伍先舟

水泥廠是24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行企業(yè)，也是用電大戶(hù)，設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和電能的消耗關(guān)系到企業(yè)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行成本。其中風(fēng)機(jī)占有很大的比例，特別是大型風(fēng)機(jī)，這些風(fēng)機(jī)在工藝線中的作用也非常重要。因此，在選擇這些風(fēng)機(jī)設(shè)備時(shí)除了要特別關(guān)注設(shè)備本體的技術(shù)參數(shù)外，還要把設(shè)備電機(jī)配置和拖動(dòng)模式的選擇作為重要內(nèi)容，為生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。拖動(dòng)模式的選擇需綜合考慮電動(dòng)機(jī)和電控裝置雙重因素。

1 拖動(dòng)模式分類(lèi)及簡(jiǎn)介

1.1 直接起動(dòng)運(yùn)行模式

基本原理：此方案是直接起動(dòng)運(yùn)行的典型方案。直接起動(dòng)也稱(chēng)全壓起動(dòng)，是最常用的起動(dòng)方式，它是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入電源，在額定電壓下起動(dòng)，具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)時(shí)間短的特點(diǎn),也是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)和最可靠的起動(dòng)方式。

該方案設(shè)備由高壓開(kāi)關(guān)QF和電動(dòng)機(jī)M組成（見(jiàn)圖1）。運(yùn)行時(shí)，合上高壓開(kāi)關(guān)QF即可起動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)M。

1.2 液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)運(yùn)行模式

基本原理：此方案是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入電源，液體電阻起動(dòng)器接電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，當(dāng)一次高壓柜開(kāi)關(guān)合上后，液體電阻起動(dòng)器即開(kāi)始工作。液體電阻起動(dòng)器的基本原理是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置使導(dǎo)電液體中兩平行極板的距離逐漸減小直至為零，使串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻值平滑減小，從而實(shí)現(xiàn)繞線式大中型電動(dòng)機(jī)的重載平滑起動(dòng)，起動(dòng)結(jié)束后轉(zhuǎn)子回路自動(dòng)短接，電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行。

液體電阻起動(dòng)器又稱(chēng)“液體變阻器”（俗稱(chēng)“水電阻”），是為改善大中型繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能而研制的新型起動(dòng)器，已獲得廣泛應(yīng)用。它克服了頻敏電阻起動(dòng)器沖擊電流大、難起動(dòng)和操作不便等缺陷，適用于大型設(shè)備的電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)，是頻敏電阻起動(dòng)器和金屬電阻起動(dòng)器的替代產(chǎn)品。

圖1 直接起動(dòng)運(yùn)行模式

該方案設(shè)備由高壓開(kāi)關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M（繞線式電機(jī)）、水電阻和短接接觸器KM3組成（見(jiàn)圖2）。運(yùn)行時(shí)，合上高壓開(kāi)關(guān)QF，水電阻動(dòng)極板向靜極板均勻移動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)M平滑起動(dòng)，起動(dòng)完成時(shí)短接接觸器KM3短接，電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行。

1.3 變頻器起動(dòng)運(yùn)行模式

圖2 液體變阻器起動(dòng)運(yùn)行模式

基本原理：此方案屬典型變頻調(diào)速方案，一次高壓柜接變頻器輸入端，變頻器輸出端與電動(dòng)機(jī)定子相連。通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元和檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器通過(guò)內(nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外，變頻器還有很多保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

此方案設(shè)備由變頻器（含整流變壓器）和高壓開(kāi)關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M組成（見(jiàn)圖3）。運(yùn)行時(shí)，合上高壓開(kāi)關(guān)QF，啟動(dòng)變頻器并給定需要的頻率，即可使電動(dòng)機(jī)M在適當(dāng)?shù)乃俣认逻\(yùn)行，隨時(shí)通過(guò)給定頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖3 變頻器起動(dòng)運(yùn)行模式

圖4 變頻器+工頻手動(dòng)旁路直接起動(dòng)運(yùn)行模式

表1 變頻器起動(dòng)運(yùn)行模式電壓配合方式

表2 變頻器+工頻手動(dòng)旁路直接起動(dòng)運(yùn)行模式電壓配合方式

表3 變頻器+工頻手動(dòng)旁路液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)運(yùn)行模式電壓配合方式

