水泥企業電氣變頻技術節能研究

陳紅濤

（冀東水泥鳳翔有限責任公司，陜西 寶雞 721400）

1 轉子變頻調速技術在高溫風機電動機上的應用優勢

風機作為水泥生產用量最大的通用耗電設備之一，其能耗對生產成本影響很大。但目前我國的實際情況是，大部分風機不是在設定工況下運行，而是處于變工況下運行，為滿足其要求，就需對風機轉速進行調節。使用變頻調速裝置調節風機，不僅能獲得顯著的節能效果，而且能很方便地實現平滑的無級調速，準確地控制風量，滿足生產工藝的特殊需要。

2 1600KW 高溫風機電動機轉子變頻調速系統的工程應用與分析

如圖1 所示，其特征在于：升壓斬波器（BC）、逆變器（TI） 采用全可控絕緣門雙極開關管IGBT，不可控整流器（DR） 和升壓斬波器（BC） 之間接有第一電流電壓采集系統（UIMl），第一電流電壓采集系統（UIMl） 的輸出和第一內環電流控制器（NFCl） 連接至第一可編程控制器（PLCl），第一可編程控制器（PLCl） 以及與其連接的第一內環電流控制器（NFCl） 的PWM 輸出連接至升壓斬波器（BC） 的輸入端，升壓斬波器（BC） 和逆變器（T1） 之間接有第二電流電壓采集系統（UIM2），第二電流電壓采集系統（UIM2） 輸出和第二內環電流控制器（NFC2） 連接至第二可編程控制器（PLC2），第二可編程控制器（PLC2） 以及與其連接的第二內環電流控制器（NFC2） 的PWM 輸出連接至逆變器（T1） 的輸入端。

第二可編程控制器（PLC2） 以及與其連接的第二內環電流控制器（NFC2） 實施對逆變器（T1） 的內環電流進行控制，第一可編程控制器（PLCl） 實施對逆變器（T1） 的電壓進行控制，第一可編程控制器（PLCl） 連接至調速系統（FC） 中的過流過壓過熱檢測，以及連接至電動機系統（MD） 和調速系統（FC），第一可編程控制器（PLCl） 和第二可編程控制器（PLC2） 互聯。第一可編程控制器（PLCt）以及與其相連的第一內環電流控制器（NFCl） 實施對升壓斬波器（BC） 的內環電流進行控制，第一可編程控制器（PLCl） 實施對調速系統（FC） 的外環速度控制，同時實施對電動機系統（MD） 和調速系統（FC） 的程序控制以及可調水阻（FR） 控制。

第一可編程控制器（PLCl） 和第二可編程控制器（PLC2） 用于：1） 電機上電后，對自身進行初始化，使控制系統處于準備工作狀態；2） 讀入系統參數；3） 觸摸屏顯示開始工作，用戶輸入操作信息，如工藝類型，工藝參數等，決定逆變電壓給定值；4） 由可調水阻啟動器FR 進行啟動電機；5） 電動機啟動未轉換至調速前，斬波器BC 脈寬跟蹤實際轉速，以實現全速至調速的無擾動切換；6） 檢測電機轉數達到額定值否，如果未達到，則返回步驟（5）；7） 從第一電流電壓采集系統（UIMl） 獲取信號來判斷檢測信號調速系統是否處于正常工作狀態，如果不正常，進入步驟（5）；8） IGBT 逆變器（T1） 投入工作，為升壓斬波器（BC） 建立直流母線電壓；9） 當電動機速度上升到調速預置值時，則調速系統無擾動的由水阻啟動器（FR） 切換到數字調速系統，升壓斬波器（BC） 的脈寬給定切換至預置值；在進入調速狀態后，內環電流控制和外環速度控制系統工作，采用電流環和速度環的雙閉環反饋控制系統和模糊PID 的控制算法，保持電動機的速度恒定和有良好的動、靜態品質；在調速過程中第一可編程控制器（PLCl） 同時對水阻器的阻值進行控制，使之實時跟蹤當前的調速值；從第二電流電壓采集系統（UIM2） 獲取信號檢測逆變回路是否存在過流、過壓等故障，若無則跳至步驟（10）；10） 系統保護，轉入可調水阻器的調速狀態。

高溫風機啟動時，高溫風機電機的轉子側與轉子變頻調速裝置須先斷開，通過水阻調速柜啟動電機。在高溫風機電機前，變頻調速裝置內的真空交流接觸器KMl 須閉合，高溫風機電動機轉子接水阻調速柜，整流柜的真空交流接觸器KM2 斷開，從而高溫風機電動機轉子與轉子變頻調速裝置斷開，逆變柜的真空交流接KM4 須斷開，使得轉子變頻調速裝置逆變器與10KV 高壓電網斷開，為高溫風機電動機通過水阻柜啟動創造條件。

3 1600KW 高溫風機電動機轉子變頻調速系統性能分析

1600KW 高溫風機電動機轉子變頻調速系統的無擾動切換雙PLC 智能調速技術，能使電機在調速系統出現故障的情況下仍能維持調速運轉，且無需停機，轉子變頻調速系統可檢修，不影響生產線的正常生產；轉子變頻調速系統運行過程中可能會遇到電機過載，嚴重時會造成整個電機系統故障，轉子變頻調速系統采用雙閉環控制技術瞬時降低轉速，使設備避開過載電流，設備的穩定性、可靠性大大提高。

4 結語

本文研究的高壓大功率異步電動機轉子變頻調速系統，雖然已用于實際工程項目開發，本人認為以下方面還有待后續研究和完善：1） 采用PWM 整流器與PWM 逆變器，優化系統；2） 與監控中心計算機實施遠程通信，遠程監控中心計算機直接對所述調速系統的狀態進行遠程監控；3） 轉子短接，直接變頻啟動和調速。