英威腾CHF100系列变频器在立窑风机中的应用

一、引言
    在 水泥行业，由于电费的成本已成为原材料成本，人工成本之后的第三大开支；在用电紧张的今天，节省电费已成为企业经营者考虑的一件大事；而水泥厂的立窑风机 是水泥厂的重要设备之一，也是主要的耗电设备之一。立窑风机的容量是按照机械立窑最大的设计产量来选型的，且留有一定的余量。在使用中，立窑风机长期固定 在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化，机立窑的实际风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低；在转速固定的情况下，当立窑风机的风量过剩 时，只能通过旁通风管排放掉（或控制风门的进风量），这样就造成立窑风机功耗的严重浪费，故对立窑风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。
二、变频节电原理
对于风机来说，风量Q与转速n成正比，风压F与转速n的二次方成正比，而轴功率P 与转速n的三次方成正比（见表1），从表中我们可以看出上述几个量的变化关系：

转速N%	风量Q%	频率H%	风压F%	轴功率P%
100	100	50	100	100
90	90	45	81	72．9
80	80	40	64	51．2
70	70	35	49	34．3
60	60	30	36	21．6
50	50	25	25	12．5

显然，变风量控制系统的节能效果是十分突出的。如图一示为风机风压H-风量Q曲线特性图:
n1-代表风机在额定转速运行时的特性；
n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性；
R1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性；
R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2Q2的面积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
三、 立窑基本参数和工作原理
　1、窑炉的基本参数
　1）机械立窑参数
　1、规格：（窑径×高度）2.0×8.5 ,2、 年产量：普通水泥5～7万吨
　3、喂料方法：单嘴布料溜子11KW， 4、溜子回转速度：6.48转/分
　5、塔篦子形式：整体双偏心， 6、塔篦子转速1.2～12.2转/分,
　7、传动方式：中心传动，功率15KW ， 8、料封形式：垂直管料封，
　9、出料粒度：不大于100毫米

2）风机参数
　风机功率：132KW，额定电压：380V，额定电流：245A，转速2980转/分，
　运行电流：120A～180A；风量：12776m3/h；风压：21995Pa；起动方式：△/Y
　2、立窑烧成工作原理
    由 料斗提升机将配置好的生料加一定比例的水，送至成球机成球，然后由布料器匀均地施入窑炉中，圆球状的生料颗粒由底部的离心风机送风在窑炉中部充分燃烧，到 窑炉底部冷却后，由塔篦子旋转，将烧好的熟料下到漏斗中，经适量喷水，经熟料破碎机后进入下道工序。由此可见，机立窑风机的配置的好坏直接影响到水泥的产 量，故此，许多水泥厂厂家在风机上做文章，加大电机功率，加大风量与风压，往往适得其反。
    从整个立窑系统装机的设备功率来看，罗茨风机电机功率为132KW，是整个机立窑系统装机功率的一半，对煅烧来说是一个用电较大的设备。它的改造成功将对厂家有较深远的意义。
四、 用户对变频节能改造后功能的要求
　a） 要求变频器的跟随性能好，质量稳定可靠，故障率低。
　b） 要 求壹台变频器可两地操作（也就是提供两块操作面板），一块用延长线联结至窑面上，替代原操作系统；该块操作面板可以任意设定、修改参数，根据生产情况任意 调节风量大小，能控制变频器的启停。另一块操作面板必须放在有人值班低压配电室内，只提供运行参数监视和开启、关闭变频器，不能设定参数和修改参数，不能 调整风量的大小。
　c） 在窑面和低压配电室两处都必须安装应急紧急停车按钮。
在用风量较小的情况下，必须保证电机的温升和电机的噪声不得超过允许的范围
五、立窑风机变频调速节能改造方案设计
　1）根据现场情况和用户的要求，我们设计安装一台品质优良、性能稳定可靠的平方转矩（风机水泵型）英威腾变频器，其型号CHF100-132G/160P-4，容量为132KW； 并联在原风机起动柜主回路电路中，并和原主电路做成安全电器互锁；对立窑风机进行变频节能控制，具体的控制频率，由窑炉操作员工根据实际生产工艺和窑炉的 煅烧情况，通过控制变频器面板上的上、下键操作，就能控制窑炉风量的大小。从而放弃了立窑风机过去传统的控制方式，改造成了目前调速效果最好、节电效果最 佳的变频调速。
　2）在变频器的硬件上只要通过一条485通讯外接键盘，就可制作成两路面板控制；键盘和主板之间可用1200米以内的屏蔽线联结，以满足用户的要求。保留原风机窑面和值班室两处的紧急停车按钮，在空开和变频器之间的主电路中，增设交流按触器。用钢材把原放风阀封牢。变频改造后要依次合理调节每一个窑炉风腰的开度。
变频节能系统特点
1、采用CHF100变频器，调速范围宽，变频器调速范围能适应各种调速设备的要求，频率范围0.00-400.00Hz可调；
2、控制精度高，变频器的数字设定分辨率为±0.01%,模拟设定分辨率为±0.1%；
3、控制功能强，能满足各种不同的控制系统，通过端子可与各种频率设定信号连接，如：0~10V，4~20mA。可通过端子控制正反转等多种操作；
4、通过合理调整转矩提升，转矩限定功能，电流限幅功能参数，可满足大起动转矩，运行中负载突化也不会引起跳闸等事故；
5、保护功能齐全，变频器有23种保护功能，对过压、欠压、过流、过载、过热均能通过cpu高速计算并给予保护，且能对发生故障的原因给予纪录；
6、16段的简易PLC，多段速成及PID控制，摆频功能
7、瞬时停电不停机功能，自动电压调整功能，当电网电变化时，能自动控制保持输出电压恒定。
8、转速追踪再起动功能，实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动
9、提供RS485物进通讯端子转接口，采用MODBUS协议，支技RTU和ASCII两种传输格式，可方便组网，实现上位机监控
10、独创多种快捷调试模式，方便用户调试。


