目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電動(dòng)機電耗占成本30%，因此，做好電動(dòng)機的降耗增效工作就顯得極為重要。所以，我們要從電動(dòng)機的選型、調速方式、啟動(dòng)裝置等方面入手，在每個(gè)環(huán)節開(kāi)展細致的工作，同時(shí)要大力應用新技術(shù)、新成果，促進(jìn)企業(yè)節能降耗。

    一、合理選用電動(dòng)機類(lèi)型

　　Y系列電動(dòng)機是全國統一設計的新系列產(chǎn)品，是國內目前較先進(jìn)的三相異步電動(dòng)機。20世紀80年代中期即在全國推廣應用。其優(yōu)點(diǎn)是效率高、節能、啟動(dòng)性能好。而目前國內許多老水泥企業(yè)仍大量采用JO2系列電動(dòng)機，相比來(lái)說(shuō)Y系列比JO2系列電動(dòng)機效率提高了0.413%。因此用Y系列電動(dòng)機取代舊式電動(dòng)機勢在必行。

　　選擇電動(dòng)機類(lèi)型除了滿(mǎn)足拖動(dòng)功能外，還應考慮經(jīng)濟運行性能。對于年運行時(shí)間大于3000h，負載率大于50%的場(chǎng)合，應選擇YX系列高效率的三相異步電動(dòng)機。與Y系列相比，其效率平均高3%，損耗降低20%～30%，雖然價(jià)格高于Y系列電動(dòng)機，但從長(cháng)期運行考慮，經(jīng)濟性還是明顯的。

    同步電動(dòng)機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數，降低供電線(xiàn)路損耗，但控制系統繁雜，價(jià)格較高。

    二、合理選用電動(dòng)機的額定容量

　　國家對三相異步電動(dòng)機3個(gè)運行區域作了如下規定：負載率在70%～100%之間為經(jīng)濟運行區；負載率在40%～70%之間為一般運行區；負載率在40%以下為非經(jīng)濟運行區。若電動(dòng)機容量選得過(guò)大，雖然能保證設備的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既能滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)設備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業(yè)一般負載率保持在60%～l00%較為理想。對于負載率小于40%的三角形接法電動(dòng)機可改為星型接法，以提高其效率。

    同步電動(dòng)機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數，降低供電線(xiàn)路損耗，但控制系統繁雜，價(jià)格較高。隨著(zhù)異步電動(dòng)機制造水平的提高，新設備已很少采用。

    三、電動(dòng)機啟動(dòng)和運行形式

    1、低壓籠型大中型電動(dòng)機

    若采用全壓直接啟動(dòng)方式，這要求電力系統有足夠大的容量，而實(shí)際運行時(shí)，電力系統負載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動(dòng)方式易燒毀開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機，影響電網(wǎng)其他設備的運行，往往為了盡量減少電動(dòng)機啟動(dòng)次數而寧愿讓電動(dòng)機空轉而不停車(chē)，造成大量浪費。此類(lèi)電動(dòng)機可以用電動(dòng)機軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。電動(dòng)機軟啟動(dòng)器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)控制它的導通角以實(shí)現軟特性的電壓爬升。它具有對電網(wǎng)無(wú)過(guò)大沖擊，對機械傳動(dòng)系統(齒輪及軸連接器)震動(dòng)小，啟動(dòng)轉矩平滑穩定等諸多優(yōu)點(diǎn)。啟動(dòng)電流在2.5～3.5倍額定電流之間可調，啟動(dòng)時(shí)間可調。

    2、高壓籠型電動(dòng)機

    傳統的啟動(dòng)方式多選用電抗器、自耦變壓器等，但這些啟動(dòng)設備都不能很好地滿(mǎn)足啟動(dòng)要求，很難獲得理想的啟動(dòng)參數。目前出品的熱變電阻軟啟動(dòng)裝置能較好地滿(mǎn)足啟動(dòng)要求。熱變電阻器由具有負溫度系數的電阻材料制成，電阻器串于電動(dòng)機定子回路，當電動(dòng)機啟動(dòng)、電阻體通過(guò)啟動(dòng)電流時(shí)，其溫度升高，而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機端電壓逐步升高，啟動(dòng)轉矩逐步增加，以實(shí)現電動(dòng)機的平穩啟動(dòng)。根據電動(dòng)機參數和負載要求的啟動(dòng)轉矩，能方便地配置適當的啟動(dòng)電阻值獲得最佳的啟動(dòng)參數，即在較小的啟動(dòng)電流下，獲得足夠大的啟動(dòng)轉矩。

    3、大型繞線(xiàn)型電動(dòng)機

    以前大多采用頻敏變阻器啟動(dòng)，但其故障率太高。目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動(dòng)器。它是利用兩極間的液體電阻，通過(guò)機械傳動(dòng)裝置使極板的距離逐步接近，直至接觸，達到串人轉子回路中的電阻無(wú)級變小最后為零，實(shí)現電動(dòng)機無(wú)沖擊的平滑啟動(dòng)。其特點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，對電網(wǎng)無(wú)沖擊，熱容量大，可連續啟動(dòng)5～10次，維護方便，使用可靠。目前我廠(chǎng)該類(lèi)型電動(dòng)機已全部采用液體變阻啟動(dòng)器。

