变频调速在窑头风机上的应用

近年来，随着电力电子技术的飞速发展，IGBTE及GTO的出现，实现了元件的自关断功能，降低了开关损耗，提高了效率，同时由于开关频率的提高，变换器采取了PWM控制，大大降低了电动机的谐波损耗，减少了转矩脉动，加快了调节速度。
    随着电气技术的发展，变频调速作为一种先进的电动机调速方式，其优异的性能以及带来的可观的经济效益早已为人们所熟知。而国内变频调速至今还主要应用在中小容量的低压电动机上，经过考察研究，江苏巨龙水泥集团决定对窑头排风机进行改造，采用高压变频技术，在节能方面做出大胆尝试。


变频器选型
    目前，变频技术飞速发展，供选择的范围比较宽，因此只有全面分析各自的优缺点，根据实际情况选用，才能达至最优效率。初步确定以下3个方案。
    方案1：用输入变压器将6kV的高压降为660V或更低用低压变频器实现调速，再用输出变压器升到6kV。此方案的缺点是效率低，技术性能一般，维护工作量大。
    方案2：用额定电压6kV的高压变频器直接驱动电动机，实现变频调速。此方案整体效率高，技术先进，结构简单，可靠性高，缺点是投资大。
    方案3：选用新的低压电动机，取代原有的电动机。经输入变压器降压后，用低压变频器调速。
改造步骤及措施
    方案确定后，我们又对变频器的调速原理进行了全面的分析和理解之后，选用了希望一森兰公司生产的SLANERT06—40高压变频器。希望一森兰公司生产的完美无谐波高压变频器是一种新型的直接输出高压的变频器，它采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，谐波分量小，功率因数高，输出波形近乎正弦波，不存在谐波引起的电动机附加发热。电动机轴电流以及转矩脉动和噪声。
    （1）系统的电气原理
    1）2002年我公司对窑头排风机电气系统进行了改造，改造后系统的整体电气原理如附图所示。
    其中，KM1～KM4为高压真空接触器，KM1和KM2为进线开关，KM3为变频输出开关，KM4为工频旁路开关：R为缓冲电阻，由3个管电阻串联使用。
    2）考虑到系统出现塌料等不正常情况，有时会造成系统风压不稳，为提高整个系统的自动调节能力，我们将风压信号取出，作为变频器调速的反馈信号，以便实现自动调节的功能。
    （2）变频器的特性测试
    变频器投入后，为检查其性能，我们对多种工况下变频器工作状况进行了详细的测试，结果均达到了设计要求。


    1）工频运行模式  工频旁路运行适用于变频器主控制部分发生故障，无法对变频器进行控制或因变频器检修而不希望影响生产时，通过起动旁路按钮控制附图中的KM4闭合，KM3分断，直接进入工频运行，工频起动时，电流倍数在8倍以上，电压降低6.5％，起动时间15s。
    2）变频起动谐波分析  闭合附图中的KM1、KM2、KM3、KM4，变频器输出电压信号在变频器输出频率10Hz、20Hz、30Hz、40Hz时，分别进行测试分析，均未引起系统谐波含量增大，6kV母线电压各次谐波含量和总畸变率基本没有变化，波形几乎为正弦波。
效果验证
    （1）通过对变频器特性测试及两年来的运行情况了解，变频调速的主要优点如下：
    1）电动机可以平缓地起动，减少了起动冲击，且不需再配备起动装置。
    2）具有可靠的保护性能，变频器具有过压、欠压、缺相、输出接地、短路、过流及过载保护，并具有柜门打开后及控制电源失电后跳高压开关，功率单元故障诊断功能。
    3）控制单元与功率单元采用高精度、高速度的光纤数字通信，保证了控制信号传输的精度和速度，同时也保证了低压控制电源部分与高压电源部分很好的隔离。
    4）具有高功率因数，高效率，高质量输出，功率因数可超过0.95。
    5）变频器调速范围为0～100％连续可调，频率精度可达±0.5％。
    6）在液晶人机界面，可通过键盘直接进行设定，控制器有各种故障诊断、调节及逻辑功能、组态及显示等功能。
    （2）节能分析
    1）检修费用的经济分析电动机由于转速降低，机械磨损及风机振动减少，轴承温度降低，可以延长排风机轴承、风叶等机械部件的使用寿命，检修周期可以大大延长。同时减少了风机的噪声，改善了工作环境。