一、引言

水泥工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，已被列為國家節(jié)約資源的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在國務(wù)院提出加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的政策環(huán)境下，提高水泥行業(yè)的節(jié)能技術(shù)和應(yīng)用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義重大。在當(dāng)前國內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，水泥生產(chǎn)企業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

在水泥的生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化。大部分風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)做法，即調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口擋板開度大小來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機(jī)的效率來達(dá)到要求的，損耗嚴(yán)重。電動(dòng)機(jī)負(fù)載電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重。對(duì)于一條水泥生產(chǎn)線，其中有25%～30%的電能是用于拖動(dòng)各種類型風(fēng)機(jī)上。風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)特別利用變頻調(diào)速技術(shù)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，可以既滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時(shí)減少因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失。目前，行業(yè)普遍認(rèn)為高壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速改造是降耗增效的主要措施。需要指出的是，對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)線的6個(gè)工藝位置的高壓風(fēng)機(jī)，即：生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、煤磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)、水泥磨循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造，將使企業(yè)改善工藝，提高調(diào)速精度，使生產(chǎn)線設(shè)備利用率得到保證，降低設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用，延長電機(jī)等設(shè)備使用壽命，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、高壓變頻節(jié)能原理

異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動(dòng)機(jī)最為合理的調(diào)速方法。

由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前，變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

高壓變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1、由負(fù)載檔板或閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)致的大量節(jié)流損失，在變頻后不再存在；

2、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)明顯提高，異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)僅有0.85左右，而變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)可以達(dá)到0.95以上；

3、可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，無啟動(dòng)沖擊電流，從而降低了啟動(dòng)負(fù)載，減輕了沖擊扭振。

4、高壓變頻器本身損耗極小，整機(jī)效率在97％以上。

5、高壓變頻器針對(duì)“塌料”問題進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，解決了在生產(chǎn)過程中因?yàn)樨?fù)載劇烈波動(dòng)導(dǎo)致電機(jī)過流的問題，保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。

對(duì)離心式風(fēng)機(jī)而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比；即：

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

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為：

E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kW·h)

式中： n是額定轉(zhuǎn)速，n′是實(shí)際轉(zhuǎn)速，P是額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率，T是工作時(shí)間。

可見，通過變頻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，不但節(jié)能，而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

三、利德華福公司高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2007年，HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)被授予“中國品牌產(chǎn)品”稱號(hào)，利德華福公司亦是中國高壓變頻領(lǐng)航企業(yè)。多次獲得“中國最佳高壓變頻品牌”、“最佳新產(chǎn)品”等多項(xiàng)殊榮。北京利德華福電氣技術(shù)有限公司從2000年推出第一臺(tái)HARSVERT-A變頻器樣機(jī)到現(xiàn)在，累積運(yùn)行業(yè)績已超過2000多臺(tái)。其中最大運(yùn)行功率為5600kW，并且運(yùn)行多年。

HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，其諧波指標(biāo)直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。

1、無速度傳感器矢量控制——讓控制更精準(zhǔn)

矢量控制，在國外多稱為磁場(chǎng)定向控制（Field Orientation Control），其核心思想是，以電機(jī)磁場(chǎng)為坐標(biāo)軸基準(zhǔn)方向，通過坐標(biāo)變換的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦控制。

目前，無速度傳感器矢量控制產(chǎn)品調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度高，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，性能指標(biāo)基本達(dá)到國際先進(jìn)水平。

采用無速度傳感器矢量控制的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有以下功能：

· 電機(jī)參數(shù)自動(dòng)整定

· 高壓掉電恢復(fù)自動(dòng)重啟

· 旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)

· 具有完善的電機(jī)和變頻器保護(hù)功能，盡量保證設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行

· 直接控制負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小，當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)可以自動(dòng)控制轉(zhuǎn)矩電流大小，確保連續(xù)運(yùn)行。

2、 超強(qiáng)的抗電網(wǎng)波動(dòng)能力

HARSVERT-A變頻器按照我國的電網(wǎng)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，承受電壓波動(dòng)的能力可以到-35%～+15%電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)變頻器維持運(yùn)行，不停機(jī)。

3、 完善的電機(jī)和變頻器保護(hù)功能

作為高壓變頻器的專業(yè)生產(chǎn)廠家，利德華福公司的研發(fā)人員考慮到了變頻器及電機(jī)可能出現(xiàn)的各種運(yùn)行情況，并針對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障情況進(jìn)行開發(fā)。HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)針對(duì)各種故障情況分級(jí)設(shè)置保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)最大程度的不間斷運(yùn)行。

4、友好、快捷的系統(tǒng)界面

HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)界面選用人機(jī)界面，系統(tǒng)界面功能強(qiáng)大，產(chǎn)品支撐軟件為漢化的最新的正版軟件，軟件完全自主開發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；界面顯示內(nèi)容豐富且直觀形象，能夠顯示系統(tǒng)狀態(tài)變量的實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控，如具有故障信息查詢、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄、變頻器參數(shù)查詢及設(shè)置、系統(tǒng)自診斷等等。

四、高壓變頻器在水泥行業(yè)應(yīng)用中的主要問題與應(yīng)對(duì)措施

1、高溫風(fēng)機(jī)的管道“塌料”問題導(dǎo)致電機(jī)過流甚至跳停問題

窯尾高溫風(fēng)機(jī)是保證水泥生產(chǎn)線窯內(nèi)負(fù)壓的重要負(fù)載，即使在在以往工頻運(yùn)行、采用液力耦合器調(diào)速的高溫風(fēng)機(jī)，也常見由于管道“塌料”導(dǎo)致高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。而對(duì)于由于變頻器裝置的電力電子器件的過負(fù)荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風(fēng)機(jī)過負(fù)荷導(dǎo)致的變頻器保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象如無專業(yè)技術(shù)是不可避免的，將給水泥生產(chǎn)線造成更多的損害。