国产矢量控制型高压变频器在水泥厂高温风机上的应用.docx

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1、国产矢量控制型高压变频器在水泥厂高温风机上的应用国产矢量控制型高压变频器在水泥厂高温风机上的应用高温风机上的应用，理论证实水泥厂风机采用高压变频调速的可行性、必要性及实际应用的节电效果，以此推广高压变频节能工程摘要：本文主要阐述利德华福在河南天瑞集团水泥有限公司高温风机上的应用，理论证实水泥厂风机采用高压变频调速的可行性、必要性及实际应用的节电效果，以此推广高压变频节能工程。关键词：水泥行业高压变频节能长期以来，我国政府对节能工作特别重视，我国能源节约与资源综合利用“十五规划提出高压大功率变频调速作为重点开展的节电技术之一，要求大力推动高压大功率变频调速示范工程。目前，水泥行业的竞争非常剧烈，

2、但关键还是制造本钱的竞争，而电动机电耗占本钱近30%，拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重。因此，做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。当前，很多水泥厂的风机“大马拉小车现象严重，假如利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既知足消费要求，又到达节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。因此，在水泥厂风机采用变频调速技术，能节约大量能源，进步消费效率，为水泥厂带来较大的效益。根据详细情况，风机进展变频后，节电率在30-50%的范围内，通常一年半到两年便可收回投资。二、传统挡板调节存在的问题风机传统的调节方式是调节入口挡板的开度

3、，以此来调节风量，是一种经济效益差、能耗大、设备损坏严重、维修难度大、运行费用高的落后方法。风机的工作特性如图1所示：align=center图1：风机的工作特性/align由图1可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线风压特性和管网特性曲线风阻特性决定的，无论是改变风机的特性曲线，还是改变管网特性曲线，都可以到达改变风量的目的。图1中，风机特性曲线：HA=kQ12K为风机特性系数;管网特性曲线HA=Hc-Q12为管网特性系数。三、工频工作方式工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出风

4、口的大小，到达改变风量的目的。如图2所示：align=center图2：工频工作方式时风机的工作特性/align从图2中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q1，风压为H1。保持风机的转速不变，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H2，风机工作点变为B点。由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。风机工作在A点时，其功率为PA=H1Q1/102;风机工作在B点时，其功率为PB=H2Q2/102。固然Q2H1，所以PA与PB的值变化不大，讲明采用工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。四、变频工作方式变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。通常采取的方式是保持

5、管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，到达改变风量的目的。如图3所示：风机工作在A点时，其功率为PA=H1Q1/102;风机工作在B点时，其功率为PB=H2Q2/102。Q2H1，所以PA与为PB的值变化较大，讲明采用变频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。align=center图3：变频工作方式时风机的工作特性/align由流体力学的原理可知，电机转速与流量、压力、耗能的关系如下：输出流量Q与转速n成正比，即：Q1/Q2=n1/n21输出压力H与转速n的平方成正比，即：H1/H2=n1/n222输出轴功率P与转速n的立

6、方成正比，即P1/P2=n1/n233假如讲，100%转速-100%流量-100%压力-100%输出功率，那么：80%转速-80%流量-64%压力-51%输出功率。就是讲，通过变频调速方式改变风机风量，风量下降20%时，风机轴功率将下降49%。这也是为什么变频调速在风机应用上节能特别显著的原因。五、利德华福原理及特点HARSVERT-VA系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属“高-高电压源型变频器，为单元串联多电平拓扑构造，主体构造由多组功率模块串联而成，进而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总谐波畸变小于4%，直接知足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入

7、功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，6kV为5级模块串联，共15个功率单元;10kV每个系统共有24个功率单元，每8个功率单元串连构成一相，其系统构造如图4所示。align=center图4：利德华福高压变频器系统构造/align逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出一样幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间相互错开一定电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，

8、所以dv/dt很小。功率单元采用相对较低的开关频率，以降低开关损耗，进步效率，变频器额定效率可达98%，考虑输入变压器后的总体效率仍在97%以上。由于采用移相式PWM，电机电压的等效开关频率大大进步，且输出电平数增加。6kV系列为5级模块串联，输出相电压为11电平;10kV系列为8级模块串联，输出相电压为17电平。电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低，所以这种变频器对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机。与普通采用高压器件直接串联的电流源型变频器及三电平电压源型变频器相比，由于采用功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内

9、直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用常规IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。功率单元采用模块化构造，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修也非常方便。由于采用功率单元串联构造，所以可以采取功率单元旁路选件，当功率单元故障时，控制系统可以将故障单元自动旁路，变频器仍可降额继续运行，大大进步了系统的可靠性。由于采用了高性能DSP芯片和新型一体化计算机，在秉承公司HARSVERT-A系列产品完美无谐波、高可靠性、功率/电压等级覆盖范围广、控制接口灵敏等优良品质的根底上，HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制高压变频调速产品可以实现功能更为丰富

