窑尾高温风机调速装置选型及应用□□张志卿，吴丽华，邢愚，徐根良馈高频斩波调速装置工作原理及运行情况。*后给出了实际节电效果。

　　我公司5000t/d新型干法水泥熟料生产线窑尾高温风机（电机容量2500kW，定子电压10kV）选用了上海某公司生产的内反馈高频斩波调速装置。目前装置运行平稳，节电效果明显，平均节电约2.09kWh/t熟料。

　　1调速方案与装置的选择鉴于窑尾高温风机的重要性及可调速性，我公司在设备选型初期，了大量的使用实例，对各类调速方式进行了慎重的比较。

　　目前国内大型干法回转窑水泥生产线窑尾高温风机主要采用液力偶合器调速，液力偶合器的优点是技术成熟、运行可靠，但液力偶合器属于低效调速（*高效率只有876）。为了节能降耗，现在逐步推广使用高效的中压变频调速和内反馈高频斩波调速。以下就中压变频调速和内反馈高频斩波调速的可靠性、经济性、技术先进性和其它方面上进行比较。

　　11）高压变频器是在电机定子侧6kV或10kV供电电路中直接变频调速，电压高危险性大。目前技术较为成熟的中压变频器方案有几种，但应用*多的是多个功率单元串联的方案，一般讲，10kV供电要用30个功率单元，元器件太多，移相变压器容量高，体积大，副边抽头多（90根）接线复杂，故障率相对较高。内反馈高频斩波调速装置是在转子侧电路中改变斩波占空比调速，转子侧电压低（在调速段转子电压小于600V），反馈回路电压也较低，危险性小，可以采用低压大电流器件，元器件数量少，电磁干扰问题容易解决。故障率相对较低。不用变压器，整体体积较小。

　　中压变频器给电机定子供电，因此变频器及移相变压器的容量应按电机定子功率选取，装置容量大于电机容量。内反馈高频斩波调速装置容量与电机调速范围有关。对于风机水泵，一般506调速范围就能满足工艺要求。转子侧斩波电路装置容量约为656电机容量就足够了。反馈到电网的功率对于风机调速装置，理论计算仅为电机容量的156，实际装置按256电机容量设计逆变装置容量就足够了。所以总的装置容量小于电机容量。

　　我公司电网在供电高峰期，有短时失电现象。要求调速装置在恢复供电时，能自动恢复到原来的运转状态。功能齐全的中压变频器有瞬时停电再启动功能可以满足这个要求。在恢复供电时，由于电机正在降速，中压变频器要检测出电机当前的速度，送出适合的供电频率给电机供电，才能避免电流冲击，平稳地恢复到原速度。

　　上海某公司供货的内反馈高频斩波调速装置同样具有短时失电保护功能。装置有完善的过压及过流保护功通讯地址：浙江尖峰登城水泥有限公司，浙江杭州311405；能，在掉电时封锁逆变电路，既防止逆变侧出现过电流，又让电容器保留能量维持原电压。由于采用速度环、电流环的双闭环调速系统，掉电时调速系统处于等待状态，恢复供电时，电机按堵转电流（110%额定电流）加速，快速恢复到原设定速度。如果停电时间较长（超过800ms），自动转到启动状态，保证恢复供电时安全平稳启动。在10kV电网受到大容量设备启动冲击电网电压波动时，由于双闭环系统的调节作用，可以较好地维持电机速度平稳运转。

