利德华福高压变频器在2500t/d和5000t/d水泥行业的应用

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一、引言

水泥工业是国民经济生产中的能源消耗大户，已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节能技术和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。

在水泥的生产中，风机大马拉小车现象严重，同时由于工况、产量的变化，系统所需求的风量也随之变化。大部分风机采用传统做法，即调节进、出风口挡板开度大小来实现风量调节，而该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来达到要求的，损耗严重。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。风机电动机特别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。目前，行业普遍认为高压风机电动机的变频调速改造是降耗增效的主要措施。需要指出的是，对新型干法水泥生产线的6个工艺位置的高压风机，即：生料磨循环风机、煤磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机、水泥磨循环风机进行高压变频调速节能改造，将使企业改善工艺，提高调速精度，使生产线设备利用率得到保证，降低设备运行与维护费用，延长电机等设备使用寿命，获得显著的经济效益和社会效益。

二、高压变频节能原理

异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机最为合理的调速方法。

由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前，变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

高压变频调速具有如下显著的优点：

1、由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频后不再存在；

2、网侧功率因数明显提高，异步电动机功率因数仅有0.85左右，而变频器输入侧功率因数可以达到0.95以上；

3、可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振。

4、高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％以上。

5、高压变频器针对“塌料”问题进行特殊设计，解决了在生产过程中因为负载剧烈波动导致电机过流的问题，保证了生产的连续进行。

对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n的平方成正比；输出轴功率P与转速n的立方成正比；即：

Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3

当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为：

E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kW·h)

式中： n是额定转速，n′是实际转速，P是额定转速时电机功率，T是工作时间。

可见，通过变频对风机进行改造，不但节能，而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

三、利德华福公司高压变频调速系统技术优势

2007年，HARSVERT系列高压变频调速系统被授予“中国品牌产品”称号，利德华福公司亦是中国高压变频领航企业。多次获得“中国最佳高压变频品牌”、“最佳新产品”等多项殊荣。北京利德华福电气技术有限公司从2000年推出第一台HARSVERT-A变频器样机到现在，累积运行业绩已超过2000多台。其中最大运行功率为5600kW，并且运行多年。

HARSVERT系列高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，其谐波指标直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。

1、无速度传感器矢量控制——让控制更精准

矢量控制，在国外多称为磁场定向控制（Field Orientation Control），其核心思想是，以电机磁场为坐标轴基准方向，通过坐标变换的方法，实现对电机转矩和磁通的解耦控制。

目前，无速度传感器矢量控制产品调速范围宽，稳态转速精度高，动态转矩响应时间小，启动转矩大，性能指标基本达到国际先进水平。

采用无速度传感器矢量控制的高压变频调速系统具有以下功能：

· 电机参数自动整定

· 高压掉电恢复自动重启

· 旋转启动

· 具有完善的电机和变频器保护功能，尽量保证设备连续可靠运行

· 直接控制负载转矩大小，当负载波动时可以自动控制转矩电流大小，确保连续运行。

2、 超强的抗电网波动能力

HARSVERT-A变频器按照我国的电网情况进行设计，承受电压波动的能力可以到-35%～+15%电网电压波动时变频器维持运行，不停机。

3、 完善的电机和变频器保护功能

作为高压变频器的专业生产厂家，利德华福公司的研发人员考虑到了变频器及电机可能出现的各种运行情况，并针对各种可能出现的故障情况进行开发。HARSVERT系列高压变频调速系统针对各种故障情况分级设置保护功能，实现最大程度的不间断运行。

4、友好、快捷的系统界面

HARSVERT系列高压变频调速系统界面选用人机界面，系统界面功能强大，产品支撑软件为汉化的最新的正版软件，软件完全自主开发，标准化设计；界面显示内容丰富且直观形象，能够显示系统状态变量的实时显示和监控，如具有故障信息查询、运行数据记录、变频器参数查询及设置、系统自诊断等等。

四、高压变频器在水泥行业应用中的主要问题与应对措施

1、高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题

窑尾高温风机是保证水泥生产线窑内负压的重要负载，即使在在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机，也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可避免的，将给水泥生产线造成更多的损害。