10、、性能更高的高压大容量沟通传动控制。目前，HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制产品的性能指标为：调速范围100:1，稳态转速精度0.5%，动态转矩响应时间小于200ms，启动转矩150%额定转矩，到达国际先进程度。无需安装复杂且不易维护的测速装置，HARSVERT-VA系列变频器仅需对输出三相电压、两相电流进展检测，即可根据预先自动测定的电机模型，进展异步电动机的磁通和转矩解耦控制，实现低速大转矩负载启动和运行。六、熟料消费中特殊工艺对变频器的要求干法水泥消费线的窑尾高温风机是保证窑内负压的重要负载，但是在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机常见由于管道“塌料导致高温风机电机过

11、负荷跳闸，导致消费中断。而由于变频器装置的电力电子器件的过负荷才能的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可防止的，将给水泥消费线造成更多的损害。利德华福作为目前国内最大的高压变频器专业消费制造单位，十分针对高温风机的运行工艺情况进展了大量的调研，对变频器的核心控制系统进展了相应的设计，专门开发了可矢量运行的高压变频调速装置，成功解决了由于塌料引起的剧烈负载波动问题，大大降低了由于高温风机停运对消费造成的影响，降低电机设备故障率，获得节能、增效的宏大效益，得到用户普遍认可。高温风机由于“塌料导致的过负荷是由于在旋窑水泥消费线消费经过中的预热器管壁上的粉尘

12、粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加。此外，假如垂直烟道或者预热器内在清洁皮或者有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用经过中的“塌料现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用一般厂家的通用型高压变频器会导致变频器运行经过中频繁跳机，直接影响高温风机与消费线的正常运行。利德华福公司消费的高压变频器采用矢量控制算法，变频器对其输出电流进展实时、快速的准确控制传统的VVVF控制中，不对输出电流进展控制，输出电流的测量仅用于显

13、示和保护。在控制算法中对最大输出电流进展限制，因此不会因负载的波动导致变频器过流停机。七、天瑞水泥厂应用实例1.整体大概情况天瑞河南某水泥厂5000t/d二线有1台高温风机需要变频改造，目前，该风机是通过调整液耦开度及风机挡板改变风压、风量的。通过对现场的消费运行工艺、设备工况进展分析，以为这些设备存在以下几个问题：1高温风机采用液力耦合器调速，这种调速方法本质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低，需要断开电机与负载进展安装，维护工作量大，过一段时间就需要对轴封、轴承等部件进展更换，现场一般较脏，显得设备档次低，属淘汰技术。2还有些风机目前采用水电阻软启动，通过风门调

14、节风压、风量的。水电阻启动方式，仍然有近3倍额定电流对电网的冲击，且水电阻启动时间较慢，轻易造成水开锅的现象。3其余的高压风机设备采用调节入口蝶阀，它调整节流损失大、入口压力低、系统效率低，造成能源的浪费。因此，解决上述问题，可以考虑采用变频调速控制技术，利用高压变频器对风机电动机进展变频调速控制，实现消费才能的变负荷调节。这样，不仅解决了入口蝶阀控制系统效率低、设备工作特性差等难以克制的缺点，而且进步了系统运行的经济性指标;更重要的是减小了因入口蝶阀变化造成的压流损失，减轻了控制阀的磨损，降低了设备温升对设备性能的负面影响，延长设备使用寿命，节约能源，为降低厂用电率提供了良好的途径。2.现场

15、技术数据1电机、高温风机1台及液力耦合器参数表：2平均电价：0.5元/度。3年运行时间：T=8000h。3.工频、变频的耗电量比照：八、变频改造后的优点1变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。2系统效率得到进步，消除了风门挡板的损失，获得节能效果。3由于风机采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。4风机改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除41次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内，电流谐波总含量小于4%。5变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形根本接近正弦波，谐波总含量小于1%，上

16、述指标均知足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求。6利德华福变频器为电压源型构造，功率因数可高达0.95。7厂房设备噪声污染大大降低。目前很多水泥厂的风机大马拉小车现象严重。风机的风量调节方式根本通过挡板进展调节，耗能大，经济效益差，设备损坏严重，急需采用先进的高压变频调速进展技术改造，以降低水泥厂的电耗，进步企业的经济效益。理论证实，水泥行业风机采用高压变频调速技术，是必要、可行的，且经济效益显著。HARSVERT系列高压变频器可靠性高，输入、输出波形质量好，采用矢量控制技术，合适于水泥厂风机的变频改造，成功解决了水泥消费中的塌料引起的负载波动问题，大大进步设备运行的可靠性，节约大量能源，为水泥厂带来较大的经济效益和社会效益，具有很高的推广价值。