■概況

眾所周知，水泥建材行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的耗能大戶。在水泥生產(chǎn)過程中，風(fēng)機(jī)的耗電量占其成本的比例非常高。近幾年，國家實行節(jié)能減排政策，針對水泥行業(yè)等耗能大戶重點(diǎn)改造;通過幾年的發(fā)展和總結(jié)，現(xiàn)國產(chǎn)高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載上的節(jié)能技術(shù)日趨成熟，節(jié)能減排效果明顯。

礦渣微粉為水泥、混凝土的重要添加劑，主要作用是可以提高水泥、混凝土的早強(qiáng)和改善混凝土的某些特性(如易和性、提高早強(qiáng)、減少水化熱等)。

礦渣微粉等量替代各種用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。礦渣微粉作為高性能混凝土的新型摻合料，具有改善混凝土各種性能的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：

可以大幅度提高水泥混凝土的強(qiáng)度，能配制出超高強(qiáng)水泥混凝土;

可以有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能，提高水泥混凝土的耐久性;

可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蝕性能，特別適用于抗海水工程;

可以顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性;

可以顯著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗?jié)B性;

可以顯著降低水泥混凝土的水化熱，適用于配置大體積混凝土;

■方案描述

現(xiàn)場描述

循環(huán)風(fēng)機(jī)為礦渣微粉生產(chǎn)線中最重要的設(shè)備之一，在整個過程中占據(jù)了最重要的位置，唐山某客戶現(xiàn)場磨機(jī)為立磨機(jī)，所配備循環(huán)風(fēng)機(jī)為630kW異步電機(jī)，電壓等級10kV，額定電流45.3A，風(fēng)機(jī)設(shè)計余量大，節(jié)能空間很可觀。

原系統(tǒng)采用工頻直接啟動的方式，啟動沖擊大，在原工頻運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式進(jìn)行，平常開度主要在60%左右，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，且運(yùn)行過程中要實時的調(diào)節(jié)開度以保證微粉的正常收集，自動化水平很低，所以決定進(jìn)行變頻改造，以達(dá)到節(jié)能和提高自動化水平的目的。

變頻方案

根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載情況，配置由匯川公司生產(chǎn)的高壓變頻器HD90-J100/800-DB,該產(chǎn)品具有矢量控制、控制性能好、過載能力強(qiáng)，操作方便，質(zhì)量可靠、節(jié)電率高等優(yōu)點(diǎn)。

(1)一次系統(tǒng)方案組成

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3和高壓開關(guān)QF1、電動機(jī)M組成(見上圖)。要求QS2和QS3之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運(yùn)行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合;工頻運(yùn)行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。高壓開關(guān)QF、電機(jī)M為現(xiàn)場原有設(shè)備。

(2)HD90控制原理及技術(shù)特點(diǎn)

電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯(lián)星接后形成三相變頻電源給高壓電動機(jī)供電。根據(jù)串聯(lián)單元級數(shù)的不同，產(chǎn)品分為3kV、6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數(shù)高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93對電壓和電流最嚴(yán)格的諧波失真要求。無需任何功因補(bǔ)償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術(shù)，輸出為近乎完美的正弦波，無須加輸出濾器。電動機(jī)諧波損耗小，轉(zhuǎn)矩脈動小，無明顯電動機(jī)噪聲。電動機(jī)不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動機(jī)無附加電應(yīng)力損害。

圖二：產(chǎn)品原理圖

功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經(jīng)IGBTH橋逆變后輸出脈寬調(diào)制(PWM)電壓。功率單元控制板由IGBT驅(qū)動電路和監(jiān)測保護(hù)電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運(yùn)行中功率單元故障時，變頻器可將故障單元自動旁路并繼續(xù)運(yùn)行，等情況允許時再停機(jī)排除故障。

匯川公司HD90采用功率單元級聯(lián)式技術(shù)路線，矢量控制高壓變頻器，控制核心采用DSP+ARM+FPGA組成，指令在納秒級完成，因此控制波形和逆變波形可以實時校驗。具有國際領(lǐng)先的技術(shù)!

公司所有高壓產(chǎn)品均進(jìn)行滿載72小時測試，除一些保護(hù)功能外，磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)、高頻技術(shù)、快速疊頻技術(shù)、Syn-transfer技術(shù)、非對稱旁路技術(shù)、雙路控制電源等功能，這些功能技術(shù)上處于國際領(lǐng)先水平。

公司的電力電子，自動控制和計算機(jī)等領(lǐng)域具有理論水平和實踐經(jīng)驗的優(yōu)秀科研隊伍，長期致力于電力電子領(lǐng)域各類產(chǎn)品的開發(fā)研制，對于關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝也作了大量的完善和改進(jìn)，如：其中層疊直流母線的制作工藝保證了直流母線的分布電感最小，有效抑制了功率器件在開關(guān)過程中的di/dt電壓尖峰;高密度FPGA貼片工藝保證了控制器在惡劣環(huán)境下能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行;整流橋、功率器件和電解電容的安裝工藝使整個系統(tǒng)的離散性達(dá)到最小，保證質(zhì)量和性能的高度一致性。為保障質(zhì)量和效率，公司還研制了各類具有特色的和方便使用的工藝調(diào)試工裝，建全了相應(yīng)的質(zhì)量管理體系。

1)矢量控制技術(shù)

HD90系列高壓變頻器具備通用矢量控制技術(shù)，基于電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)方程式解析，對電機(jī)定子電流解耦成勵磁分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，以達(dá)到模擬自然解耦的直流電動機(jī)的控制效果。

2)非對稱旁路技術(shù)

HD90系列高壓變頻器采用單元級聯(lián)方式，當(dāng)其中某個單元出現(xiàn)故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過非對稱旁路技術(shù)可以使系統(tǒng)不停機(jī)運(yùn)行。HD90的非對稱技術(shù)可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3)飛車啟動功能

HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進(jìn)行頻率搜索，直至搜索到與電機(jī)實時旋轉(zhuǎn)頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應(yīng)頻率，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至指定頻率，此技術(shù)能有效減少瞬間停電對生產(chǎn)的影響以及對電網(wǎng)的沖擊。

4)雙路控制電源

HD90控制系統(tǒng)采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作;一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時平滑無擾動。

5)來電自啟動功能

電網(wǎng)瞬間跌落或波動時，系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內(nèi)變頻器運(yùn)行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運(yùn)行，失電超過9s后變頻器停機(jī)，連續(xù)生產(chǎn)提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

6)高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二極管、高品質(zhì)電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質(zhì)器件，保證了運(yùn)行的高可靠性，生命周期長。

7)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案

在無線通訊模式中，通過3G技術(shù)的支持，數(shù)據(jù)中心可以24小時對工藝運(yùn)行過程中變頻調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、監(jiān)控。具有以下優(yōu)勢：故障報警及時，安全系數(shù)高;減少了現(xiàn)場維護(hù)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控的工作量：數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確：網(wǎng)絡(luò)無線監(jiān)控，降低了客戶在OSI網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)物理層建設(shè)的投入。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場實際運(yùn)行效果來看，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無波動，客戶能夠?qū)崟r根據(jù)不同工況要求進(jìn)行調(diào)速，并且匯川HD90系列高壓變頻器內(nèi)置有多段速功能，通過提前對多段速進(jìn)行設(shè)置，方便了客戶的使用。

現(xiàn)場所配變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機(jī)械接觸器方式進(jìn)行，能夠保證在單元出現(xiàn)故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機(jī)的運(yùn)行，且軟件上具有非對稱旁路技術(shù)，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。