、擋板調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也 將得到明顯改善。四、節(jié)能計算？?對于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計算:1、根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量一負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行 計算。？小時運(yùn)行在90%負(fù)荷，？?以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流 200.16m3/h，揚(yáng)程50m ;配備Y225M-4型電動 機(jī)，額定功率45kW。泵在閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時的流量一負(fù)載曲線如下圖示。根據(jù)運(yùn)行要求，水 泵連續(xù)24小時運(yùn)行，其中每天1113小時運(yùn)行在50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時間在300天。則每年的節(jié)電