变频器在水泥厂的应用

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变频器在水泥厂的应用

回顾我国水泥工业的发展历史，逐渐从规模小、技术落后、资源浪费型工业向集团规模化、计算机集中控制、节能增效型现代化管理企业转变。伴随着这种转变，不论从宏观方面处于国家政策大力提倡推行的节能大趋势下出发，还是从企业本身的降低电耗成本增加产品竞争力的需求出发，节能已成为目前水泥工厂设计和建设中不可缺少的环节。在水泥生产过程中，电能消耗非常大，电费在水泥生产成本中占了很大的比例。在水泥厂的工艺设备配置中，生料制备和熟料烧成段风机功率约占设备总功率的40％左右。所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本。能否控制好风机的电耗，特别是大型风机的电耗，对降低水泥生产成本，提高企业的经济效益是至关

选择?

，压力H

下降到80

容积损耗、

差率达到改变电机转速的目的。由于绕线式电机转子线圈串入不同电阻后，对应的转差率不同。电阻越大，电机转速越低；电阻为零，电机达到全速，这就是液体电阻启动调速器的基本原理。由于液体电阻调速器在调节过程中要产生转差功率损耗、电阻通电所产生的热耗，所以液体调速器节能效果也不太理想。它的缺点主要是：调速范围小，最大为2：1；由于通过检测实际转速与设定值比较来升降极板，在实际运用中，调速精度低、速度响应慢、转速不稳定、易受温度影响；并且在调速过程中，电解液中流过转子电流会产生大量热量，需使用循环水进行冷却；采用绕线型电机，结构复杂，维护工作量大，需增加转子电缆接线。

而交流变频调速的特点是效率高，没有调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速，并且实现电机软启动，延长电机使用寿命，减小启动电流对电网的冲击。使用结构简单、可靠耐用、维护方便的鼠笼式电动机，又能达到节电的显着效果，是风机节能的较理想的方法。

二、高压变频器的类别

比较实用并已产品化的高压变频器，按其主接线可分为“交一交”变频和“交一直一交”变频两大类，在“交一直一交”变频领域中较有代表的主流产品按中间直流滤波环节的不同，主要可分为电流源型、三电平电压源型、单元串联多电平电压源型。

1.“交一交”变频器

“交一交”变频器是采用晶闸管实现无直流环节的直接由交流到交流的变频器，也叫做周波换流器。当电压在3kV以下时，每相要用12只晶闸管，三相共36只；当电压超过3kV时，晶闸管必须串联使用，所用的晶闸管要成倍增加。其优点是可用于驱动同步和异步电机；堵转转矩和保持转矩大；动态过载能力强；可四象限运行；电机功率因数可为COSφ=1；极佳的低速性能；弱磁工作范围广；转矩质量高；效率高。其缺点是功率因数与速度有关，低速时功率因数低；最大输出频率为电源频率的1／n（n=2，3，…．）；最大转速<500r／min；网侧谐波大，此类变频器适用于轧钢机、船舶主传动和矿石粉碎机等低速转动设备，不适合在水泥厂应用。

2．

3kV

达220Hz

3

，输

4

10kV。

高压变频器在水泥厂的应用中通常采用“交一直一交”变频方式，而“交一直一交”变频又可分为“高一低一高”方式及“高一高”方式。“高一低一高”方式，其实质上还是低压变频，只不过是从电网和电动机两端来看是高压。该方式是中压变频技术发展中的一种由低压变频向中压变频过渡的方式。因其存在着中间低压环节需要增加变压器、无功补偿器、谐波滤波器，控制复杂，可靠性较低，检修比较困难，设备占地面积和体积较大，系统的整体效率较低，设备的维护费用和故障均会相应提高，目前已处于逐步淘汰的阶段。而随着中压变频技术的发展，特别是新的大功率可关断器件的研制成功，直接高压变频即“高一高”方式，因没有中间的低压环节，所以效率高、主回路简单、工作可靠，是目前高压变频应用的主流。

1．“高低一高”变频调速系统

此种调速控制方案是将高压通过降压变压器，使变频器的输入电压降低，这样可以采用各大公司一般的交流变频器，然后将变频器的输出电压通过升压变压器提高到6kV以满足交流电动机的电压要求，但此方案存在着以下问题：

（1）“高一低一高”变频系统需要用2个变压器，设备环节比较多，占地面积比较大，从而降低了效率，且降压、升压变压器不能互换，升压变压器需要特制，以减弱高次谐波的影响，成本会有所上升。

（2）该系统输出波形畸变较大，高次谐波含量较高，对电机的绝缘要求很高。

（3）该系统中的变频器整流部分普遍采用可控硅桥式整流电路，在电机低速运行时变频器的功率因数比较低，波形畸变很大，逆变部分大多采用6脉冲或12脉冲，输出波形失真较大，有大量高次谐波存在。

（4）该系统中的变频器工作在低电压状态，为满足功率输出的要求，工作电流会很大，往往要求变频器元件进行并联运行，为此必须进行元件配对，加均流措施，检修要求比较高。

2．“

“

（1

（2

型，

（3

（4

（5

（6

“高一低一高”

1

采用高压变频器的调速系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单等优点，而被越来越多地应用。但它的非线性、脉冲性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。对于一台高压变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。一般来讲，变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显，但是对于系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染，客观的存在对公用电网和其它系统的危害大致有：

（1）谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

（3）谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大地增加，甚至引起严重事故。

（4）谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。

通常抑制谐波的方法基本思路有三，其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波；其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为l；其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波。在高压变频器应用实例中主要采取以下几种措施来达到抑制谐波的效果，同时也产生了高压变频器在整流部分的几种应用方案：

（1）采用新型的整流器，取消隔离变压器。大容量的变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术。高功率因数整流器主要采用PWM整流器，可构成四象限交流调速用变频器。这种变频器不但输出电压、电流为正弦波，输入电流也为正弦波，且功率因数为l，还可以实现能量的双向传递，代表了这一技术的发展方向。当电网

（2

（3

18

12．kW 以上采用

2.

布置，

号电缆，这样可尽量减少变频器工作时产生的电磁干扰。在进行电气室布置时，必须考虑高压变频器的工作环境问题。由于变频器是电子装置，内含电解电容、电路板、芯片等电子元器件，如果环境温度太高或含尘量较大，会影响其寿命及稳定性。所以尽可能设置单独的变频器室，同时进行散热及防尘处理，通常采用以下方法：（1）外循环散热方式：制作散热风管，利用变频器的内装风扇或外加排风扇将变频器内部产生的热量排出到室外，同时从室外补充温度较低的冷空气，这时需根据变频器所需的冷却风量提供足够的进风口面积，同时在进风口做好防尘处理。

（2）内循环散热方式：变频器室作密闭防尘处理后，在室内安装空调，控制温度在20～25℃之间，空调制冷量根据房间面积及变频器发热量确定，一般情况下由于高压变频器发热量较大，所需空调功率较大。

另外需要注意的是隔离变压器的温度信号及瓦斯信号最好进变频器作为联锁信号，当隔离变压器发生温度或瓦斯故障时，变频器可立即停止运行，然后再向隔离变压器的高压配电装置发出故障跳闸信号，从而跳掉变压器