水泥企业变频器的选择

　　水泥企业为达到提高生产效率和节约能量的目的，必须正确选择系统配置，特别是选择这种系统中的电动机和变频器，涉及可靠性、性能和价格三方面的因素，应该慎重选择。

　  1.变频调速系统中电动机的选择

　　变频调速系统主要包括异步电动机、变频器、控制环节、负载及传动机构。

　　在选择电动机时不仅要考虑驱动机械负载和使其加速所需的电机容量，还应根据生产环境选择相应的电机防护等级。另外，由于这时电机不是由电网供电，而是由变频器供电(即在变频调速运行时，大部分时间里该电动机不是工作在该电机设计制造的额定工况)，会带来谐波、电磁干扰，也许会出现局部过电压、过电流等问题。同时，也须考虑让变频器尽量减少谐波、电磁干扰等带来的不良影响。

　　1.1电动机容量的选择

　　(1)选择因素

　　水泥企业电机负载均很大，加之工艺过程波动很大。在选择电机容量时，应考虑以下因素：

　　①电机的容量应大于负载所需的功率。

　　②电机的最大转矩应大于负载的启动转矩，并要有足够的裕量。

　　③若电源电压下降了10％时，电机仍能输出足够的转矩。

　　④电机应在规定的温升范围内使用。

　　⑤针对负载的性质，选择适合的电机运行方式。

　　实际上，在选择用于变频调速系统的电动机时，要在考虑有谐波条件下，电动机的电气、发热和机械出力三个方面的综合状况。特别在中、大型电动机中，要考虑过电压毛刺对电动机绝缘的影响，谐波成分对电动机温升的影响，转速调低(低频下)对电动机通风冷却的影响，在调速条件下对轴力矩的影响。

　　考虑以上因素，实际的电机容量可由下式求得：

　　电动机的容量—驱动负载所需的动力＋加速／减速所需的动力

　　(2)驱动负载所需动力的计算

　　负载的形式多种多样，比较典型的有恒转矩负载、平方降转矩负载、恒功率负载，下面结合水泥企业应用举例说明。

　　①平方降转矩负载

　　a.泵类负载所需的动力功率计算公式为

　　　式中k——裕量系数，k＝1.1～1.2；

　　　ρ——液体的密度，kg／m3；

　　　Q——流量，m3／min；

　　　H——扬程，m；

　　　p——泵的效率，p＝0.6～0.83。

　　　b.风机类负载所需的动力功率的计算公式为

　　　P＝

　　式中k——裕量系数，k＝1.1～1.2；

　　　Q——风量，m3／min；

    　　H——风压，Pa；

　　　——风机的效率，＝0.3～0.75。

    2.变频调速系统中变频器的选择

　　随着电力电子技术、计算机技术、控制技术的发展，变频器的功能、性能得到了很大的提高。根据其性能及控制方式不同可分为：通用型、多功能型、高性能型，其控制方式也依次为v／f(常熟控制)控制、电压型PWM控制、矢量控制等。用户可根据生产的需要，在变频器性能规格、容量等方面进行选择。

　　2.1变频器种类的选择

　　根据负载机械的工作特点，结合对调速范围、调速精度和经济性的要求，用户可以选择不同种类的变频器来控制调速运行。

　　(1)通用型变频器

　　一般采用v／f控制方式，适用于风机、泵类负载场合。其节能效果显著，调速范围和调速精度较低，因此成本较低。

　　(2)多功能通用变频器

　　多功能变频器主要适应工业自动化，自动仓库、升降机、搬运系统、小型CNC机床、挤压成型机、纺织及包装机械等高速、高效需求。

　　水泥企业一般采用通用型变频器较多，多功能通用变频器应用较少。

　　2.2 变频器的规格和指标

　　在选择变频器时，会接触到许多生产厂家提供的各类变频器的产品样本，这些样本主要介绍变频器的系列型号、特点以及各种功能和指标。用户根据自己的实际需要，就这些产品的性能、指标进行比较、筛选，以确定适合于自己的变频器。