該方案變頻器具有五種電壓配合方式，可根據(jù)需要選擇（見(jiàn)表1）。

1.4 變頻器+工頻手動(dòng)旁路直接起動(dòng)運(yùn)行模式

基本原理：此方案是變頻調(diào)速系統(tǒng)工頻手動(dòng)旁路的典型方案，是對(duì)變頻調(diào)速方案采取的一種保障運(yùn)行的補(bǔ)充措施。該方案是以變頻運(yùn)行為主、工頻運(yùn)行為輔的方式，當(dāng)變頻器故障時(shí)可以采用工頻直接起動(dòng)維持設(shè)備運(yùn)行，保證生產(chǎn)不停止。

該方案設(shè)備由變頻器（含整流變壓器）、3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3和高壓開(kāi)關(guān)QF和電動(dòng)機(jī)M組成（見(jiàn)圖4）。要求QS2和QS3之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行時(shí)，QS3斷開(kāi)，QS1和QS2閉合，合上高壓開(kāi)關(guān)QF給變頻器送電，再啟動(dòng)變頻器使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；工頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2斷開(kāi)，QS3閉合，合上高壓開(kāi)關(guān)QF直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M并全速運(yùn)行。

該方案變頻器有兩種電壓配合方式，見(jiàn)表2。

1.5 變頻器+工頻手動(dòng)旁路液體電阻起動(dòng)器運(yùn)行模式

基本原理：此方案也是變頻調(diào)速系統(tǒng)工頻手動(dòng)旁路方案之一，定子回路原理同第四種方案，考慮了當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率因電網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足直接起動(dòng)時(shí)而采用液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)方式。該方案也是以變頻運(yùn)行為主、工頻運(yùn)行為輔的方式。當(dāng)變頻器故障時(shí)可以采用工頻液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)維持設(shè)備運(yùn)行，保證生產(chǎn)不停止。

該方案設(shè)備由變頻器（含整流變壓器）、3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3和高壓開(kāi)關(guān)QF、液體電阻、短接接觸器和電動(dòng)機(jī)M組成（見(jiàn)圖5）。要求QS2和QS3之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行時(shí)，QS3斷開(kāi)，QS1和QS2閉合，此時(shí)短接接觸器自動(dòng)吸合（轉(zhuǎn)子回路短接），合上高壓開(kāi)關(guān)QF給變頻器送電，再啟動(dòng)變頻器使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；工頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2斷開(kāi)，QS3閉合，此時(shí)短接接觸器自動(dòng)處于斷開(kāi)位置，合上高壓開(kāi)關(guān)QF，水電阻動(dòng)極板向靜極板均勻移動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)M平滑起動(dòng)，起動(dòng)完成時(shí)短接接觸器KM3短接，電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行。

圖5 變頻器+工頻手動(dòng)旁路液體電阻起動(dòng)器運(yùn)行模式

該方案變頻器有兩種電壓配合方式，見(jiàn)表3。

圖6 液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)+轉(zhuǎn)子變頻器運(yùn)行模式

1.6 液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)+轉(zhuǎn)子變頻運(yùn)行模式

基本原理：轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)，分內(nèi)反饋式和外反饋式兩種，這里介紹外反饋式，如圖6所示。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種以低壓控制高壓、以小功率控制大功率、以轉(zhuǎn)子控制定子的合理方案。該系統(tǒng)原理可靠，性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎，具有調(diào)速平滑、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，與普通的高壓定子變頻相比，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)體積小，成本低，易維護(hù)，自耗電少，節(jié)電效率高。

調(diào)速原理是電機(jī)定子繞組接高壓電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組接整流器，斬波器根據(jù)用戶(hù)給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，控制斬波器開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，即占空比，從而控制轉(zhuǎn)子回路電壓，改變轉(zhuǎn)子電流，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，再經(jīng)有源逆變器輸出，通過(guò)逆變變壓器將轉(zhuǎn)差功率回饋給電網(wǎng)，因此減少定子繞組從電網(wǎng)中吸取的能量，達(dá)到高效調(diào)速節(jié)能的目的。該方案近年來(lái)得到大量使用，電控設(shè)備占用空間較小，投資小，特別適合改造項(xiàng)目。

