隨著電氣技術的發展，變頻調速作為一種先進的電動機調速方式，其優異的性能以及帶來的可觀的經濟效益早已為人們所熟知。而國內變頻調速至今還主要應用在中小容量的低壓電動機上，經過考察研究，江蘇巨龍水泥集團決定對窯頭排風機進行改造，采用高壓變頻技術，在節能方面做出大膽嘗試。 窯頭排風機變頻調速節能可行性分析 窯頭排風機的風量控制主要靠風門的開度大小來實現，而風門的最大開度一直在50% 左右調節，根據風機應用手冊定義，轉速與風量成一次方關系，即n1/n2＝Q1/Q2，風壓與風量成二次方關系，即p1/p2＝（Q1/Q2）2，軸功率與風量成三次方關系，即W1/W2 ＝（Q1/Q2）3，由此得出，節電Δ W ＝ W1 － W2＝[（1－n2/n1）3]W1，理論節電率＝1－（n2/n1）3。由以上關系式，如果窯頭排風機開全風門，降低轉速，節電效果會相當明顯。 根據工藝要求，窯頭排風機對風壓的調節要求不高，因此，風門的開度對系統風壓的作用不會影響到工藝生產，完全可以滿足水泥生產過程的要求。 變頻器選型 目前，變頻技術飛速發展，供選擇的范圍比較寬，因此，只有全面分析各自的優缺點，根據實際情況選用，才能達到最優效率。初步確定以下3 個方案。 方案1：用輸入變壓器將6 kV的高壓降為660 V或更低，用低壓變頻器實現調速，再用輸出變壓器升到6 kV。此方案的缺點是效率低，技術性能一般，維護工作量大。 方案2：用額定電壓 6 kV 的高壓變頻器直接驅動電動機，實現變頻調速。此方案整體效率高，技術先進，結構簡單，可靠性高，缺點是投資大。 方案3：選用新的低壓電動機，取代原有的電動機。經輸入變壓器降壓后，用低壓變頻器調速。缺點是工期長，投資大，占地面積大，需要更換電動機及其輔助設備。 最后，經過分析及結合公司的實際情況，決定選方案2。 改造步驟及措施 方案確定后，我們又對變頻器的調速原理進行了全面的分析和理解之后，選用了希望—森蘭公司生產的SLANERT06－40高壓變頻器。希望—森蘭公司生產的完美無諧波高壓變頻器是一種新型的直接輸出高壓的變頻器，它采用若干個低壓PWM 變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，諧波分量小，功率因數高，輸出波形近乎正弦波，不存在諧波引起的電動機附加發熱、電動機軸電流以及轉矩脈動和噪聲。 （1）系統的電氣原理 1）2002年我公司對窯頭排風機電氣系統進行了改造，改造后系統的整體電氣原理如附圖所示。 其中，K M 1 ～K M 4 為高壓真空接觸器，K M 1 和K M 2為進線開關，KM3 為變頻輸出開關，KM4 為工頻旁路開關；R 為緩沖電阻，由3個管電阻串聯 使用。 2）考慮到系統出現塌料等不正常情況， 有時會造成系統風壓不穩， 為提高整個系統的自動調節能力， 我們將風壓信號取出， 作為變頻器調速的反饋信號， 以便實現自動調節的功能。 （2）變頻器的特性測試 變頻器投入后，為檢查其性能，我們對多種工況下變頻器工作狀況進行了詳細的測試，結果均達到了設計要求。 1）工頻運行模式 工頻旁路運行適用于變頻器主控制部分發生故障，無法對變頻器進行控制或因變頻器檢修而不希望影響生產時，通過起動旁路按鈕控制附圖中的KM4 閉合，KM3 分斷，直接進入工頻運行，工頻起動時，電流倍數在8倍以上，電壓降低6.5%，起動時間15 s。 2）變頻起動諧波分析 閉合附圖中的KM1、KM2、KM3、KM4，變頻器輸出電壓信號在變頻器輸出頻率10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz 時，分別進行測試分析，均未引起系統諧波含量增大，6 kV 母線電壓各次諧波含量和總畸變率基本沒有變化，波形幾乎為正弦波。 效果驗證 （1）通過對變頻器特性測試及兩年來的運行情況了解，變頻調速的主要優點如下： 1）電動機可以平緩地起動，減少了起動沖擊，且不需再配備起動裝置。 2）具有可靠的保護性能，變頻器具有過壓、欠壓、缺相、輸出接地、短路、過流及過載保護，并具有柜門打開后及控制電源失電后跳高壓開關，功率單元故障診斷功能。 3）控制單元與功率單元采用高精度、高速度的光纖數字通信，保證了控制信號傳輸的精度和速度，同時也保證了低壓控制電源部分與高壓電源部分很好的隔離。 4）具有高功率因數，高效率，高質量輸出，功率因數可超過0.95。 5）變頻器調速范圍為0～100% 連續可調，頻率精度可達± 0.5%。 6）在液晶人機界面，可通過鍵盤直接進行設定，控制器有各種故障診斷、調節及邏輯功能、組態及顯示等功能。 （2）節能分析 1）檢修費用的經濟分析 電動機由于轉速降低，機械磨損及風機振動減少，軸承溫度降低，可以延長排風機軸承、風葉等機械部件的使用壽命，檢修周期可以大大延長。同時減少了風機的噪聲，改善了工作環境。 2）節約電能的經濟分析 我們對運行情況進行了跟蹤統計，未改造前，窯頭排風機的運行電流一直在28 A左右，改造后，電流平均低于16A，P[sub]節電[/sub]＝ 1.732 × 6 000 × 12 ×0.85＝106 kW（0.85為功率因數），改造后的排風機的節電至少在40%左右。照此計算，一年的節約費用（電費按0.32元/kW·h 計算，運轉率90%）365 × 24 × 90% × 106 × 0.32 ＝26.7萬元，經濟效益可觀，這將有利于企業降低生產成本，提高產品的市場競爭能力。