變頻調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速范圍寬、傳動(dòng)效率高、節(jié)電顯著等一系列優(yōu)點(diǎn), 20 世紀(jì)90 年代以來, 變頻器在技術(shù)性能上已有了很大的提高, 推廣應(yīng)用的條件已很成熟, 在我國水泥行業(yè)應(yīng)用取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。2004 年, 陜西省咸陽市菊花水泥廠在其技改項(xiàng)目中, 對(duì)其生產(chǎn)線上的所有調(diào)速電機(jī), 均使用富士制造的交流變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速。作者參與了這一技術(shù)的實(shí)施, 下面就對(duì)此項(xiàng)目作一簡(jiǎn)要介紹。

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1 變頻器的選用

變頻器具有較多的品牌和種類, 性能價(jià)格相差很大。使用中, 要根據(jù)工藝環(huán)節(jié)的具體要求, 選用滿足性能要求的價(jià)格相對(duì)較低的品牌和種類。變頻器可按以下多種方法進(jìn)行分類。

( 1) 按控制方式不同可分為通用型和工程型。通用型變頻器一般采用給定閉環(huán)控制方式, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度相對(duì)較慢, 在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能滿足設(shè)備恒功率的運(yùn)行特性, 但在低速時(shí)難以滿足恒功率要求。工程型變頻器在其內(nèi)部通過檢測(cè)設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)限制的環(huán)節(jié), 在設(shè)備低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可保持較好的特性實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。在水泥廠喂料、卸料、窯轉(zhuǎn)速等工藝環(huán)節(jié), 由于控制相對(duì)簡(jiǎn)單, 要求不高, 為降低價(jià)格、便于維護(hù), 選擇通用性變頻器即可。

( 2) 按安裝形式不同可分為四種: ①固定式(壁掛式), 功率多在37 kW以下; ②書本型, 功率從0.2～37 kW, 占用空間相對(duì)較小, 安裝時(shí)可緊密排列; ③裝機(jī)/裝柜型, 功率為45～200 kW, 需要附加電路及整體固定殼體, 體積較為龐大, 占用空間相對(duì)較大;④柜型, 控制功率為45～1 500 kW, 具③的特點(diǎn)且占用空間更大。選用時(shí)可根據(jù)受控電機(jī)功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝條件選用合適類型。

( 3) 從調(diào)速范圍及精度可分為三種: ①變頻器FC( 頻率控制) , 調(diào)速范圍1∶25; ②變頻器VC( 矢量控制) , 調(diào)速范圍1∶100～1∶1000; ③變頻器SC( 伺服控制) , 調(diào)速范圍1∶4000～1∶1000。在水泥生產(chǎn)線上一般選用FC 方式即可滿足生產(chǎn)要求。

此外, 從變頻器的電壓等級(jí), 可分為1AC230V,3AC208 ～230 V, 380 ～460 V, 500 ～575 V, 660 ～690 V等級(jí), 應(yīng)根據(jù)要求做出正確的選擇; 從變頻器的防護(hù)等級(jí), 可分為IP00 和IP54 二類, 要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況作出相應(yīng)的選擇。

變頻器選型時(shí), 應(yīng)兼顧上述各點(diǎn)要求, 根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況正確選擇合適的形式; 變頻器的容量選擇, 應(yīng)滿足在比較大工作電流時(shí)不超過變頻器的過載容量(電流)。此外, 相同設(shè)備配用的變頻器的規(guī)格應(yīng)盡可能統(tǒng)一, 以利于備品備件的準(zhǔn)備, 便于維修管理; 同時(shí)還要考慮生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)質(zhì)量等情況。

根據(jù)變頻器的種類、性能和價(jià)格和以上選型的要求, 結(jié)合菊花水泥廠所有調(diào)速電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況, 我們選用富士一般工業(yè)用G11S 系列變頻器實(shí)施對(duì)調(diào)速電機(jī)的變頻調(diào)速改造。G11S 系列變頻器的特點(diǎn)如下: 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制; 0.5 Hz 輸出200% 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩; 使用PG 卡可達(dá)2/10 000 精度; 具有在線自整定功能; 自帶RS- 485 通訊卡,可接各種現(xiàn)場(chǎng)總線; 具豐富的保護(hù)功能與維護(hù)功能。

2 變頻器的安裝

水泥廠因生產(chǎn)線粉塵較大, 調(diào)速機(jī)械大多安裝在室外或庫下, 環(huán)境較其它行業(yè)相比較為惡劣, 而操作人員一般集中在電控室, 變頻器作為較精密的儀器設(shè)備, 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)常無人且環(huán)境較差, 對(duì)設(shè)備不利。故在此水泥生產(chǎn)線上, 我們專門把變頻器安裝在電控室內(nèi), 并配有專用的除塵、降溫設(shè)備, 盡可能保證提供設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的環(huán)境。

變頻器控制線在安裝時(shí)采用屏蔽電纜, 并且在布線范圍內(nèi)保證其與動(dòng)力線相距>0.1m, 相交時(shí)轉(zhuǎn)90°。為了避免變頻器控制信號(hào)受到干擾, 將控制線與動(dòng)力線放在不同的電纜托架(或線框)內(nèi)。變頻器負(fù)載輸出線也采取屏蔽措施, 選用鎧裝電纜, 以避免變頻器對(duì)附近儀表產(chǎn)生干擾。