表4 拖動(dòng)模式比較

表5 5000t/d熟料生產(chǎn)線水泥企業(yè)大型風(fēng)機(jī)常用配置表

該方案設(shè)備由高壓開(kāi)關(guān)QF、液體電阻、短接接觸器KM3、電動(dòng)機(jī)M、切換接觸器KM1和KM2、整流器、斬波器、有源逆變器、逆變變壓器、接觸器KM4等組成（見(jiàn)圖6）。運(yùn)行時(shí)，先起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，即KM1合上，KM2斷開(kāi)，合上高壓開(kāi)關(guān)QF，起動(dòng)液體電阻起動(dòng)器，啟動(dòng)完畢短接接觸器KM3短接，電機(jī)全速運(yùn)行。調(diào)速時(shí)，KM2、KM4合上，KM1斷開(kāi)，用戶(hù)給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)子回路自動(dòng)切換到液體電阻起動(dòng)器狀態(tài)下運(yùn)行。

2 拖動(dòng)模式比較（見(jiàn)表4）

3 拖動(dòng)模式選擇及舉例

根據(jù)5000t/d熟料生產(chǎn)線水泥企業(yè)情況，配有這樣一些大型風(fēng)機(jī)（見(jiàn)表5）。

選擇拖動(dòng)模式時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝和設(shè)備需要來(lái)決定，關(guān)注電動(dòng)機(jī)和電控裝置的選擇。首先應(yīng)看設(shè)備是否需要調(diào)速、是否有節(jié)電空間，其次要看電網(wǎng)狀況和設(shè)備的起動(dòng)特性，還要考慮設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。

（1）原料磨（輥磨）循環(huán)風(fēng)機(jī)，該設(shè)備功率大，根據(jù)工藝要求，該設(shè)備一般風(fēng)門(mén)開(kāi)度要求大，基本上全開(kāi)，風(fēng)量調(diào)節(jié)很小，因此該設(shè)備不選擇調(diào)速；該設(shè)備功率大，需要降低起動(dòng)電流減少對(duì)電網(wǎng)沖擊，選用繞線式電動(dòng)機(jī)和液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)較為合適，為此選用液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)運(yùn)行模式。

（2）預(yù)熱器風(fēng)機(jī)，該設(shè)備功率比較大，根據(jù)工藝要求，該設(shè)備需要調(diào)節(jié)風(fēng)量，且范圍較大，首先要選擇變頻器調(diào)速，再根據(jù)電網(wǎng)要求和變頻器發(fā)展趨勢(shì)建議采用變頻器+工頻手動(dòng)旁路液體電阻起動(dòng)器運(yùn)行模式，以提高主機(jī)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（3）窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)、煤磨排風(fēng)機(jī)，該設(shè)備功率一般，根據(jù)工藝要求，該設(shè)備也需要調(diào)節(jié)風(fēng)量，且范圍較大，首先要選擇變頻器調(diào)速，考慮該設(shè)備功率情況和電機(jī)、變頻器的維護(hù)難易程度對(duì)主機(jī)設(shè)備運(yùn)行的影響，該設(shè)備采用690V變頻器起動(dòng)運(yùn)行模式較為穩(wěn)定可靠。

（4）水泥磨排風(fēng)機(jī)，該設(shè)備功率較小，根據(jù)工藝要求，該設(shè)備調(diào)節(jié)風(fēng)量較小，可以不選擇變頻調(diào)速。為降低起動(dòng)電流選擇液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)運(yùn)行模式，簡(jiǎn)單方便。

（5）輥壓機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)，該設(shè)備功率一般，根據(jù)運(yùn)行情況和工藝要求，該設(shè)備實(shí)際也需要調(diào)節(jié)風(fēng)量，且范圍較大，具有一定的節(jié)能空間，首先要選擇調(diào)速；如果是新建項(xiàng)目，建議采用變頻器+工頻手動(dòng)旁路液體電阻起動(dòng)器運(yùn)行模式以保證水泥生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果是改造項(xiàng)目，電控室空間有限，為減少投資，選擇液體電阻起動(dòng)器起動(dòng)+轉(zhuǎn)子變頻運(yùn)行模式完全可以滿(mǎn)足以上要求。

綜上所述，選擇適合的運(yùn)行模式除了考慮設(shè)備自身的技術(shù)要求和工藝要求外，還要依據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況來(lái)綜合決定，使之既能滿(mǎn)足工藝設(shè)備的運(yùn)行要求，又能節(jié)約能源，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，為整個(gè)生產(chǎn)線的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)?！?/p>