大連小野田水泥有限公司是中日合資的大型水泥生產(chǎn)企業(yè)，成立于1989年7月28日，總投資1.88億美元，現(xiàn)有員工400人。該公司日產(chǎn)熟料4000噸，年產(chǎn)水泥137萬(wàn)噸，是國(guó)內(nèi)規(guī)模較大，設(shè)備最先進(jìn)的水泥生產(chǎn)企業(yè)之一。生產(chǎn)線匯集了當(dāng)今世界水泥制造業(yè)最先進(jìn)的RSP五級(jí)窯外分解技術(shù)以及德國(guó)、法國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的水泥制造設(shè)備。該公司注重挖掘企業(yè)自身潛力，強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)，并付諸于實(shí)施，對(duì)其窯尾EP羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻器改造，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
一、窯尾EP羅茨風(fēng)機(jī)改高壓變頻器拖動(dòng)的必要性
大連小野田水泥廠冷卻機(jī)EP羅茨風(fēng)機(jī)（電除塵風(fēng)機(jī)）為日本安川轉(zhuǎn)子繞線異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，原有的運(yùn)行方式為電機(jī)全速運(yùn)行，依靠調(diào)整出口擋風(fēng)板的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，由于企業(yè)自身電網(wǎng)容量有限，電機(jī)不允許全壓直接啟動(dòng)，因此選用轉(zhuǎn)子繞線式異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)方式是轉(zhuǎn)子串水電阻啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束后再自動(dòng)短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，電機(jī)全速運(yùn)行（項(xiàng)目初期運(yùn)行時(shí)，是采用水電阻調(diào)速運(yùn)行方式，但是投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)這種調(diào)速方式反而比風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)更加不經(jīng)濟(jì)，索性其只作為啟動(dòng)時(shí)使用），這樣的運(yùn)行方式存在如下弊端：
1．風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高。
依靠風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，本身是一個(gè)不得已的舉措，因風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)含有相當(dāng)一部分的機(jī)械機(jī)構(gòu)，受機(jī)械部分限制調(diào)節(jié)速度有限，調(diào)節(jié)精度亦受到影響，往往對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)量控制不是很到位，甚至滿足不了現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求 。
2．風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)浪費(fèi)電能，不科學(xué)，不經(jīng)濟(jì)。
采用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)固然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資較小，但是在節(jié)能意識(shí)日益加強(qiáng)的今天顯然不合適，水泥廠初期投建的時(shí)候，出于后續(xù)可能擴(kuò)建及運(yùn)行安全的角度，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的裕量選用較大，存在嚴(yán)重的大馬拉小車的現(xiàn)象。事實(shí)上，電機(jī)額定電流為45A，而電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流平均僅為35A 左右，采用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，人為改變了風(fēng)道的阻力曲線，大量的能源白白浪費(fèi)在了風(fēng)門(mén)上，在能源日益緊缺的今天，顯然已經(jīng)嚴(yán)重落伍，改造勢(shì)在必行。
3．電機(jī)全速運(yùn)行受到考驗(yàn)，維護(hù)周期短。
因電機(jī)全速運(yùn)行，電機(jī)軸承等機(jī)械部分磨損嚴(yán)重，另外，由于是轉(zhuǎn)子繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)行對(duì)于其機(jī)械部分一樣有百害無(wú)一益，轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的碳刷磨損相當(dāng)嚴(yán)重，更換周期短。
4．啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，水電阻裝置維護(hù)工作量大。
由于企業(yè)自身電網(wǎng)容量有限，電機(jī)不允許全壓直接啟動(dòng)，因此選用轉(zhuǎn)子繞線式異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)方式是轉(zhuǎn)子串水電阻啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束后再自動(dòng)短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，這樣的啟動(dòng)方式附帶了很多電氣二次回路，啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，而且本身水電阻裝置維護(hù)工作量就比較大，只有在啟動(dòng)過(guò)程的20幾秒內(nèi)投入使用，使用效率不高，然而卻不可缺，顯然已經(jīng)屬于落后工藝。
綜上所述，窯尾EP羅茨風(fēng)機(jī)改造勢(shì)在必行，要想徹底改變現(xiàn)有工藝，必須從源頭上下功夫，即通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，以此來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求。
二、調(diào)速方式的選擇
目前，大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級(jí)調(diào)速、內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速、液力耦合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。
1.串級(jí)調(diào)速—優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的問(wèn)題也很多：它不適合于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線式異步電機(jī)，必須更換電機(jī)：不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜；啟動(dòng)電流大；調(diào)速范圍有限；響應(yīng)慢，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨著轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降；很難實(shí)現(xiàn)同PLC和DCS等控制系統(tǒng)的配合，對(duì)提高裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無(wú)益；同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對(duì)電網(wǎng)有較大干擾；進(jìn)一步限制了它的使用，屬落后技術(shù)。
2．內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速—內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速是在串級(jí)調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它在普通繞線電動(dòng)機(jī)的定子繞組（稱主繞組）同槽放置一套繞組（稱調(diào)節(jié)繞組）而制造成的內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)，將該電動(dòng)機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量取出以改變電動(dòng)機(jī)用以產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使主繞組從電網(wǎng)吸收的能量下降來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。優(yōu)點(diǎn)：具有串級(jí)調(diào)速的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，體積小。缺點(diǎn)：需更換專用電機(jī)，滑環(huán)處理不當(dāng)容易出現(xiàn)事故；雖采用頻敏變阻器啟動(dòng)，但啟動(dòng)電流仍很大（3-4Ie）,對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊很大，啟動(dòng)復(fù)雜；調(diào)速范圍很??；輸入功率因數(shù)和效率低；電機(jī)側(cè)由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波，對(duì)電機(jī)的絕緣造成老化，引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、附加發(fā)熱和噪聲污染，所以電纜要求加粗使用；電機(jī)喘振現(xiàn)象無(wú)法消除。仍屬于落后技術(shù)。
3．液力耦合器調(diào)速—屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，最高可達(dá)額定功率的15%，因效率與轉(zhuǎn)速成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動(dòng)電流大、裝置大，必須加裝在設(shè)備和電機(jī)之間，不適合改造；無(wú)法軟啟動(dòng)，耦合器故障時(shí)，無(wú)法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大，不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。
4．高壓變頻調(diào)速—由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此具有其他調(diào)速方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：
（1）變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
（2）精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。
（3）高壓變頻器具有國(guó)際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表連接，并可以與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。
（4）具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)安全可靠。
（5）電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)的影響。
（6）具有就地和異地操作功能，另可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
（7）減少配件損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
通過(guò)對(duì)幾種調(diào)速方式的比較，最終，大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對(duì)EP風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外的所有廠家，基于以下幾點(diǎn)原因，選用了利德華福生產(chǎn)的高壓變頻器：
①國(guó)內(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績(jī)最多；
②系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；
③全中文界面顯示，適合國(guó)內(nèi)用戶；
④針對(duì)國(guó)內(nèi)用戶量身定做，盡量考慮國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；
⑤內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要。