在水泥工廠的設(shè)計(jì)中變頻調(diào)速器的選用和調(diào)試

　　一．變頻器的選用

　　在水泥工廠的設(shè)計(jì)中，如風(fēng)機(jī)、水泵、篦冷機(jī)、選粉機(jī)、各種稱重設(shè)備及板式給料機(jī)等都已采用變頻調(diào)速，已收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。但在使用過程中出現(xiàn)變頻器的功率與電機(jī)的功率不匹配或變頻器的負(fù)載特性與實(shí)際負(fù)載特性不匹配的情況。變頻器選大了造成浪費(fèi)，選小了驅(qū)動(dòng)不了設(shè)備。因此變頻器選型是關(guān)鍵。變頻器分恒功率型和恒轉(zhuǎn)矩型，對(duì)一般容量且無過載要求選用恒功率型。對(duì)于工藝有過載要求的必須選用恒轉(zhuǎn)矩型。

　　下面是變頻器的負(fù)載容量曲線：

圖1

　　曲線1同軸風(fēng)冷電機(jī)的連續(xù)負(fù)載容量曲線，過載100%。
　　曲線2曲線3有短時(shí)過載容量和峰值過載（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)提升）分別為110%和150%。
　　曲線4有短時(shí)過載容量和峰值過載200%。

　　電機(jī)選擇：一般情況下，應(yīng)該適當(dāng)選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，以使得電機(jī)在運(yùn)行速度范圍內(nèi)，輸出的負(fù)載容量盡可能地高。
　　一般電機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為:      P=n*T/9550
　　P-為電機(jī)的功率(kW)
　　n-為電機(jī)的轉(zhuǎn)速(rpm)
　　T-為轉(zhuǎn)矩(Nm)

　　例題1：需要恒轉(zhuǎn)矩為20Nm,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為30Nm,電壓為380V, nmax=1900rpm，nmin=600rpm,如何選用電機(jī)和變頻器。
　　第一步：從已知條件得出其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是很高，無短時(shí)過載容量要求，可按一般容量選擇變頻器。

　　第二步：選擇電機(jī)
　　電機(jī)為四極電機(jī),頻率50Hz,電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500rpm
　　1. 連續(xù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20Nm對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率應(yīng)為:P=1900*20/9550=4.0KW
　　2.求臨界點(diǎn)上的電機(jī)轉(zhuǎn)矩
　　2.1起動(dòng)時(shí)電機(jī)過載倍數(shù)為30/20=1.5
　　　負(fù)載容量極限曲線參考圖1中的曲線3，計(jì)算需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　30/1.5=20Nm
　　2.2 轉(zhuǎn)速為1900rpm時(shí)，連續(xù)負(fù)載容量極限參考圖1中的曲線1取80%，此時(shí)需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　20/0.8=25Nm
　　2.3 轉(zhuǎn)速為600rpm時(shí)，連續(xù)負(fù)載容量極限參考圖1中的曲線1取89%，此時(shí)需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　20/0.89=22.5Nm
　　電機(jī)需要的最大轉(zhuǎn)矩為25Nm，要求電機(jī)的功率為:
　　　P=1500*25/9550=3.9KW
　　工藝設(shè)計(jì)應(yīng)選擇功率為4.0KW的電機(jī)就滿足要求，電流約為9A。
　　變頻器的選擇：電氣應(yīng)選擇功率為5.5kW的變頻器就滿足要求。

　　例題2：電機(jī)需要恒轉(zhuǎn)矩為20Nm,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70Nm,電壓為380V, nmax=1900rpm，nmin=600rpm
　　第一步：從已知條件得出其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很高，無短時(shí)過載容量要求，應(yīng)按重載運(yùn)用選擇變頻器。

　　第二步：選擇電機(jī)
　　電機(jī)為四極電機(jī),頻率50Hz,電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500rpm
　　1.與連續(xù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20Nm對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率應(yīng)為:P=1900*20/9550=4.0KW
　　2．求臨界點(diǎn)上的電機(jī)轉(zhuǎn)矩
　　2.1起動(dòng)時(shí)電機(jī)過載倍數(shù)為70/20=3.5
　　　負(fù)載容量極限曲線參考圖1中的曲線4，負(fù)載容量限制200%，計(jì)算需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　70/2=35Nm
　　2.2 轉(zhuǎn)速為1900rpm時(shí)，連續(xù)負(fù)載容量極限參考圖1中的曲線1取80%，此時(shí)需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　20/0.8=25Nm
　　2.3 轉(zhuǎn)速為600rpm時(shí)，連續(xù)負(fù)載容量極限參考圖1中的曲線1取89%，此時(shí)需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為:
　　　20/0.89=22.5Nm
　　電機(jī)需要的最大轉(zhuǎn)矩為35Nm，要求電機(jī)的功率為:
　　　P=1500*35/9550=5.5KW
　　工藝設(shè)計(jì)選擇5.5KW的電機(jī)。

　　變頻器的選擇：電氣應(yīng)選擇功率為7.5kW的變頻器就滿足要求。

　　水泥生產(chǎn)使用的原料本身的比重大，加在輸送設(shè)備上的重量也大，如板喂機(jī)，輸送皮帶等的調(diào)速變頻器必須選用同功率的恒轉(zhuǎn)矩變頻器。

