關(guān)鍵詞：水泥、礦渣微粉磨、循環(huán)風(fēng)機(jī)、高壓變頻器、節(jié)能
摘要：本文主要介紹了匯川技術(shù)HD90系列高壓變頻器在唐山某建材有限公司礦渣微粉磨循環(huán)風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，變頻改造后，不僅循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性、可靠性得以提高，而且具有巨大的節(jié)能空間。
一、概況
眾所周知，水泥建材行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的耗能大戶。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的耗電量占其成本的比例非常高。近幾年，國(guó)家實(shí)行節(jié)能減排政策，針對(duì)水泥行業(yè)等耗能大戶重點(diǎn)改造;通過(guò)幾年的發(fā)展和總結(jié)，現(xiàn)國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載上的節(jié)能技術(shù)日趨成熟，節(jié)能減排效果明顯 。
礦渣微粉為水泥、混凝土的重要添加劑，主要作用是可以提高水泥、混凝土的早強(qiáng)和改善混凝土的某些特性(如易和性、提高早強(qiáng)、減少水化熱等)。
礦渣微粉等量替代各種用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。礦渣微粉作為高性能混凝土的新型摻合料，具有改善混凝土各種性能的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：
1)可以大幅度提高水泥混凝土的強(qiáng)度，能配制出超高強(qiáng)水泥混凝土;
2)可以有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能，提高水泥混凝土的耐久性;
3)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蝕性能，特別適用于抗海水工程;
4)可以顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性;
5)可以顯著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗?jié)B性;
6)可以顯著降低水泥混凝土的水化熱，適用于配置大體積混凝土;
二、方案描述
2.1現(xiàn)場(chǎng)描述
循環(huán)風(fēng)機(jī)為礦渣微粉生產(chǎn)線中最重要的設(shè)備之一，在整個(gè)過(guò)程中占據(jù)了最重要的位置，唐山某客戶現(xiàn)場(chǎng)磨機(jī)為立磨機(jī)，所配備循環(huán)風(fēng)機(jī)為630kW異步電機(jī)，電壓等級(jí)10kV，額定電流45.3A，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)余量大，節(jié)能空間很可觀。
原系統(tǒng)采用工頻直接啟動(dòng)的方式，啟動(dòng)沖擊大，在原工頻運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式進(jìn)行，平常開(kāi)度主要在60%左右，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，且運(yùn)行過(guò)程中要實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)開(kāi)度以保證微粉的正常收集，自動(dòng)化水平很低，所以決定進(jìn)行變頻改造，以達(dá)到節(jié)能和提高自動(dòng)化水平的目的。
2.2變頻方案
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況，配置由匯川公司生產(chǎn)的高壓變頻器HD90-J100/800-DB,該產(chǎn)品具有矢量控制、控制性能好、過(guò)載能力強(qiáng)，操作方便，質(zhì)量可靠、節(jié)電率高等優(yōu)點(diǎn)。
(1)一次系統(tǒng)方案
圖一：一次系統(tǒng)圖
此方案是手動(dòng)旁路的典型方案。原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3和高壓開(kāi)關(guān)QF1、電動(dòng)機(jī)M組成(見(jiàn)上圖)。要求QS2和QS3之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行時(shí)，QS3斷開(kāi)，QS1和QS2閉合;工頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2斷開(kāi)，QS3閉合。高壓開(kāi)關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M為現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備。
(2)HD90控制原理
電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個(gè)功率單元為一個(gè)單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯(lián)星接后形成三相變頻電源給高壓電動(dòng)機(jī)供電。根據(jù)串聯(lián)單元級(jí)數(shù)的不同，產(chǎn)品分為3kV、6kV、10kV三個(gè)系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數(shù)高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對(duì)電壓和電流最嚴(yán)格的諧波失真要求。無(wú)需任何功因補(bǔ)償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術(shù)，輸出為近乎完美的正弦波，無(wú)須加輸出濾器。電動(dòng)機(jī)諧波損耗小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，無(wú)明顯電動(dòng)機(jī)噪聲。電動(dòng)機(jī)不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)附加電應(yīng)力損害。
圖二：產(chǎn)品原理圖
功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經(jīng)IGBT H橋逆變后輸出脈寬調(diào)制(PWM)電壓。功率單元控制板由IGBT驅(qū)動(dòng)電路和監(jiān)測(cè)保護(hù)電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運(yùn)行中功率單元故障時(shí)，變頻器可將故障單元自動(dòng)旁路并繼續(xù)運(yùn)行，等情況允許時(shí)再停機(jī)排除故障。