　　调速装置出现故障时故障处理手段也是可靠性的重要一环。中压变频器调速系统设置了旁路装置（增加两台高压开关柜），变频器故障时将电动机从变频器输出端切除（通过中压开关柜），再通过另一台中压开关柜接入供电网，直接启动到全速。启动电流较大，对风机设备冲击也较大。在返回到调速状态时，先将电动机从电网切除，再将电动机接通变频器，变频器要检测出电动机的速度，再送出适合的供电频率，然后再回到设定速度。内反馈高频斩波调速装置采用了可靠、成熟的液态电阻启动技术，启动力矩大，启动电流控制在1.5倍额定定子电流以内。在调速装置出现故障时，立即将转子电路接通液态电阻，再切断调速电路（均通过接触器），电机按启动方式加速到全速。如液态电阻极板位置与当时电机速度不对应（一般情况启动结束后极板回到*高位）电机速度会向下波动，为克服这个问题，正常运转时将液态电阻极板位置始终跟随着电机速度运动，故障时切换到液态电阻就会平稳加速。升至全速后，将隔离开关转换到维修位置，在电机全速运转的同时，装置可以停电检修。检修完毕，将隔离开关转换到运转位置，就可以返回到调速状态。隔离开关是在电机*高速时转换，转子电压很低，又在不切断转子电流的情况下进行，故很安全。可见，这种故障处理方式，既不需要添加设备，也不存在电机电流冲击。来回转换电机速度也能平稳过渡。

　　经济性从初期投资来看，中压变频器价格比内反馈高频斩波调速装置要贵。甚至内反馈高频斩波调速装置加上绕线式内反馈电机及谐波抑制功率因数补偿的总价格比中压变频装置还要便宜些。

　　中压变频器和内反馈高频斩波调速装置节能效果是一样的，根据工艺的要求，调节的深度而达到20%~ 70%的节能。

　　中压变频器和内反馈高频斩波调速装置的效率都比较高，能达到98%左右。

　　维修工作量主要取决于故障率，故障率越高，维护量越大，维护成本也就越高。从上面分析看，内反馈高频斩波调速装置的可靠性相对较高些，自然维修工作量较小些。但是，内反馈高频斩波调速装置采用绕线式电机，具有滑环，需要定期更换碳刷。从使用经验得知，碳刷采用中外合资的摩根碳刷可使用1年左右，同时在电机滑环上开槽（这项改进从实际效果看是非常好的，现在沈阳电机己采用了该技术）碳刷被自然通风冷却，碳刷使用寿命更长，维护量也就不算大了。

　　技术的先进性从调速范围看，中压变频器调速能在0%~100%转速范围内平滑调节，调速性能好，启动平稳，电流可限制在额定值内，系统稳定。内反馈高频斩波调速装置从原理上讲，也能实现0%~100%的调速范围。但这时转子侧斩波器功率也要大于电动机额定功率，这种调速方式在功率方面的优点就没有了。对于风机水泵来讲，用不到这样宽的调速范围，一般讲，50%~100%调速范围就足够了。所以，内反馈高频斩波调速装置既能满足风机水泵工艺调速要求，又能得到减小调速装置容量的实惠。

　　从调速精度看，中压变频器虽然是采用v/f曲线的开环控制（风机水泵系统多是如此），但频率给定精度较高，稳态速度精度也较高。内反馈高频斩波调速装置采用速度电流双闭环调节系统，并且采用测速脉冲反馈，控制精度可以达到0.5%以上。内反馈高频斩波调速是从串级调速演变过来的，串级调速采用转子整流电压代表转子转速构成双环系统是可行的。但加入斩波后，转子电压不能代表转子转速。所以有些产品索性采用开环控制，直接给定斩波占空比，这种开环系统性能很差，转速电流波动都很大，会经常出现过流故障。将占空比折算后用于转速显示，在电机稳定运转时虽然精度很差，还可以粗略表示。但在动态过程中，根本无法代表转速。

