高溫風機變頻器自動降頻分析

張振華，陳作海，白建東，王興盛（山東水泥廠有限公司，山東 濟南 ）

1 存在的問題

我公司#3窯高溫風機高壓變頻現場原設備品牌為“合康變頻”，于2007年3月投入使用，連續運行超過12年，由于設備功率單元器件、電路板件等老化嚴重，故障率升高，對生產造成嚴重影響；同時老版本功率單元及板件均已停產，一旦出現故障修復極為困難。公司于2020年底對高溫風機變頻器進行升級改造，保留原變頻干式變壓器，對所有功率單元及控制系統進行升級改造，改造后效果良好，主要問題是在變頻器調速超過850r/min過程中出現自動降頻，電機電流132A，未超額定值（144A）無法滿足工況要求。

2 過程分析

#3窯高溫風機變頻器及電機基本參數見表1，2。

表1 變頻器銘牌參數

表2 #3窯尾高溫風機電機銘牌參數

開機后，高溫風機運行超過850r/min后變頻器振蕩限流，無法滿足現場生產需要。監控VF模式下變頻器運行情況，850r/min以下運行正常，給定880 r/min后變頻器開始自動降頻運行。

根據以上情況分析：現場窯產量額定2000t/d，實際運行到2600t/d，電機超負荷運行。異步機通用模式的控制方式為V/F曲線恒轉矩控制，轉矩無法自動調節，負荷過大與負壓波動引起輸出電流振蕩，力矩達到保護值（變頻設定保護值為6000 N·m）后變頻器自動降頻。

3 解決措施

對于常規的VF控制，電機的電壓隨著電機速度的降低而相對增加，導致勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻需要通過提高電壓來補償電機速度降低引起的電壓降，這叫轉矩提升。轉矩提升是提高變頻器的輸出電壓，然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流對應提高，因為電機電流和電機產生了轉矩分量和勵磁分量。因此必須引入矢量控制，把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和勵磁分量的數值。矢量控制可以通過電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產生大的轉矩，解決變頻保護降頻問題，同時也改善了電機低速時的溫升。

轉矩提升增加變頻器的輸出電壓，使電機的輸出轉矩和電壓的平方成正比的關系增加，從而改善電機的輸出轉矩。改善電機低速輸出轉矩不足，使用“矢量控制”，可以使電機在低速時的輸出轉矩達到電機在50Hz時供電輸出轉矩。

根據以上分析，采取了如下措施：

（1）停機后將VF控制方式改為開環矢量控制，異步機開環矢量控制方式將電機定子電流分解為勵磁電流和轉矩電流單獨控制，力矩不夠時可單獨調節轉矩電流，提升變頻器帶載能力。

（2）變頻器在增加轉速時力矩較大，為防止瞬間力矩過大造成變頻器保護降頻，將變頻器限流系數由110%調整為120%。

4 效果

再次開機監控數據，變頻器運行到842r/min時轉矩顯示7170 N·m，加速過程轉矩顯示9000 N·m，給定890r/min變頻穩定運行，轉矩顯示8600 N·m，電機電流達到額定值。高溫風機變頻器自3月15日開機至6月1日，運行穩定，未再出現降頻問題。