通常變頻器連接到電機(jī)的電纜長度要求不能超過50m, 使用屏蔽電纜不能超過25m。這就必須要考慮變頻器到受控電機(jī)之間的距離問題, 在此次安裝中碰到超過規(guī)定距離的情況。我們采取的措施有兩個(gè), 其一是在超過規(guī)定距離的線路上串入電流值適合的出線電抗器; 其二是加大變頻器功率一個(gè)等級(jí)。使用這兩種方法后, 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用正常。

3 參數(shù)設(shè)置與調(diào)試

變頻器參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試工作是設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)根本保障措施。現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的許多問題往往是參數(shù)的設(shè)置問題而與設(shè)備本身無關(guān), 由此可見, 合理正確設(shè)置參數(shù)很重要。在此次調(diào)試中共使用了8 臺(tái)變頻器, 功率范圍從2.5 ～110 kW。除了回轉(zhuǎn)窯用的一臺(tái)變頻器( 110 kW) 外, 其余7 臺(tái)在調(diào)試中, 參數(shù)均為出廠設(shè)置值未作改動(dòng), 證明所應(yīng)用的7 臺(tái)電機(jī)的工作特性符合常規(guī)設(shè)備的特點(diǎn)。

回轉(zhuǎn)窯變頻器在剛開始調(diào)試時(shí)碰到了困難。剛開始空載運(yùn)行時(shí), 變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常; 加上負(fù)載后, 變頻器頻率指示只有幾個(gè)赫茲, 電機(jī)發(fā)熱不運(yùn)轉(zhuǎn), 帶電1min 后, 出現(xiàn)電流過大錯(cuò)誤提示, 變頻器不再工作。針對(duì)上述現(xiàn)象, 我們首先檢查變頻器硬件, 均為正常。因此判斷問題主要是參數(shù)設(shè)置不合理所造成。

為了解決此問題, 我們從分析回轉(zhuǎn)窯負(fù)載特點(diǎn)入手。啟動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料處于正下方, 在窯啟動(dòng)并不斷加速的過程中, 整個(gè)窯體及窯內(nèi)的物料克服自身慣性而升速, 當(dāng)物料偏移正下方比較大角度時(shí), 此時(shí)所需轉(zhuǎn)矩比較大, 這是個(gè)加速過程, 一個(gè)克服設(shè)備巨大慣性的過程。一旦驅(qū)動(dòng)電流克服了這種大慣性負(fù)載而啟動(dòng)起來, 維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)能量及轉(zhuǎn)矩就很小了。根據(jù)以上特點(diǎn), 在參數(shù)設(shè)置上采取了以下措施。

( 1) 在低頻段適當(dāng)提高V/F 的值, 這樣有利于提高電動(dòng)機(jī)出力; 對(duì)于富士變頻器來說, 應(yīng)修改F04基本頻率這個(gè)參數(shù), 因?yàn)樗鼘?duì)于基本頻率的定義為達(dá)到額定電壓時(shí)的比較低頻率。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn), 把基本頻率由50Hz 改為32 Hz。即V/F 的值由7.6, 改為11.875。但在滿足啟動(dòng)要求的情況下, 提升值越小越好, 一般情況下應(yīng)小于10。這樣做能減小電動(dòng)機(jī)損耗, 降低電動(dòng)機(jī)溫升, 避免造成過流保護(hù)。

( 2) 設(shè)置比較低頻率。由于煤粉中經(jīng)常混有各種雜物, 啟動(dòng)時(shí)往往負(fù)荷較大, 除我們適當(dāng)選大電動(dòng)機(jī)和變頻器容量外, 關(guān)鍵是設(shè)定一個(gè)起動(dòng)頻率, 這樣有足夠的轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的反復(fù)實(shí)驗(yàn), 把啟動(dòng)頻率設(shè)為5Hz。( 3) 加減速時(shí)間設(shè)定。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求, 起動(dòng)時(shí)間和停車時(shí)間不能太快,太快容易過流過壓現(xiàn)象, 合理選擇加減速時(shí)間非常重要。原出廠設(shè)定為20 s, 現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)啟停特點(diǎn), 啟動(dòng)時(shí)間為7 s, 停車時(shí)間為15 s。通過上述設(shè)置, 回轉(zhuǎn)窯變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常, 電流、電壓指標(biāo)正常。

4 結(jié)語

( 1) 經(jīng)過半年的安裝、調(diào)試, 菊花水泥廠8 臺(tái)調(diào)速電機(jī)經(jīng)變頻器調(diào)速改造后, 于2004 年6 月開始試生產(chǎn), 到現(xiàn)在已經(jīng)一年, 所用富士G11S 系列變頻器一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常, 未出現(xiàn)任何故障。

( 2) 從應(yīng)用情況看, 變頻調(diào)速是在水泥廠節(jié)能改造中優(yōu)勢(shì)顯著, 但在應(yīng)用中, 要合理選型, 正確安裝, 做好變頻器參數(shù)設(shè)置與調(diào)試以取得良好的使用效果。

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