一、概述

目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗占成本近30%，拖動風機用的高壓電機在電機占用很大的比重。因此，做好電機的降耗增效工作就顯得極為重要。當前在很多水泥廠的風機中都存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，如果利用變頻調速技術改變設備的運行速度，以調節(jié)風量的大小，既滿足生產(chǎn)需求，有達到節(jié)約電能，同時減少因調節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，本文主要就論述希望森蘭高壓變頻器在菲律賓馬步海水泥高溫風機上的應用，實踐證明水泥廠風機才用變頻調速的可行性、必要性及實際應用的節(jié)電效果，以此推廣高壓變頻節(jié)能項目。

二、原液體電阻調節(jié)的具體工作方式

繞線式異步電機的轉子經(jīng)集電環(huán)和電刷串接外加電阻后，可以改變電機的轉差率S，進而改變轉速。通過改變其轉子串接的外電阻可實現(xiàn)調速。轉子串接的電阻值R越大，其機械特性也越變軟，既轉矩很小的變化將引起轉速較大的波動。此外，在負載小時（即轉矩小時）其調速范圍變窄。從高溫風機長期的液體電阻調節(jié)的工作過程中可以總結出液體電阻的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：調速方法簡單，初期投資低，容易實施，可靠性高，功率因數(shù)高，不產(chǎn)生高次諧波，啟動設備和調速設備合為一體。

缺點：

1、由于轉差率功率都是以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，然后通過冷卻水冷卻后白白浪費掉，在加上控制設備較多，控制回路消耗的功率較大，因此效率比較低。

2、由于控制設備的增多，相應的出現(xiàn)故障的概率也較高，考慮到滲漏以及蒸發(fā)等原因，需要定期加液之類的，設備維護量比較大。另外環(huán)境溫度低于零度，需要考慮電解液等加熱問題。

3、調速比低（與變頻等相比），不大于50%，不適用于對調速范圍要求較大的場合，如轉速較低場合。

4、啟動轉矩比較小，特性較軟。適合對電機機械特性要求高的場合。5、只適合用于繞線式異步電機調試，鼠籠式電機只能做軟起。

結論：轉子串電阻調速的方式，在串級調速和變頻調速技術成熟之前是繞線電機的主要的調節(jié)手段，因此在一些比較早期的繞線電機的運行場合，應用還是比較多的，但液體電阻調速屬于有轉差損失的低效調速方式，與高效調速方式相比節(jié)能的空間相對較小，而且其技術進步的空間已經(jīng)不大，并且只能用在繞線式電機上，因此很大的限制了它的應用。

三、高壓變頻器調速系統(tǒng)簡介

異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速而實現(xiàn)調速的，在調速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高，是異步電動機最為合理的調速方法。由公式n＝60f(1-s)/p可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前，變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。

高壓變頻調速具有如下顯著的優(yōu)點：

(1)節(jié)能：減少由負載檔板或閥門調節(jié)導致的節(jié)流損失。

(2)提高功率因數(shù)：系統(tǒng)網(wǎng)側功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到變頻后的0.95以上。

(3)軟啟軟停：減少對電網(wǎng)和負載的沖擊。

(4)高效：含變壓器在內(nèi)的整機效率在97％以上。

對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉速n成正比；輸出壓力H與轉速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉速n的立方成正比；即：

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

當風機風量需要改變時，如調節(jié)風門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調速調節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。    

可見，通過變頻對風機進行改造，可以實現(xiàn)節(jié)能，且節(jié)能空間可觀。

四、工藝流程圖

五、現(xiàn)場工況

5.1負載基本情況

5.2系統(tǒng)方案

根據(jù)用戶要求，配置一臺變頻器型號為SBH-042-1120，采用手動一拖一的方式，系統(tǒng)由三個刀閘開關QS1、QS2、QS3組成，要求QS2和QS3不能同時閉合，QS2和QS3之間有機械互鎖，合QS1、QS2分QS3為變頻運行，分QS1、QS2合QS3為工頻運行；主回路如下

系統(tǒng)主回路

六、產(chǎn)品特點：

（1）一體化設計——更可靠

SBH系列高壓變頻器的整機結構采用一體化設計。系統(tǒng)更簡潔、維護更方便、安全性能更好。同時高壓變頻器的一體化設計不僅能加快設備的投運進度，縮短現(xiàn)場的調試服務周期，還能保證產(chǎn)品質量