　　多功率单元串联的中压变频器有一个可贵的优点，就是功率因数高，电流谐波小。但需要一台多副边绕组的移相变压器。容量大，接线复杂，副边出线也太多（10kV装置90根）。内反馈高频斩波调速装置不需要变压器，但电机定子侧功率因数在调速时较低。由于有斩波，反馈绕组侧功率因数较高（采用晶闸管逆变，逆变角30.），但存在着5，7次谐波。为提高整体功率因数，需要在反馈绕组侧加装谐波抑制及功率因数补偿。如不能满足，还需要加高补。目前，LC滤波及功补技术均较为成熟，价格低廉，因此提高功率因数也不困难。对于1000'9以下的调速装置，如果采用P9M整流逆变技术（用<=BT）可以消除谐波，向电网输送正弦波电流。还可以送容性电流补偿定子无功功率，提高电机整体功率因数。对于2500k9电机的调速装置，目前只能采用晶闸管逆变。

　　2006/3水泥技术其它方面内反馈高频斩波调速装置除上述优点外，还具有几个特点：（1）采用DSP数字信号处理器，因此，脉冲测速的计算精度、速度、电流双环调节系统的动静态性能都得到了保证。（2）采用IGBT斩波，线路简单，器件少，斩波频率高（2K以上）因此转子电流脉动小。（3）浪涌吸收电路完善，换流尖峰小，因此斩波电路工作稳定。（4）故障检测与诊断功能齐全，出现故障时，能及时准确地显示出故障原因。（5）控制系统具有双保的控制电源，380V电源掉电时，仅发出报警信号，系统照常运转。（6）与DCS系统连接，正常运转时所有的操作均在DCS控制中心进行。

　　从上面几个方面来看，两种调速方式都比较好，各有千秋。但内反馈高频斩波调速装置从低压侧控制中压电机，用较小装置容量控制较大的电机容量，元器件少，线路简单，故障处理手段方便，可靠性相对较高，技术性能指标可与中压变频器媲美，性价比较高。高频斩波调速装置是我国自行开发的高科技产品，备品备件容易解决，制造商服务方便，维修及时、费用低。鉴于我公司的具体情况，电网电压高，电机容量大，决定选用内反馈高频斩波调速方案。

　　2内反馈高频斩波调速系统工作原理2.1公式推导内反馈高频斩波调速系统的原理简图如所示。

　　图中将转子各相漏感归算到整流电路后的斩波电路中。

　　电机转子电势经二极管整流桥整流，整流电压为Ud：斩波电路的输出为电容器电压Uc，根据BOOST升压斩波电路原理：转子电路有方程式：R―转子整流电路等效电阻（包括转子各相电阻）电容器电压是一个固定值。是由反馈绕组电压及晶闸管逆变电路的逆变角p决定的。公式为：（4）代入公的寿命。为了解决这个问题，我公司采用了1台5匹的空调和2台3匹空调来满足它的运行环境要求（还有其它装置）。

　　3.3日常维护工作2006/3水泥技术本装置故障检测与诊断较完善，有什么故障都能在人机界面显示，因此日常维护工作比较简单，主要是巡检人机界面上电流、电压值是否异常，是否有什么报警；测量各断路器温度是否异常；测量各模块和器件温度是否异常；检查液态电阻液位和温度是否正常。如有故障自动转到全速运转，并立即通知DCS系统。检修人员到现场将检修开关转换到检修位置进行检修。检修关键是要准备备件。因此现场的备件要求厂家必须给备全。

　　3.4节电效果一般水泥行业高温风机都设计了304左右的余量，用高频斩波调速能充分发挥它的节能效果。是企业节能降耗的重要手段。以下为超产状态下的节电标定：熟料5400t/d的情况下，投运高频斩波调速装置（调速874r/min、风门开度1004）每小时用电2000kWh，开全速调风门（转速987r/min、风门804）每小时用电2370kWh.每天节电：如果日产熟料在额定产量以下，节电效果更明显。

　　4结束语内馈高频斩波调速装置具有技术先进、性能稳定和节能优越等优势，它还是我国自行开发的高科技产品。

　　即使调速出现故障也会平滑转全速而不影响生产，能得到及时的服务。其产品在我公司的应用是成功的，象高温风机这类调速性能要求不高，调速范围不宽的风机，采用高频斩波调速装置性价比高。