　　目前板式喂料機(jī)由于各種原因經(jīng)常運(yùn)行在低頻率狀況，在磁點(diǎn)范圍內(nèi)變頻器輸出的電壓不能增加，其負(fù)載容量減少，電機(jī)發(fā)熱。這就要求電機(jī)一定要選用專用的變頻電機(jī)。由于一般的交流電機(jī)其冷卻風(fēng)機(jī)的速度與電機(jī)同步，電機(jī)的頻率低，其速度也低, 冷卻風(fēng)機(jī)的速度也低，電機(jī)因得不到良好的通風(fēng)冷卻，而被燒毀，這就要求電機(jī)一定要選用專用的變頻電機(jī)。 

　　二．調(diào)試中應(yīng)注意的問題

　　變頻器的調(diào)試，首先必須確認(rèn)變頻器的輸入電源的相數(shù)和額定電壓，是否將變頻器的輸入和輸出搞反，其輸出端不能接交流電源。以上兩點(diǎn)都容易損壞變頻器。其次，上電之后應(yīng)根據(jù)電機(jī)的名牌參數(shù)修改變頻器相應(yīng)的菜單參數(shù)，如電機(jī)的額定功率、頻率、電壓及電流等參數(shù)。關(guān)鍵是修改轉(zhuǎn)矩提升方式和加/減速時(shí)間值，加速過快或減速過快，電動(dòng)機(jī)的再生電流就會(huì)增加，使主回路上的直流電壓達(dá)到過電壓的檢測(cè)值，保護(hù)動(dòng)作或調(diào)速失控，嚴(yán)重情況會(huì)損壞設(shè)備。一般地電機(jī)功率越大，加/減速時(shí)間應(yīng)相應(yīng)地增加。如石家莊鹿泉水泥廠（2500t/d）生料磨選粉機(jī)電機(jī)功率為185Kw，變頻器選用富士變頻器控制器。調(diào)試過程中變頻器加/減速時(shí)間設(shè)置為100s時(shí)，中控一給速度變頻器就檢測(cè)到過電壓而跳閘。加/減速時(shí)間設(shè)置為100s時(shí)，轉(zhuǎn)速只能提到450rpm左右。最后將加/減速時(shí)間設(shè)置為300s才滿足要求。

　　三．設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

　　1．變頻器是一種重要的節(jié)能電氣設(shè)備，應(yīng)加大推廣力度。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量多地使用變頻裝置去調(diào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到對(duì)風(fēng)量和流量控制的目的。目前水泥工廠對(duì)風(fēng)量和流量的控制還使用調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行控制，電能浪費(fèi)大，調(diào)節(jié)精度差。閥門易損壞，影響生產(chǎn)。如采用變頻器去控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到控制風(fēng)量和流量的目的，消除了閥門阻力，降低了負(fù)荷電流，不但節(jié)約了電能，還對(duì)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生大的沖擊電流，延緩了電機(jī)的使用壽命。一些水泥廠已對(duì)篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了電氣改造，一次性投資雖有所增加，但其節(jié)約的電能當(dāng)年就能收回投資。 

　　2．變頻器也是水泥廠最主要的諧波污染源，其硬件電流和電壓的急劇變化使電力電子器件承受大的電應(yīng)力，并給其它的電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的電磁干擾。如生料粉磨車間選粉機(jī)起動(dòng)后，一些模擬信號(hào)就不正常，甚至一些電控設(shè)備的控制板也被燒壞。

　　設(shè)計(jì)時(shí)，變頻器輸入側(cè)必須加電抗器，衰減供電回路中的諧波成分，改善進(jìn)線電流波形，對(duì)保護(hù)整流二極管和減少變頻器的電磁輻射都很關(guān)鍵。

　　對(duì)變頻電機(jī)應(yīng)采用專用變頻電纜且電纜兩端都應(yīng)接地。敷設(shè)時(shí)變頻電纜不能與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，最好與其它線成垂直角度，且長(zhǎng)度應(yīng)盡可能地短，以減少電磁輻射和容性電流及變頻器輸出電壓的快速變化產(chǎn)生的電磁干擾。另外，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在變頻器中的運(yùn)用，其數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)通過總線直接與上位機(jī)以從/主關(guān)系進(jìn)行通訊，變頻柜內(nèi)的接線簡(jiǎn)化也節(jié)約了設(shè)備成套成本，安裝接線也特別簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以將變頻器以墻掛箱的形式安裝于現(xiàn)場(chǎng)，這就大大縮短了變頻器與電機(jī)之間的距離，節(jié)約了電纜，還減少了對(duì)周圍其它電氣設(shè)備的干擾。

　　總之，目前變頻器的種類很多，但控制原理基本相同，均為交流-直流-交流方式，其缺點(diǎn)是輸入的功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，且不能進(jìn)行四象限運(yùn)行?？茖W(xué)家們正在試驗(yàn)交流-交流變頻，省去了中間的直流環(huán)節(jié)，功率因數(shù)提高, 并能進(jìn)行四象限運(yùn)行。目前該技術(shù)尚未成熟，但代表著變頻器的發(fā)展方向，一旦有所突破，變頻器在水泥廠的運(yùn)用會(huì)更加廣泛。