SBH系列高壓變頻器的核心器件控制系統(tǒng)同樣采用一體化設計方案，該設計方案可以減少線路板件之間的連接導線，進一步提高了產(chǎn)品的運行可靠性。

（2）單元模塊化設計——更通用

SBH系列高壓變頻器的內(nèi)部核心部分——功率單元，采用模塊化設計方案，每個功率單元的結構以及電氣性能一致，可互換使用，通用性更強。

（3）多功能的HMI設計——更直觀

SBH系列高壓變頻器采用7英寸彩色觸摸屏，多語言操作界面，讓用戶更直觀、更全面的監(jiān)視設備運行狀態(tài)；多功能參數(shù)設置，使得設備操作的靈活更強；完善的故障分析功能，大大地縮短了故障處理時間，減少故障處理強度。

（4）“三滿”試驗——更穩(wěn)定

SBH系列高壓變頻器在出廠前都必須經(jīng)過一系列嚴格的測試環(huán)節(jié)，其中不僅包括常規(guī)帶電機運行性能試驗，同時每套設備出廠前都要進行滿電壓、滿電流、滿功率的“三滿”帶載老化試驗，從而確保每套設備的高質量。

（5）矢量控制技術——低轉速，大轉矩的王牌

SBH系列變頻器采用矢量控制技術，具有低頻轉矩大。轉矩脈動小、動態(tài)響應快、機械特性好等優(yōu)點，能夠滿足重載啟動的需要。

（6）雙電源冗余技術——比傳統(tǒng)UPS方案更可靠

SBH系列高壓變頻器的控制電源部分采用雙電源冗余技術，分別有兩路電源供電，一路來自用戶AC220，一路來自于設備內(nèi)部的移相變壓器三次繞組AC380V，自動切換過稱無擾動。與傳統(tǒng)采用UPS方案比較，具有更高的可靠性，避免了因UPS故障而引起的變頻器停機故障發(fā)生。

（7）防“晃電”技術——超強的電網(wǎng)適應性

SBH系列高壓變頻器針對風機類負載提供瞬時掉電保護功能，當電網(wǎng)因雷電或發(fā)生瞬時故障導致電網(wǎng)供電電壓出現(xiàn)缺波現(xiàn)象時，防晃電技術可防止設備因瞬時掉電而造成欠壓停機。

同時，當供電電網(wǎng)出現(xiàn)短時（0~30S）掉電現(xiàn)象時，SBH系列高壓變頻器可記錄設備的當前運行狀態(tài)，待電網(wǎng)恢復供電后，自動恢復至掉電前的運行狀態(tài)。

（8）自動限流技術——系統(tǒng)安全的保障

SBH系列高壓變頻器采用自動限流技術，當設備負載加重時，自動限流技術可以自動調節(jié)變頻器的輸出能力，是設備的運行更穩(wěn)定；同時，限流技術在加速運行和減速停機過程中，可有效抑制電流過大的現(xiàn)象，是設備加速更加平滑，減速更穩(wěn)定。

七、應用效果：

運行數(shù)據(jù)如下：

（1）實現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設備為新機配套。

（2）運行中調速平滑、連續(xù)，.可依據(jù)工藝需要平滑的調節(jié)變頻器的頻率，進而無級的調節(jié)電機轉速，使送風量得到無級平滑的調節(jié)，減少了對風門及系統(tǒng)的沖擊，極大的保護了風道系統(tǒng)，免受沖擊損害。

（3）簡化了操作系統(tǒng)，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強度，特別是自動控制的應用，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了變頻器無人值守。

（4）節(jié)能顯著。對風機\泵類負載，由流體力學知，流量與轉速成正比，管壓與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比。

現(xiàn)系統(tǒng)運行在45Hz ,因此變頻運行下的功率：

P變=（45/50）3P工=0.93P工=0.729 P工

當然變頻改造后效率可能要降低一些，總體效率大約80%.因此變頻應用后的實際效率為

P1變=0.729/80% P工=0.91P工=91%P工

則節(jié)電率為：⊿P= （P工-P1變）/ P工=9%

節(jié)電效果基本達到了預期的節(jié)能效果。

總之，使用變頻器后，實現(xiàn)了軟啟動，運行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實現(xiàn)自動化控制的較理想設備，值得在各種領域大力推廣。