关键词：水泥、矿渣微粉磨、循环风机、高压变频器、节能

    摘要：本文主要介绍了汇川技术HD90系列高压变频器在唐山某建材有限公司矿渣微粉磨循环风机上的应用，变频改造后，不仅循环风机系统的运行效率、稳定性、可靠性得以提高，而且具有巨大的节能空间。

一、概况

    众所周知，水泥建材行业是国民经济生产中的耗能大户。在水泥生产过程中，风机的耗电量占其成本的比例非常高。近几年，国家实行节能减排政策，针对水泥行业等耗能大户重点改造;通过几年的发展和总结，现国产高压变频器在风机水泵负载上的节能技术日趋成熟，节能减排效果明显 。

    矿渣微粉为水泥、混凝土的重要添加剂，主要作用是可以提高水泥、混凝土的早强和改善混凝土的某些特性(如易和性、提高早强、减少水化热等)。

    矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能。矿渣微粉作为高性能混凝土的新型掺合料，具有改善混凝土各种性能的优点，具体表现为：

    1)可以大幅度提高水泥混凝土的强度，能配制出超高强水泥混凝土;

    2)可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性;

    3)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程;

    4)可以显著减少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性;

    5)可以显著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗渗性;

    6)可以显著降低水泥混凝土的水化热，适用于配置大体积混凝土;

二、方案描述

    2.1现场描述

    循环风机为矿渣微粉生产线中最重要的设备之一，在整个过程中占据了最重要的位置，唐山某客户现场磨机为立磨机，所配备循环风机为630kW异步电机，电压等级10kV，额定电流45.3A，风机设计余量大，节能空间很可观。

    原系统采用工频直接启动的方式，启动冲击大，在原工频运行工况下，风机采用挡板调节风量的方式进行，平常开度主要在60%左右，能源浪费严重，且运行过程中要实时的调节开度以保证微粉的正常收集，自动化水平很低，所以决定进行变频改造，以达到节能和提高自动化水平的目的。

    2.2变频方案

    根据现场负载情况，配置由汇川公司生产的高压变频器HD90-J100/800-DB,该产品具有矢量控制、控制性能好、过载能力强，操作方便，质量可靠、节电率高等优点。

    (1)一次系统方案

图一：一次系统图

    此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF1、电动机M组成(见上图)。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合;工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。

    (2)HD90控制原理

    电网电压经主变压器隔离移相后为功率单元供电，每个功率单元为一个单相交-直-交电压型逆变器，单元串联星接后形成三相变频电源给高压电动机供电。根据串联单元级数的不同，产品分为3kV、6kV、10kV三个系列。主变压器采用移相整流方式，输入功率因数高，输入电压电流谐波小。满足IEEE519-1992和GB/T 14549-93对电压和电流最严格的谐波失真要求。无需任何功因补偿和谐波抑制装置。变频器输出采用多重化PWM技术，输出为近乎完美的正弦波，无须加输出滤器。电动机谐波损耗小，转矩脉动小，无明显电动机噪声。电动机不需降额使用。输出dV/dt和共模电压小，对电动机无附加电应力损害。

图二：产品原理图

    功率单元采用三相交流输入，整流滤波后形成直流电压，经IGBT H桥逆变后输出脉宽调制(PWM)电压。功率单元控制板由IGBT驱动电路和监测保护电路、光纤通信电路、单元旁路电路和控制电源组成。运行中功率单元故障时，变频器可将故障单元自动旁路并继续运行，等情况允许时再停机排除故障。

    (3)现场应用

    根据现场实际运行效果来看，电机运行平稳，无波动，客户能够实时根据不同工况要求进行调速，并且汇川HD90 系列高压变频器内置有多段速功能，通过提前对多段速进行设置，方便了客户的使用。

    现场所配变频器均配备单元旁路功能，单元旁路采用机械接触器方式进行，能够保证在单元出现故障的情况下，将故障单元旁路掉，不影响整机的运行，且软件上具有非对称旁路技术，即使在单元旁路的情况下也能保证高电压输出能力，以满足大部分工况需求。

三、变频改造优势

    (1)节流装置全开，根据不同工况调节电机频率，节能效果显著

    (2)延长电机及负载的使用寿命：变频改造真正实现了电机及负载的软启动，减少了冲击，能够有效延长其使用寿命;

    (3)使用简单、自动化水平高、检修方便：变频器具备远程及本地两种操作方式，能够自由切换，操作方便简单，且配备了旁路柜，方便检修作业;

    (4)降低电机噪声污染：变频改造后将根据实际需求进行变频调速，电机噪声明显降低，改善了工人的作业环境;

    (5)对电网谐波污染小：HD90系列高压变频器采用单元级联型，10kV产品为48脉冲整流，对电网谐波污染小于国家标准;

    (6)提高功率因数，无需无功补偿装置。

四、现场应用照片

    图三：微粉生产线照片

图四：现场照片

五、汇川技术HD90高压变频器技术优势

    1) 矢量控制技术

    HD90系列高压变频器具备矢量控制技术，基于电机d-q轴数学方程式解析，对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。

    2) 非对称旁路技术

    HD90系列高压变频器采用单元级联方式，当其中某个单元出现故障后，在单元配备旁路功能(可选)的情况下，通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

    3) 飞车启动功能

    HD90系列高压变频器具备飞车启动功能，能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器，变频器自动进行频率搜索，直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率，此时变频器输出相应频率，并控制电机旋转至指定频率，此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。

    4) 双路控制电源

    HD90控制系统采用双电源供电，控制电源失电后可正常工作;一路由用户提供，一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容，保证切换时平滑无扰动。

    5) 来电自启动功能

    电网瞬间跌落或波动时，系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机，连续生产提高系统生产效率。

    6) 高可靠性器件

    核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件，保证了运行的高可靠性，生命周期长。

六、结束语

    水泥建材行业历来属于高耗能行业，大功率电机数量巨大，常年工频运行导致能源浪费严重，变频改造不仅能够实现显著地节能效果，且能够改善运行工艺，达到多重改造效果，经济效益及社会效益显著。

汇川技术有限公司依托多年的自动化行业的应用经验，对水泥建材行业的变频改造具有独到的方案解决能力，HD90系列高压变频器为采用矢量控制技术的高性能变频器，产品适用于建材、化工、冶金、电力、市政等多个应用领域。