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    徐明章（1968-）

    男，四川遂寧人，電氣工程師、質量工程師，現就職于希望森蘭科技股份有限公司，主要從事變頻調速系統設計和現場應用工程方面的工作。


    摘要：將神經網絡與模糊集相結合形成一類新的智能信息處理方法，利用神經網絡的并行運算能力來實現模糊規則的快速推理，并用學習算法在線調整規則。通過在鍋爐系統的仿真研究，證明了該系統的良好性能。

    關鍵詞：回轉窯；變頻調速；節能

    Abstract: The drive mechanism located in the middle of the cement rotary kiln adopts the inverter to regulate its speed. The size of the inverter should be appropriately selected not only to match the kiln’s starting characteristic but slao to ensure kiln's normal operation. The investment and energy conservation are also important considerations.

    Key words: Rotary kiln; Variable-frequency speed control; Energy conservation

    1 回轉窯變頻控制

    在我國水泥行業中，回轉窯是主要的大型設備，其調速系統的好壞，將直接影響回轉窯的使用壽命、產品質量。回轉窯內的物料流是通過改變回轉窯轉速來控制的，物料流的燒成帶溫度又與回轉窯轉速有一相應的關系。當喂料量增加時，回轉窯轉速也增加；當回轉窯燒成帶溫度有顯著上升時，回轉窯轉速加快。實際上，盡量穩定生料量，燃料量，適當調整轉速，使系統穩定。該設備多年來一直沿用直流電機及其直流調速系統。水泥廠環境惡劣，粉塵大，直流電機長期工作在高熱輻射的環境中，其碳刷、整流子損壞嚴重，這不僅需要大量的維修費用，而且對生產造成了極為嚴重的影響；回轉窯屬特殊負載，低速啟動力矩大，在窯體大修烘爐期間，直流電機長時間低速運行，需要較大的勵磁電流，致使低速運行系統不穩。

    對回轉窯這種大慣性負載生產設備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅動電機克服了這種大慣性負載起動起來以后，其維持正常運轉所需要的驅動能量就會變得很小。解決起動和正常運行的合理分配將是回轉窯變頻控制的關鍵。

    由于回轉窯的這種負載特點，在變頻器和電機的選擇上就較其他負載要復雜得多。功率選擇過大，起動和運行雖然都沒有問題，但一次性投資加大，能耗增加，出現了長期運行大馬拉小馬的現象；功率按實際運行情況選擇，雖然效率高，投資小，但在起動時會時常出現過載現象而無法正常起動。因此，變頻器功率的選擇非常重要。

    回轉窯采用直流控制時不能在很低的速度下運行，直流電機轉速為80r/min，起動過程中設備振動很大；采用交流電機及變頻調速，電機是從零速開始起動，初始起動力矩小，漸漸平滑升速，減小了對設備的沖擊，從而降低了設備的故障率，為穩定回轉窯的熱工參數創造了必要的條件。

    2 森蘭變頻器在水泥回轉窯窯中主傳動上的應用

    云南省華坪水泥廠有兩條回轉窯水泥生產線，回轉窯窯中主傳動采用電磁調速。電磁調速的特性較軟，為保證正常起動，電動機的功率已經加大，另外，回轉窯窯中主傳動電動機的工作環境溫度較高，其允許溫升下降，為保證電動機正常運行，在設計時也要適當加大容量。在上述兩種因素下，兩條回轉窯水泥生產線的回轉窯窯中主傳動電動機的功率均為55kW。回轉窯長度50米，直徑2.42米的圓筒，重量有數百噸重，屬恒轉距大慣性負載，起動力矩要求很大。由于電磁調速轉矩特性不是很好，特別是低速轉矩較差，雖然設計時電動機已加大了容量，但是回轉窯不能調到低速80r/min時運行，而且在滿載時起動仍然困難。

    2.1 系統拖動方案

    考慮到回轉窯的慣性很大，起動電流較大。變頻調速起動時，回轉窯開始緩緩旋轉，窯內的物料隨著回轉窯的轉動帶到一側，由于重力的作用，窯內的物料與窯壁之間作相對運動，產生磨檫力。隨著回轉窯轉速的增高，但還未達到工作轉速，窯內的物料與窯壁之間的相對運動幅度更大，產生磨檫力也更大，這時電機電流顯著增加，到相當于變頻器調到10~13Hz時，電流達到電機額定電流的2倍。回轉窯轉速再增高，離心力增大，物料被帶到窯內的最高點，因為重力的作用，物料從最高點往下“瀉落”，電機電流下降到額定電流以下。考慮到變頻器有150%的過載率，不必選用2倍電機電流的變頻器，而選用森蘭SB61G90kW變頻器即可，這既可保證正常啟動，又不致使投資增大。改造時既可用原來的電磁調速電動機，須將電磁調速的轉差離合器換為機械彈性聯軸器；也可換一臺功率容量與原來電動機相同且極數也相同異步鼠籠電動機，機械減速器等無需改變。

    2.2 配置方案

   

    （2）配置方案

    回轉窯低速啟動力矩大，屬大慣性負載生產設備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅動電機克服了這種大慣性負載起動起來以后，其維持正常運轉所需要的驅動能量就會變得較小，一般在額定功率以下，解決起動和正常運行的合理分配將是回轉窯變頻控制的關鍵。

    根據回轉窯的這種特性，選擇變頻器時，適當增大變頻器的容量是必要的，僅從過載能力考慮，用75kW變頻器就可以了，但是回轉窯起動時要求的轉矩較大，還應將變頻器的容量再增大一些，因此選用具有恒轉矩特性的 SB61G90kW變頻器。如需對變頻器進行聯網控制，可利用SB61G90kW變頻器的RS-485端口，用Modbus協議予以實現。

    2.3 運行狀況

    回轉窯使用變頻調速后，運轉穩定平穩，兩年來未發生過任何問題。電機運行在615r/min，變頻器的輸出頻率為32.5Hz，節能顯著。

    3 節能計算

    回轉窯窯中主傳動改為變頻器驅動后，啟動非常容易且平穩。在回轉窯調到低速80r/min時也能安全的運行。電機主電機電磁軸輸出功率和損耗功率，可用下列公式計算，

    即電動機軸輸出功率：

  

    式中： T₁—電動機的輸出轉矩

    n₁—電動機的輸出軸轉速

    轉差離合器軸輸出功率

         

    式中： T₂—轉差離合器的輸出轉矩

    n₂ —轉差離合器的輸出軸轉速

    電動機的輸出功率，即為轉差離合器的輸入功率。 對于恒轉矩負載，T=T₁=T₂=常數，所以，轉差離合器的效率：

         

    其效率正比于輸出轉速，輸出最大轉速時其效率理論值為85% 。

    轉差率可按下式計算：

         

    則得：

              

    可見在恒轉負載下，轉差離合器的效率正比于輸出轉速。當轉速下降時，輸出功率成比例下降，而輸入功率基本保持不變，此時損耗功率Ph與轉差損耗成正比增加，即：

         

    原來的電磁調速電機額定轉速1440r/min，工作在1000r/min左右，低速運行在200r/min以上，轉速太低電磁調速力矩不夠。由（5）式可算出電磁調速電機轉速在1000r/min時損耗的功率，由此算出節電率為44%，實際上回轉窯有時運轉在1000r/min以下，這時節能率要高于44%，再考慮到變頻器本身要消耗能量，經水泥廠實際測算，節能在50%，于是不到半年可收回全部投資。

                                                         信息來源：自動化博覽