(3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)波動(dòng)，客戶能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)不同工況要求進(jìn)行調(diào)速，并且匯川HD90 系列高壓變頻器內(nèi)置有多段速功能，通過(guò)提前對(duì)多段速進(jìn)行設(shè)置，方便了客戶的使用。
現(xiàn)場(chǎng)所配變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機(jī)械接觸器方式進(jìn)行，能夠保證在單元出現(xiàn)故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機(jī)的運(yùn)行，且軟件上具有非對(duì)稱旁路技術(shù)，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。
三、變頻改造優(yōu)勢(shì)
(1)節(jié)流裝置全開(kāi)，根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，節(jié)能效果顯著
(2)延長(zhǎng)電機(jī)及負(fù)載的使用壽命：變頻改造真正實(shí)現(xiàn)了電機(jī)及負(fù)載的軟啟動(dòng)，減少了沖擊，能夠有效延長(zhǎng)其使用壽命;
(3)使用簡(jiǎn)單、自動(dòng)化水平高、檢修方便：變頻器具備遠(yuǎn)程及本地兩種操作方式，能夠自由切換，操作方便簡(jiǎn)單，且配備了旁路柜，方便檢修作業(yè);
(4)降低電機(jī)噪聲污染：變頻改造后將根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行變頻調(diào)速，電機(jī)噪聲明顯降低，改善了工人的作業(yè)環(huán)境;
(5)對(duì)電網(wǎng)諧波污染小：HD90系列高壓變頻器采用單元級(jí)聯(lián)型，10kV產(chǎn)品為48脈沖整流，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);
(6)提高功率因數(shù)，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置。
四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片
圖三：微粉生產(chǎn)線照片
圖四：現(xiàn)場(chǎng)照片
五、匯川技術(shù)HD90高壓變頻器技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1) 矢量控制技術(shù)
HD90系列高壓變頻器具備矢量控制技術(shù)，基于電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)方程式解析，對(duì)電機(jī)定子電流解耦成勵(lì)磁分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，以達(dá)到模擬自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制效果。
2) 非對(duì)稱旁路技術(shù)
HD90系列高壓變頻器采用單元級(jí)聯(lián)方式，當(dāng)其中某個(gè)單元出現(xiàn)故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過(guò)非對(duì)稱旁路技術(shù)可以使系統(tǒng)不停機(jī)運(yùn)行。HD90的非對(duì)稱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。
3) 飛車啟動(dòng)功能
HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動(dòng)功能，能夠在未知電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的狀況下啟動(dòng)變頻器，變頻器自動(dòng)進(jìn)行頻率搜索，直至搜索到與電機(jī)實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)頻率相符的頻率，此時(shí)變頻器輸出相應(yīng)頻率，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至指定頻率，此技術(shù)能有效減少瞬間停電對(duì)生產(chǎn)的影響以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
4) 雙路控制電源
HD90控制系統(tǒng)采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作;一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲(chǔ)能電容，保證切換時(shí)平滑無(wú)擾動(dòng)。
5) 來(lái)電自啟動(dòng)功能
電網(wǎng)瞬間跌落或波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個(gè)周期內(nèi)變頻器運(yùn)行不受影響，超過(guò)5個(gè)周期變頻器自動(dòng)降額運(yùn)行，失電超過(guò)9s后變頻器停機(jī)，連續(xù)生產(chǎn)提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。
6) 高可靠性器件
核心器件IGBT、整流二極管、高品質(zhì)電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質(zhì)器件，保證了運(yùn)行的高可靠性，生命周期長(zhǎng)。
六、結(jié)束語(yǔ)
水泥建材行業(yè)歷來(lái)屬于高耗能行業(yè)，大功率電機(jī)數(shù)量巨大，常年工頻運(yùn)行導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重，變頻改造不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顯著地節(jié)能效果，且能夠改善運(yùn)行工藝，達(dá)到多重改造效果，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。
匯川技術(shù)有限公司依托多年的自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水泥建材行業(yè)的變頻改造具有獨(dú)到的方案解決能力，HD90系列高壓變頻器為采用矢量控制技術(shù)的高性能變頻器，產(chǎn)品適用于建材、化工、冶金、電力、市政等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
