回轉窯改用交流變頻拖動時電動機的選型

摘要：本文闡述了交流變頻拖動技術在回轉窯時的可行性，及回轉窯改用交流變頻拖動時電動機的選型方法。并以實例給予說明。

關鍵詞：回轉窯 變頻器 最大轉矩 過載

1 概述

在我國冶金和水泥行業，回轉窯是必不可少的生產設備。回轉窯的拖動方式，過去通常采用三相異步繞線式電動機串電阻拖動，由于這種拖動方式能耗大、調速不平穩等缺點，在20世紀60~70年代，直流拖動系統逐步取而代之。

直流拖動系統具有啟動轉矩大、調速平穩、節能降耗等優點，但也存在不足，主要表現在：①直流電動機整流子和電刷維護困難， 檢修費用高，故障率高；②需要專門的供用電設備(如：整流變壓器、直流接觸器、直流控制電源等)，備件的通用性差。

20世紀80年代，隨著交流變頻拖動技術日趨完善，國內許多大型企業把交流變頻拖動技術廣泛的應用在風機、泵類等生產機械上，取得了明顯的經濟效益。那么，把交流變頻拖動技術應用在回轉窯的拖動是否可行呢？

2可行性分析

回轉窯是大型的生產設備，從直徑1米至5米，從長度幾十米至上百米不等。由于轉動慣量大，一般通過幾級減速傳動系統后由電機拖動。若采用交流變頻技術拖動回轉窯，必須滿足以下條件：

2.1 選擇的電動機最大轉矩，經減速系統傳遞后必須能夠克服回轉窯最大轉矩，滿足啟動條件。

近幾年，國內電機生產廠家的技術水平迅速與國際先進水平接近，已經能夠生產出適用與國內電壓等級的大中型電動機。電動機的轉子為特殊工藝制造的鑄鋁轉子，轉子籠條、端環及風葉等一次鑄造成型，提高了可靠性，增大了允許拖動負載的轉動慣量，有較高的堵轉轉矩，允許堵轉時間長，有良好的電氣性能。通過合適的選型，可以滿足回轉窯高啟動轉矩的需求。

2.2 選擇的變頻器輸出的頻率范圍，能夠使電動機在0~n轉/分鐘 之間任意調速，滿足回轉窯生產工藝轉速要求。

目前市面銷售的變頻器其頻率均可在0~100HZ或者0~300HZ 之間任意調整，完全能夠滿足電動機在任意速度之間調速。

因此，采用變頻器技術拖動回轉窯的條件已經具備。那么，回轉窯改用交流變頻拖動時如何選用合適的電動機呢？

3 電動機的選型

3.1 電動機級數的選擇

根據回轉窯的工藝轉速要求，合理選擇電動機的額定轉速，使電動機在整個運行速度范圍內，連續負載容量盡可能高。

電動機與回轉窯轉速之間的關系：

nd=nfz×ind=電動機的轉速

nfz=回轉窯的轉速

i=減速系統減速比

電動機轉速與級數的關系：

n=60f÷2p n=電動機的額定轉速

2p=電動機的級數

f=電動機的供電頻率

3.2電動機功率的選擇

選擇電動機的額定功率必須高于所驅動的機械要求的連續功率。

電動機的功率與轉矩之間的關系如下：

P=n×Me/9550 P=功率(kW)

n=轉速(rpm)

Me=轉矩(Nm)

選擇電動機的最大轉矩，必須能夠克服回轉窯最大轉矩，即最大轉動慣量。根據回轉窯實際運行狀況，其最大轉動慣量發生在回轉窯啟動至轉動π/2弧度之間，它與物料的多少、黏結度和窯體本身的水平曲直有關，并隨之變化，其具體數據可以通過理論計算或實際測量計算求得。在此，介紹一種簡單的測算方法：

我們知道電動機拖動方程是：

可以近似認為輔助電機拖動回轉窯運轉時，回轉窯的靜態轉矩折算后等于該電機的輸出轉矩Md。而電機的轉矩近似正比于電機的定子電流Id，即：

Md=Mjt∝Id

所以，通過測定輔助電機的定子電流Id，可以測算回轉窯的靜態轉矩。

4 應用實例

如圖所示，是中鋁股份河南分公司氧化鋁廠一臺 4*100M熟料回轉窯傳動示意圖。該回轉窯系統是通過一臺主電機經過三級減速后拖動窯體在一定速度范圍內轉動，以滿足生產工藝要求。另外，該系統還配置了一臺輔助電機，經過兩級減速后可以與主減速機高速軸連接，以滿足檢修或者慢速轉動需求。目前采用他勵直流拖動，參數如下：

4.1 電動機級數選擇：

電動機的轉速n=398.8×2.2=877.36rpm

6級電動機的同步轉速1000rpm，可選用6級三相交流電動機。

4.2 電動機功率的選擇：

從已知條件可以計算出，若以輔助電機拖動為參照，那么從輔助電機至回轉窯的傳動速比是：

398.8×15.57=6209.32

若用此速比除以輔助電機額定轉速：

6209.32÷730=8.51

即：當以輔助電機拖動回轉窯運轉時，大窯每轉動一圈 （2π弧度 ），需要時間8.51分鐘(510.6秒)。此時回轉窯的運行速度折算為線速度是：0.0246 m/s。可以近似的認為，輔助電機拖動回轉窯運轉時的輔助電機的輸出轉矩經減速傳動系統折算后近似等于回轉窯的靜態轉矩。

該回轉窯的輔助電機定子電流Id測試結果及測算轉矩如下：

從表二中可以看出，回轉窯最大靜態轉矩變化幅度非常大。輔助電機工作在45A時靜態轉矩最小，是4360.15 N.M；輔助電機工作在71A時靜態轉矩最大，是6879.94 N.M。電動機啟動時，只有克服回轉窯最大靜態轉矩6879.94 N.M，才能保證啟動成功。

目前一般鼠籠電動機的啟動轉矩是1.8Ｍｅ。根據電動機轉矩公式：

選用6級三相異步交流電動機所需的電動機功率：

P=1000×(6879.94÷1.8)÷9950

= 400.２(Kw)

可選Y系列電動機400KW，電機的參數如下：

電動機額定電流：Ie=709A

電動機同步轉速：n=1000rpm

電動機額定轉速：Ne=990rpm

電動機額定轉矩：Me=3858.6N.m

5 結束語

中鋁股份河南分公司氧化鋁廠2#熟料窯改變頻拖動時根據以上方法選型了一臺電動機，其技術數據如下：

規格型號 YTPQ450-6額定容量 400KW

額定電流 751A 額定轉速 985r/min

功率因數 0.85絕緣等級 F級

生產日前 2001.11

生產廠家 沈陽電機股份有限公司

自2002年3月安裝運行以來，電動機的輸出功率根據回轉窯的負荷大小在67~93％之間波動，完全滿足了生產要求。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文