水泥企業(yè)電氣變頻技術(shù)節(jié)能研究

陳紅濤

（冀東水泥鳳翔有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721400）

1 轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)在高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

風(fēng)機(jī)作為水泥生產(chǎn)用量最大的通用耗電設(shè)備之一，其能耗對(duì)生產(chǎn)成本影響很大。但目前我國(guó)的實(shí)際情況是，大部分風(fēng)機(jī)不是在設(shè)定工況下運(yùn)行，而是處于變工況下運(yùn)行，為滿足其要求，就需對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)，不僅能獲得顯著的節(jié)能效果，而且能很方便地實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，準(zhǔn)確地控制風(fēng)量，滿足生產(chǎn)工藝的特殊需要。

2 1600KW 高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用與分析

如圖1 所示，其特征在于：升壓斬波器（BC）、逆變器（TI） 采用全可控絕緣門雙極開關(guān)管IGBT，不可控整流器（DR） 和升壓斬波器（BC） 之間接有第一電流電壓采集系統(tǒng)（UIMl），第一電流電壓采集系統(tǒng)（UIMl） 的輸出和第一內(nèi)環(huán)電流控制器（NFCl） 連接至第一可編程控制器（PLCl），第一可編程控制器（PLCl） 以及與其連接的第一內(nèi)環(huán)電流控制器（NFCl） 的PWM 輸出連接至升壓斬波器（BC） 的輸入端，升壓斬波器（BC） 和逆變器（T1） 之間接有第二電流電壓采集系統(tǒng)（UIM2），第二電流電壓采集系統(tǒng)（UIM2） 輸出和第二內(nèi)環(huán)電流控制器（NFC2） 連接至第二可編程控制器（PLC2），第二可編程控制器（PLC2） 以及與其連接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器（NFC2） 的PWM 輸出連接至逆變器（T1） 的輸入端。

第二可編程控制器（PLC2） 以及與其連接的第二內(nèi)環(huán)電流控制器（NFC2） 實(shí)施對(duì)逆變器（T1） 的內(nèi)環(huán)電流進(jìn)行控制，第一可編程控制器（PLCl） 實(shí)施對(duì)逆變器（T1） 的電壓進(jìn)行控制，第一可編程控制器（PLCl） 連接至調(diào)速系統(tǒng)（FC） 中的過(guò)流過(guò)壓過(guò)熱檢測(cè)，以及連接至電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（MD） 和調(diào)速系統(tǒng)（FC），第一可編程控制器（PLCl） 和第二可編程控制器（PLC2） 互聯(lián)。第一可編程控制器（PLCt）以及與其相連的第一內(nèi)環(huán)電流控制器（NFCl） 實(shí)施對(duì)升壓斬波器（BC） 的內(nèi)環(huán)電流進(jìn)行控制，第一可編程控制器（PLCl） 實(shí)施對(duì)調(diào)速系統(tǒng)（FC） 的外環(huán)速度控制，同時(shí)實(shí)施對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（MD） 和調(diào)速系統(tǒng)（FC） 的程序控制以及可調(diào)水阻（FR） 控制。

第一可編程控制器（PLCl） 和第二可編程控制器（PLC2） 用于：1） 電機(jī)上電后，對(duì)自身進(jìn)行初始化，使控制系統(tǒng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)；2） 讀入系統(tǒng)參數(shù)；3） 觸摸屏顯示開始工作，用戶輸入操作信息，如工藝類型，工藝參數(shù)等，決定逆變電壓給定值；4） 由可調(diào)水阻啟動(dòng)器FR 進(jìn)行啟動(dòng)電機(jī)；5） 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)未轉(zhuǎn)換至調(diào)速前，斬波器BC 脈寬跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)全速至調(diào)速的無(wú)擾動(dòng)切換；6） 檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到額定值否，如果未達(dá)到，則返回步驟（5）；7） 從第一電流電壓采集系統(tǒng)（UIMl） 獲取信號(hào)來(lái)判斷檢測(cè)信號(hào)調(diào)速系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，如果不正常，進(jìn)入步驟（5）；8） IGBT 逆變器（T1） 投入工作，為升壓斬波器（BC） 建立直流母線電壓；9） 當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度上升到調(diào)速預(yù)置值時(shí)，則調(diào)速系統(tǒng)無(wú)擾動(dòng)的由水阻啟動(dòng)器（FR） 切換到數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，升壓斬波器（BC） 的脈寬給定切換至預(yù)置值；在進(jìn)入調(diào)速狀態(tài)后，內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)速度控制系統(tǒng)工作，采用電流環(huán)和速度環(huán)的雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)和模糊PID 的控制算法，保持電動(dòng)機(jī)的速度恒定和有良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)；在調(diào)速過(guò)程中第一可編程控制器（PLCl） 同時(shí)對(duì)水阻器的阻值進(jìn)行控制，使之實(shí)時(shí)跟蹤當(dāng)前的調(diào)速值；從第二電流電壓采集系統(tǒng)（UIM2） 獲取信號(hào)檢測(cè)逆變回路是否存在過(guò)流、過(guò)壓等故障，若無(wú)則跳至步驟（10）；10） 系統(tǒng)保護(hù)，轉(zhuǎn)入可調(diào)水阻器的調(diào)速狀態(tài)。

高溫風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)與轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置須先斷開，通過(guò)水阻調(diào)速柜啟動(dòng)電機(jī)。在高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)前，變頻調(diào)速裝置內(nèi)的真空交流接觸器KMl 須閉合，高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接水阻調(diào)速柜，整流柜的真空交流接觸器KM2 斷開，從而高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置斷開，逆變柜的真空交流接KM4 須斷開，使得轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置逆變器與10KV 高壓電網(wǎng)斷開，為高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò)水阻柜啟動(dòng)創(chuàng)造條件。

3 1600KW 高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)性能分析

1600KW 高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換雙PLC 智能調(diào)速技術(shù)，能使電機(jī)在調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下仍能維持調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，且無(wú)需停機(jī)，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)可檢修，不影響生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)；轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)遇到電機(jī)過(guò)載，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)故障，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制技術(shù)瞬時(shí)降低轉(zhuǎn)速，使設(shè)備避開過(guò)載電流，設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性大大提高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究的高壓大功率異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，雖然已用于實(shí)際工程項(xiàng)目開發(fā)，本人認(rèn)為以下方面還有待后續(xù)研究和完善：1） 采用PWM 整流器與PWM 逆變器，優(yōu)化系統(tǒng)；2） 與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程通信，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)直接對(duì)所述調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；3） 轉(zhuǎn)子短接，直接變頻啟動(dòng)和調(diào)速。