鄭江順 趙哲 郭騰云

中材建設(shè)有限公司（100176）

淺談水泥行業(yè)變頻器的選用

鄭江順 趙哲 郭騰云

中材建設(shè)有限公司（100176）

介紹了水泥行業(yè)各種負(fù)載的特性，闡述了變頻器容量、輸出電壓及電力電纜的選用，達(dá)到提高生產(chǎn)率和節(jié)約能源的目的。

變頻器；選用；水泥行業(yè)

為達(dá)到提高生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗的目的，水泥行業(yè)變頻器的應(yīng)用日趨廣泛。正確選用變頻器對(duì)機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。選擇變頻器要滿足機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，然后選擇何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器。

1 負(fù)載特性

對(duì)于水泥廠各種風(fēng)機(jī)類的負(fù)載，由于空氣在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的二次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小,轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的二次方減小，這種負(fù)載所需的功率與速度的三次方成正比。因此不應(yīng)使這類負(fù)載超工頻運(yùn)行。此類負(fù)載在過載能力方面要求較低，變頻器容量等于電動(dòng)機(jī)容量即可。同時(shí)此類負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不高，因此選用普通功能型v/f控制方式的變頻器完全可以滿足要求。

對(duì)于大慣性負(fù)載，如水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯，負(fù)載慣性很大，同時(shí)還要考慮窯體內(nèi)滿料的情況，因此啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)振蕩，應(yīng)該選用容量較大的變頻器來加快啟動(dòng)，避免振蕩。

對(duì)于下行皮帶等負(fù)載，需選用相應(yīng)的具有能量回饋功能的四象限運(yùn)行的變頻器。

對(duì)于同軸雙驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，應(yīng)選用帶有主、從控制功能的變頻器。

對(duì)于選粉機(jī)，變頻器需配置制動(dòng)電阻。在變頻器直流側(cè)設(shè)置制動(dòng)單元組件，將再生電能消耗在制動(dòng)電阻上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

對(duì)于羅茨風(fēng)機(jī)，其啟動(dòng)電流很大,所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

2 變頻器容量的選用

變頻器的額定功率指的是它適用的4極交流異步電動(dòng)機(jī)的功率。同容量電動(dòng)機(jī)，其極數(shù)不同,電動(dòng)機(jī)額定電流不同。隨著電動(dòng)機(jī)極數(shù)的增多,電動(dòng)機(jī)額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動(dòng)機(jī)額定功率為依據(jù)。

選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映變頻器負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。在確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解生產(chǎn)工藝設(shè)備的情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)。

變頻器與電動(dòng)機(jī)的匹配主要還是電動(dòng)機(jī)的額定電壓及額定電流。如果電動(dòng)機(jī)額定電流小于同功率的變頻器的額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了。如果電動(dòng)機(jī)額定電流大于同功率的變頻器的額定電流，只好用大一級(jí)的變頻器。

對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于或等于電動(dòng)機(jī)的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。

對(duì)于重載應(yīng)用以及啟動(dòng)頻繁的負(fù)載，變頻器的容量要考慮放大。

若用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器容量應(yīng)比多臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量之和大,并且只能選擇f控制模式，不能用矢量控制模式。因矢量控制模式只能對(duì)應(yīng)一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，而且變頻器的額定電流應(yīng)等于或大于各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。

當(dāng)多臺(tái)變頻器的逆變單元共用一個(gè)整流、回饋單元時(shí)，即采用公共直流母線方式，有利于多臺(tái)逆變器制動(dòng)能量的儲(chǔ)存和利用。此時(shí)整流、回饋單元的容量要足夠大，并要設(shè)有防止變頻器整流橋過載損壞的保護(hù)措施，在使用中多臺(tái)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)制動(dòng)。

3 變頻器輸出電壓的選用

以某項(xiàng)目為例,業(yè)主要求對(duì)于250 kW以下的電機(jī)，選用400 V電壓等級(jí)輸出的變頻器，250～1 500 kW的電機(jī)選用690 V電壓等級(jí)輸出的變頻器，1500 kW以上的電機(jī)選用高壓變頻器。但是對(duì)于250～355 kW這一檔位的電機(jī)，是使用690 V輸出的變頻器還是使用400 V輸出的變頻器更為經(jīng)濟(jì)還值得商榷。如使用690 V輸出的變壓器，在系統(tǒng)配電上還需增加一臺(tái)輸入變壓器以及相應(yīng)的中壓配電柜，因此需要綜合考慮。同樣對(duì)于1 000～1 500 kW的電機(jī)是使用690 V輸出的變頻器還是使用高壓變頻器也值得探討。

因此選擇變頻器電壓等級(jí)的方法要綜合考慮設(shè)備材料價(jià)格和其損耗價(jià)格，采用國(guó)際通用的綜合能效費(fèi)用法探討一下，哪種電壓等級(jí)更適應(yīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。

4 電抗器的選用

為了減小變頻器對(duì)其他設(shè)備和電網(wǎng)的干擾，同時(shí)防止電網(wǎng)和其他干擾源對(duì)變頻器的干擾，在變頻器的輸入、輸出端配置濾波器、交流電抗器、平波電抗器等抗干擾設(shè)備是有效抑制干擾的措施。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，變頻器所接電源的容量與變頻器容量之比為10∶1以上，電源容量為600 kVA及以上，且變頻器安裝位置離大容量電源在10 m以內(nèi)，應(yīng)配置輸入電抗器。三相電源電壓不平衡率大于3%的情況下，應(yīng)配置輸入電抗器。

為了減輕變頻器輸出du/dt對(duì)外界的干擾,降低輸出波形畸變，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，減少電動(dòng)機(jī)繞組因電壓沖擊而造成的損壞，降低電動(dòng)機(jī)的溫升和噪聲，避免在變頻器輸出功率管因過大的脈沖沖擊電流的損壞,有必要在變頻器輸出端增設(shè)交流電抗器。

當(dāng)變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的電纜超過一定距離時(shí)，隨著變頻器輸出電纜的長(zhǎng)度增加，其分布電容明顯增大，從而造成變頻器逆變輸出的容性尖峰電流過大引起變頻器保護(hù)動(dòng)作，因此必須使用輸出側(cè)交流電抗器。變頻器至電動(dòng)機(jī)的電纜在超過多長(zhǎng)距離時(shí)應(yīng)加裝輸出濾波電抗器，還應(yīng)參閱各變頻器生產(chǎn)廠商提供的使用手冊(cè)。

5 變頻調(diào)速系統(tǒng)電力電纜的選用

變頻調(diào)速系統(tǒng)電源側(cè)電纜必須是三芯或四芯屏蔽電纜。電纜屏蔽的有效性規(guī)則是，屏蔽層越緊密，電磁輻射就越低。變頻調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)側(cè)的電纜必須滿足電源側(cè)電纜的最低要求。

采用對(duì)稱屏蔽電纜也可以減少變頻調(diào)速系統(tǒng)的電磁輻射，也減小電動(dòng)機(jī)的軸電流和由此引起的軸承磨損。

總之,只有正確選用變頻器及其系統(tǒng)配置，才能更好地發(fā)揮變頻傳動(dòng)的作用，達(dá)到提高生產(chǎn)效率和節(jié)約能量的目的。