六、变频参数的设定
    变频器安装完毕后，必须对变频器的参数进行合理的设定，有些参数和设定，将直接影响变频器的运行，导致电机不能启动，造成工程改造的失败。所以在设定时要耐心细致，使参数设定和电机匹配。下面的参数是根据煅烧工艺和窑炉操作工现场试运行确认的参数。仅供大家参考。
基本参数

序号	功能描述	设定值	备注
1	控制方式	键盘控制	P0.03=0/1
2	上限频率	50HZ	P0.05=50
3	加速时间	110S	P0.07=110
4	减速时间	110S	P0.08=110
5	转矩提升	2%	P0.10=7
6	载波频率	8KHZ	P0.03=8
7	停车方式	自由停车	P0.03=1
8	运行频率给定	0/1	P3.01=0/1

七、立窑风机变频改造中注意事项
     1） 变 频器的停车方式设定为自由停车。由于风机是大惯量负载，若加减速时间设定过短，在加速时过程中容易会出现过流、过载，在减速时容易出过电压保护，但设定时 间过长，会导致风量调节缓慢，跟随性能会变差，使系统易处在短期不稳定状态中，有时满足不了窑炉生产的要求。因此，在满足变频器正常运行（不跳故障）的前 题下，尽量把加减速时间设定合理。
   八、变频改造后的节电效果
    为了了解应用变频调速技术后产生的节电效果，我们和厂方一起做了在相同工况条件下的节电效果测试，具体原始数据如下：

时间	8月31日（24H）	9月1日（24H）	9月2日（24H）	9月3日（24H）	9月4日（24H）	9月5日（24H）	9月6日（24H）
工频运行	2640	2720	2680	2688	2656	2704	2712
变频运行	2240	2280	2264	2248	2224	2256	2232
节省用电	400度	440度	416度	440度	432度	448度	480度

 
 
 
 
 
 
 
    从上面数所可知立窑风机每天平均节约电费436.5度；按厂家提供的数据，水泥厂立窑风机全年运行　10个月（即300天计算）, 电价每KW.h为0.50元，则全年节约电费为：
    300天×436.5度×0.50=65,475（元）
    此后该项目每年可为厂家节约电费6.5万元，经济效益非常显。
 
九 、本系统的特点
   1）采用节能单机控制，根据生产的实际需要通过调节风机的转速调节送风量，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。
2）实现了风机的高效调速，调速平稳、精度高，调速过程中转差损耗小，由于降速运行和软启动，使电机启动电流大大减小，起动时定、转子消耗减少，对延长电机寿命十分有利。
3）CHF转速追踪功能，能实现对旋转中的电机快速启动。
  4）系统具有过载、过流、过压、短路、欠压保护措施，使系统的运转率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了喷窑的发生.