　　(1)型号

　　一般为厂家自定的系列名称，包括电压等级和可适配电机的容量。

　　(2)电压级别

　　根据各国的工业标准或用途不同，其电压级别也各不相同，在选变频器时，首先应注意其电压级别是否与电源电压和电机的电压相适合。

　　(3)最大适配电机

　　在最大适配电机一栏中，通常给出最大适配电机的容量。应该注意这个容量一般以4极普通异步电动机为对象，而同容量的6极以上电机和变极电机等电机的额定电流比4极普通异步电动机的额定电流大，因此，在驱动4极以上电机时就不能单单以此项指标选择变频器，同时还要核对变频器的额定输出电流是否满足电动机的额定电流。

　　(4)电源

　　变频器对电源的要求主要有电压／频率、允许电压变化率和允许频率变化率等三个方面。通常对电压及频率变化率的要求分别为±l0％和5％。如果用户安装变频器的所在地点的供电电源电压波动超出通常规定的范围(或上限或下限)，应同供货厂家讨论。

　　(5)控制特性

　　①.电压型还是电流型。

　　②.PAM、PWM或SPWM调节方式。

　　③.V／f控制，转差频率控制方式或矢量控制。

　　④.输出频率范围，一般最低为0.1Hz，最高频率因变频器性髓而异，该调速范围应满足用户的应用需要，同时要了解在所用系统中，在该频率范围内是否有机械共振或出现转速振荡的可能。

　　⑤.输出频率分辨率，设定频率的分辨率，输出频率的精度。

　　⑥.频率设定方式。有自身的参数设定，电位器设定，外部(0～5V、4～20mA)设定以及上位机发送的RS－232和RS－485等信号设定。

　　⑦.电压／频率特性。变频器中存有多种V／f特性，如转矩增强，平方降转矩负载节能特性等供用户选择。

　　⑧.载频频率。载频频率的高低标志着输出波形的质量，早期的GTR型变频器的载频频率为1～3kHz，目前常采用IGBT，载频频率可达10～20kHz，另外还有同步调制和异步调制之分。

　　⑨.过载能力。变频器所允许的过载电流以额定电流的百分数和允许时间来表示。一般变频器的过载能力为额定电流的l50％，持续60s。

　　⑩.加减速时间设定。加速、减速时间作为基本功能可分别设定。高性能变频器还具有曲线加速，多挡加、减速时间设定以及外部控制加减速功能。

　　⑾.制动方式。变频器的电气制动一般分为能耗制动或再生反馈制动。能耗制动时不加外接制动电阻的场合制动力约为20％，加外接制动电阻时制动力可达100％。能耗制动用于制动频率不高的场合。从节能的角度来看，再生反馈制动是最好的方式，但是相对较为复杂，价格也较高，主要用于频繁启动、制动的场合。

　　⑿.运行控制方式。变频器应具有标准的有触点控制的启动、停止、正转、反转输入功能，同时还可对停止的方式进行设定，如自由停止还是加速停止。另外通常还具有通过参数设定或由外部信号选择多级调速运转功能。

　　⒀.变频器的保护。欠压保护、过压保护、过流保护、失速保护、过热保护以及再启动功能等。

　　2.3变频器容量的选择

　　在确定系统中变频器的容量时应考虑电动机的容量、电动机的额定电流、加速时间等几方面因素。下面就如何选定通用型变频器容量做一些简单介绍。

　　对于连续运行的变频器必须同时满足表3－1中所列三项要求。

　　注：PM——负载要求的电动机输出功率，kW；

　　　　——电动机的效率，通常为0.85；

　　　　——电动机的功率因数，通常为0.75；

   　 VE——电动机额定电压，V

     IE——电动机额定电流，A；

    　k——电流波形补偿系数，通常为l.O5～1.1。

　　2.4 低压变频器的选型

　　低压变频器指输入电源电压为单相220V和三相380V的变频器，这是水泥企业用量最大、应用最为广泛的变频器系列。低压变频器的选型首先要考虑用途，选择通用型还是专用型，要尽量使系统的各种功能通过变频器来实现。其次比较各厂家同类变频器的功能差别、性能价格比、售后服务，确定厂家及变频器型号。选型时还应注意与其它电气元件的接口互联问题，要求系统结构合理紧凑。以下以三垦公司四个系列产品的特点加以说明。它们都采用IGBT模块或IPM作为逆变器开关器件。

　　(1)VFA5P系列风机水泵专用变频器

　　矢量控制：采用独特的矢量运算控制，内藏PID。