淺談水泥行業變頻器的選用

鄭江順 趙哲 郭騰云

中材建設有限公司（100176）

淺談水泥行業變頻器的選用

鄭江順 趙哲 郭騰云

中材建設有限公司（100176）

介紹了水泥行業各種負載的特性，闡述了變頻器容量、輸出電壓及電力電纜的選用，達到提高生產率和節約能源的目的。

變頻器；選用；水泥行業

為達到提高生產效率和節能降耗的目的，水泥行業變頻器的應用日趨廣泛。正確選用變頻器對機械設備及系統的正常運行至關重要。選擇變頻器要滿足機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、啟動轉矩和使用環境的要求，然后選擇何種控制方式和防護結構的變頻器。

1 負載特性

對于水泥廠各種風機類的負載，由于空氣在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度n的二次方成正比。隨著轉速的減小,轉矩按轉速的二次方減小，這種負載所需的功率與速度的三次方成正比。因此不應使這類負載超工頻運行。此類負載在過載能力方面要求較低，變頻器容量等于電動機容量即可。同時此類負載對轉速精度要求不高，因此選用普通功能型v/f控制方式的變頻器完全可以滿足要求。

對于大慣性負載，如水泥廠的旋轉窯，負載慣性很大，同時還要考慮窯體內滿料的情況，因此啟動時可能會振蕩，應該選用容量較大的變頻器來加快啟動，避免振蕩。

對于下行皮帶等負載，需選用相應的具有能量回饋功能的四象限運行的變頻器。

對于同軸雙驅動的負載，應選用帶有主、從控制功能的變頻器。

對于選粉機，變頻器需配置制動電阻。在變頻器直流側設置制動單元組件，將再生電能消耗在制動電阻上來實現制動。

對于羅茨風機，其啟動電流很大,所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

2 變頻器容量的選用

變頻器的額定功率指的是它適用的4極交流異步電動機的功率。同容量電動機，其極數不同,電動機額定電流不同。隨著電動機極數的增多,電動機額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動機額定功率為依據。

選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映變頻器負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。在確定變頻器容量前應仔細了解生產工藝設備的情況及電動機參數。

變頻器與電動機的匹配主要還是電動機的額定電壓及額定電流。如果電動機額定電流小于同功率的變頻器的額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了。如果電動機額定電流大于同功率的變頻器的額定電流，只好用大一級的變頻器。

對于異步電動機，變頻器的容量選擇應以變頻器的額定電流大于或等于電動機的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節約資金。

對于重載應用以及啟動頻繁的負載，變頻器的容量要考慮放大。

若用一臺變頻器驅動多臺電動機時，變頻器容量應比多臺電動機容量之和大,并且只能選擇f控制模式，不能用矢量控制模式。因矢量控制模式只能對應一臺變頻器驅動一臺電動機，而且變頻器的額定電流應等于或大于各臺電動機的額定電流之和。

當多臺變頻器的逆變單元共用一個整流、回饋單元時，即采用公共直流母線方式，有利于多臺逆變器制動能量的儲存和利用。此時整流、回饋單元的容量要足夠大，并要設有防止變頻器整流橋過載損壞的保護措施，在使用中多臺電動機不能同時制動。

3 變頻器輸出電壓的選用

以某項目為例,業主要求對于250 kW以下的電機，選用400 V電壓等級輸出的變頻器，250～1 500 kW的電機選用690 V電壓等級輸出的變頻器，1500 kW以上的電機選用高壓變頻器。但是對于250～355 kW這一檔位的電機，是使用690 V輸出的變頻器還是使用400 V輸出的變頻器更為經濟還值得商榷。如使用690 V輸出的變壓器，在系統配電上還需增加一臺輸入變壓器以及相應的中壓配電柜，因此需要綜合考慮。同樣對于1 000～1 500 kW的電機是使用690 V輸出的變頻器還是使用高壓變頻器也值得探討。

因此選擇變頻器電壓等級的方法要綜合考慮設備材料價格和其損耗價格，采用國際通用的綜合能效費用法探討一下，哪種電壓等級更適應技術經濟要求。

4 電抗器的選用

為了減小變頻器對其他設備和電網的干擾，同時防止電網和其他干擾源對變頻器的干擾，在變頻器的輸入、輸出端配置濾波器、交流電抗器、平波電抗器等抗干擾設備是有效抑制干擾的措施。

根據運行經驗，變頻器所接電源的容量與變頻器容量之比為10∶1以上，電源容量為600 kVA及以上，且變頻器安裝位置離大容量電源在10 m以內，應配置輸入電抗器。三相電源電壓不平衡率大于3%的情況下，應配置輸入電抗器。

為了減輕變頻器輸出du/dt對外界的干擾,降低輸出波形畸變，達到環保標準，減少電動機繞組因電壓沖擊而造成的損壞，降低電動機的溫升和噪聲，避免在變頻器輸出功率管因過大的脈沖沖擊電流的損壞,有必要在變頻器輸出端增設交流電抗器。

當變頻器和電動機之間的電纜超過一定距離時，隨著變頻器輸出電纜的長度增加，其分布電容明顯增大，從而造成變頻器逆變輸出的容性尖峰電流過大引起變頻器保護動作，因此必須使用輸出側交流電抗器。變頻器至電動機的電纜在超過多長距離時應加裝輸出濾波電抗器，還應參閱各變頻器生產廠商提供的使用手冊。

5 變頻調速系統電力電纜的選用

變頻調速系統電源側電纜必須是三芯或四芯屏蔽電纜。電纜屏蔽的有效性規則是，屏蔽層越緊密，電磁輻射就越低。變頻調速系統電動機側的電纜必須滿足電源側電纜的最低要求。

采用對稱屏蔽電纜也可以減少變頻調速系統的電磁輻射，也減小電動機的軸電流和由此引起的軸承磨損。

總之,只有正確選用變頻器及其系統配置，才能更好地發揮變頻傳動的作用，達到提高生產效率和節約能量的目的。