变频器在水泥生产中的应用

引言

    随着水泥工艺技术的进步，水泥生产自动化的高度集控，对设备的精确控制也提出了更高的要求。同时随着电子技术日新月异的发展，使大功率半导体元器件的价格降低，为变频器在水泥生产中的应用提供了有利条件。

1 变频器的工作原理

    简单地讲，变频器是通过改变电源的频率和电压来控制电动机转速的一种半导体装置，由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器等几部分组成。变频器使用时串接在电源输入端（R、s、T）和电动机输出端（U、V、W）之间（见图1）。

2 变频器的应用范围

    在水泥生产设备中，可以使用变频器的地方比较广泛。广义上讲，凡是使用交流三相异步电动机的电气传动部位都可以装设变频器。在我厂1 200 t/d新型干法生产线中，使用变频器的有石灰石板式喂料机、堆取料机行走小车及撒料皮带、生料配料调速皮带秤、生料磨选粉机、回转窑、水泥磨配料调速皮带秤、水泥磨选粉机、烘干机、包装机旋转架等部位，目前尚有各种风机没有使用变频器，其风量大小依靠调节阀门的开度控制，对电力造成了很大的浪费；循环水泵也未采用变频器，造成用水量小时水压过大，给设备安全带来了隐患。

3 变频器的节能优势

（1）变频器U/f特性控制时，使用节能功效指令对于水泵、风机负载很有必要。其原理是当负载特性为平方转矩时，变频器应选用平方转矩外特性，这样在某设定频率下其输出电压会更低一些，因而也就更节电。
（2）根据负载的大小降低输出电压。主要措施有：①人为设定：在负载基本恒定时，如皮带机、螺旋绞刀等；② 自动设定：需选用有此功能的变频器；③按照损耗最小、效率和功率因数最高的原则。当铜损和铁损相等时，电动机的损耗最小，效率和功率因数最高。需选用有此功能的变频器；④利用电动机的u形特性，在目标速度下变频器自动寻优达到电流最小，这对风机、水泵有显著的节能效果。

4 变频器的精确调速

    与滑差电机相比，变频器具有精确的转速调整功能及更宽的调速范围，频率从0至400 Hz，而滑差电机是由0至拖动电机的额定转速；滑差电机的输入与反馈都是模拟信号，其转速显示也多采用指针式电压表，由于反馈调节和转速表校准都是在控制面板上设定，人为因素易造成速度指示的不准确。

    如我厂立窑生产线的水泥磨选粉机，就曾因为人为地调整了转速表和反馈电位器，平时转速指示为800 r/min，而这时即使调到1 000 r/min，细度指标仍不合格。磨机工出于对设备安全的考虑不敢再往上调而只好停机。经技术人员现场测试，1 200 r/min的指示只相当于正常时的800 r/min，造成了不必要的停产损失。

    变频器可认为是一台微电脑，一切操作都可以在面板上完成设定，而且留有与上位机连接的端子，能直观反映设备运行的电流、转速、频率等情况，显示值都是数字量，转速可以精确到个位数，为需要精确调速的回转窑提供了有效保证。

5 变频器使用中应注意的问题

（1）变频器运行在低频区域时性能不够理想，其原因主要是低频启动时启动转矩小，造成系统启动困难甚至无法启动。在我厂的回转窑上就多次出现过这种情况，解决办法是启动前先用慢驱拖动，待转动起来再切换到变频启动。
（2）变频器的整流电路AC／DC或逆变电路DC／AC都会产生谐波，会对电网及电动机产生一定影响。较低次谐波对电机负载的影响较大，会引起转矩脉动；而较高的谐波又会使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足。这可以从两个方面来控制：一是选用质量指标好的变频器，要求电压分量的THD≤5％ ，电流分量的THD≤3％ ，要使用12脉波以上的整流电路才能达到这个指标；二是选用抑制谐波装置，如交流电抗器、直流电抗器、输出电抗器、输入输出滤波器、磁环型零序许电抗器及信号滤波器等。
（3）负载匹配问题。对于恒转矩负载，要求变频器的启动转矩和制动转矩都比较大，一般为额定转矩的150％；对于恒功率负载是就一定的转速范围而言的，在某一转速点以下采用恒转矩调速，在高于该转速点时采用恒功率调速。
（4）变频器发热问题。变频器的发热是由于其内部损耗产生的，其中主电路占98％，控制电路占2％。变频器一定要安装在通风条件好的环境中，如果环境温度较高应加装空调降温，一般要求环境温度在一10—50℃ 。
（5）对缺相保护不敏感，这是实际使用过程中发现的问题。变频器虽然对过流、堵转、欠压等保护灵敏，但在电源或电动机缺相时就容易烧毁电机，尤其是小功率的电机。我厂在预加水增压泵上就曾因电源缺相烧毁过电机，而变频器在电机烧坏后才动作。
（6）测量变频器绝缘时，应使用500 V兆欧表。仅对变频器进行检测时，要拆去所有的与变频器端子之间的连线。清洁器件后，应将主回路端子全部用导线短接起来，将其与地用兆欧表试验，结果>5 Mn为正常。

7 结语

    变频器在水泥生产中的应用越来越广泛，这对于企业的节能降耗具有积极的作用。虽然总体来讲变频器运行稳定可靠，但由于各生产厂家均不提供内部电路图，一旦损坏在维修方面存在着一定困难。这就需要电气技术人员提高专业技术素质，增强维护使用变频器的能力。