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關鍵詞：水泥、礦渣微粉磨、循環風機、高壓變頻器、節能

    摘要：本文主要介紹了匯川技術HD90系列高壓變頻器在唐山某建材有限公司礦渣微粉磨循環風機上的應用，變頻改造后，不僅循環風機系統的運行效率、穩定性、可靠性得以提高，而且具有巨大的節能空間。

一、概況

    眾所周知，水泥建材行業是國民經濟生產中的耗能大戶。在水泥生產過程中，風機的耗電量占其成本的比例非常高。近幾年，國家實行節能減排政策，針對水泥行業等耗能大戶重點改造;通過幾年的發展和總結，現國產高壓變頻器在風機水泵負載上的節能技術日趨成熟，節能減排效果明顯 。

    礦渣微粉為水泥、混凝土的重要添加劑，主要作用是可以提高水泥、混凝土的早強和改善混凝土的某些特性(如易和性、提高早強、減少水化熱等)。

    礦渣微粉等量替代各種用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。礦渣微粉作為高性能混凝土的新型摻合料，具有改善混凝土各種性能的優點，具體表現為：

    1)可以大幅度提高水泥混凝土的強度，能配制出超高強水泥混凝土;

    2)可以有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應性能，提高水泥混凝土的耐久性;

    3)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蝕性能，特別適用于抗海水工程;

    4)可以顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性;

    5)可以顯著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗滲性;

    6)可以顯著降低水泥混凝土的水化熱，適用于配置大體積混凝土;

二、方案描述

    2.1現場描述

    循環風機為礦渣微粉生產線中最重要的設備之一，在整個過程中占據了最重要的位置，唐山某客戶現場磨機為立磨機，所配備循環風機為630kW異步電機，電壓等級10kV，額定電流45.3A，風機設計余量大，節能空間很可觀。

    原系統采用工頻直接啟動的方式，啟動沖擊大，在原工頻運行工況下，風機采用擋板調節風量的方式進行，平常開度主要在60%左右，能源浪費嚴重，且運行過程中要實時的調節開度以保證微粉的正常收集，自動化水平很低，所以決定進行變頻改造，以達到節能和提高自動化水平的目的。

    2.2變頻方案

    根據現場負載情況，配置由匯川公司生產的高壓變頻器HD90-J100/800-DB,該產品具有矢量控制、控制性能好、過載能力強，操作方便，質量可靠、節電率高等優點。

    (1)一次系統方案

圖一：一次系統圖

    此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3和高壓開關QF1、電動機M組成(見上圖)。要求QS2和QS3之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合;工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。

    (2)HD90控制原理

    電網電壓經主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯星接后形成三相變頻電源給高壓電動機供電。根據串聯單元級數的不同，產品分為3kV、6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流最嚴格的諧波失真要求。無需任何功因補償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術，輸出為近乎完美的正弦波，無須加輸出濾器。電動機諧波損耗小，轉矩脈動小，無明顯電動機噪聲。電動機不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動機無附加電應力損害。

圖二：產品原理圖

    功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經IGBT H橋逆變后輸出脈寬調制(PWM)電壓。功率單元控制板由IGBT驅動電路和監測保護電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運行中功率單元故障時，變頻器可將故障單元自動旁路并繼續運行，等情況允許時再停機排除故障。

    (3)現場應用

    根據現場實際運行效果來看，電機運行平穩，無波動，客戶能夠實時根據不同工況要求進行調速，并且匯川HD90 系列高壓變頻器內置有多段速功能，通過提前對多段速進行設置，方便了客戶的使用。

    現場所配變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機械接觸器方式進行，能夠保證在單元出現故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機的運行，且軟件上具有非對稱旁路技術，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。

三、變頻改造優勢

    (1)節流裝置全開，根據不同工況調節電機頻率，節能效果顯著

    (2)延長電機及負載的使用壽命：變頻改造真正實現了電機及負載的軟啟動，減少了沖擊，能夠有效延長其使用壽命;

    (3)使用簡單、自動化水平高、檢修方便：變頻器具備遠程及本地兩種操作方式，能夠自由切換，操作方便簡單，且配備了旁路柜，方便檢修作業;

    (4)降低電機噪聲污染：變頻改造后將根據實際需求進行變頻調速，電機噪聲明顯降低，改善了工人的作業環境;

    (5)對電網諧波污染小：HD90系列高壓變頻器采用單元級聯型，10kV產品為48脈沖整流，對電網諧波污染小于國家標準;

    (6)提高功率因數，無需無功補償裝置。

四、現場應用照片

    圖三：微粉生產線照片

圖四：現場照片

五、匯川技術HD90高壓變頻器技術優勢

    1) 矢量控制技術

    HD90系列高壓變頻器具備矢量控制技術，基于電機d-q軸數學方程式解析，對電機定子電流解耦成勵磁分量電流和轉矩分量電流，并分別加以控制，以達到模擬自然解耦的直流電動機的控制效果。

    2) 非對稱旁路技術

    HD90系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。HD90的非對稱技術可以實現比傳統旁路方案更高的電壓輸出幅值。

    3) 飛車啟動功能

    HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對生產的影響以及對電網的沖擊。

    4) 雙路控制電源

    HD90控制系統采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作;一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時平滑無擾動。

    5) 來電自啟動功能

    電網瞬間跌落或波動時，系統可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機，連續生產提高系統生產效率。

    6) 高可靠性器件

    核心器件IGBT、整流二極管、高品質電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質器件，保證了運行的高可靠性，生命周期長。

六、結束語

    水泥建材行業歷來屬于高耗能行業，大功率電機數量巨大，常年工頻運行導致能源浪費嚴重，變頻改造不僅能夠實現顯著地節能效果，且能夠改善運行工藝，達到多重改造效果，經濟效益及社會效益顯著。

匯川技術有限公司依托多年的自動化行業的應用經驗，對水泥建材行業的變頻改造具有獨到的方案解決能力，HD90系列高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于建材、化工、冶金、電力、市政等多個應用領域。