    4、中、小型繞線(xiàn)電動(dòng)機

    以前主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動(dòng)，由于有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動(dòng)系統都安裝在粉塵較大的生產(chǎn)現場(chǎng)，因此它具有故障率高、維修量大的缺點(diǎn)，經(jīng)常影響設備的正常運行，而無(wú)刷無(wú)環(huán)啟動(dòng)器較好地解決了上述問(wèn)題，它是一種啟動(dòng)平滑，不改變運行特性且不受粉塵干擾的啟動(dòng)設備。其一次啟動(dòng)電流限制在3.0～4.0Ie之間，適合于11～600kW的高低壓繞線(xiàn)型電動(dòng)機。該啟動(dòng)器是利用頻敏變阻器的原理，利用鐵磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動(dòng)機轉軸原來(lái)裝集電環(huán)的位置，與轉子同步旋轉，省去了電動(dòng)機的輔助啟動(dòng)裝置。

    五、電動(dòng)機的功率因數補償　

    籠型電動(dòng)機通常采用并聯(lián)電容器就地補償的方法，繞線(xiàn)式電動(dòng)機可采用進(jìn)相機補償的方式，進(jìn)相機補償分旋轉式和靜止式兩種，由于旋轉式進(jìn)相機結構上的缺陷，目前逐步被靜止式進(jìn)相機所代替。

    六、用變頻調速取代傳統調速

　　傳統調速所采用的晶閘管串級調速、直流調速、電磁滑差調速、液力耦合器調速和異步電動(dòng)機的變級調速等存在傳動(dòng)效率低、難維護等缺點(diǎn)，而變頻調速結構簡(jiǎn)單，穩定可靠，調速精度高，啟動(dòng)轉矩大，調速范圍廣。所以采用變頻調速在提高機械的傳動(dòng)效率就可節能20%左右。

    七、變頻調速技術(shù)的節能原理

    大部分水泥廠(chǎng)的一些設備尤其是一些大功率設備在生產(chǎn)過(guò)程中絕大部分時(shí)間都是不滿(mǎn)負荷，在生產(chǎn)過(guò)程中都是通過(guò)調節擋風(fēng)板或閥門(mén)的開(kāi)啟角度的機械調節方法來(lái)滿(mǎn)足不同的用風(fēng)(水)量，這種操作方式的缺點(diǎn)是：(1)電機及風(fēng)機或水泵的轉速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；(2)設備運行的自動(dòng)化程度相當低，幾乎完全靠人工調節，調節精度差，控制不精確；(3)電氣控制采用直接或降壓起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源(電網(wǎng))容量大，功率因素較低；(4)起動(dòng)時(shí)機械沖擊大，設備使用壽命低；(5)噪聲大，粉塵污染嚴重等。

    在水泥廠(chǎng)主要有生料磨排風(fēng)機、窯尾廢氣處理風(fēng)機、羅茨風(fēng)機、水泥磨排風(fēng)機、煤磨風(fēng)機、蓖冷機風(fēng)機、選粉機、循環(huán)水泵、給水泵等。由于變頻調速技術(shù)的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n =60 f(1-s)／p，(式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數)；通過(guò)改變電動(dòng)機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類(lèi)設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。圖1為壓力H、流量Q曲線(xiàn)特性圖：

                                              圖1：壓力和流量曲線(xiàn)特性圖

    n1代表電機在額定轉速運行時(shí)的特性；n2代表電機降速運行在n2轉速時(shí)的特性；R1代表風(fēng)機、泵類(lèi)管路阻力最小時(shí)的阻力特性；R2代表風(fēng)機、泵類(lèi)管路阻力增大到某一數組時(shí)的阻力特性。

　　風(fēng)機、泵類(lèi)在管路特性曲線(xiàn)R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機、泵類(lèi)所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于A(yíng)H1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類(lèi)的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，壓力增大到H2，這時(shí)風(fēng)機、泵類(lèi)所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機、泵類(lèi)所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節能，是以高運行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。若采用變頻調速，風(fēng)機轉速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖1可見(jiàn)功率的減少是明顯的。

    也就是當風(fēng)機水泵的轉速下降10%時(shí)，電機消耗功率下降27.1%.所以風(fēng)機水泵采用變頻調速節能效果非常明顯。

    八、變頻器的應用

　　1、變頻在空氣壓縮機上的應用

空壓機恒壓供氣使用變頻器與壓力控制構成閉環(huán)控制系統，使壓力波動(dòng)減少1.5%，降低噪音、減少振動(dòng)。保證設備長(cháng)期穩定運行，從而減少了設備維護工作量，延長(cháng)了設備使用壽命。用變頻器后，空壓機可在任何壓力下隨意起動(dòng)，打破了以前不允許帶壓起動(dòng)的規定，起動(dòng)電流也較以前大大降低。通過(guò)使用變頻器后的實(shí)例，多數壓縮機節電率約在20%左右。

    2、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機上的應用

　　立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機的電耗一般占60%左右，隨著(zhù)電價(jià)的調整，電費在水泥生產(chǎn)成本中說(shuō)所占的比例越來(lái)越高。因此，降低鼓風(fēng)機的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要一環(huán)。

　　對羅茨風(fēng)機可由變頻器改變風(fēng)機的供電電源頻率進(jìn)行無(wú)級調速來(lái)調節風(fēng)量，重慶地維水泥有限公司在1號窯132kW羅茨風(fēng)機上安裝變頻器，節電率高達62.2%。噸熟料電耗由安裝變頻器前的15.22度下降到安裝后的5.55度；河南焦作水泥廠(chǎng)在10000t/d水泥熟料旋窯生產(chǎn)線(xiàn)生料流態(tài)化系統55kW羅茨風(fēng)機上安裝了變頻器后節電率高達73.2%，平均每日用電量由安裝前的606度下降到安裝后的162度，每日節電444度。

　　3、變頻器在離心風(fēng)機上的應用

　　有某些水泥廠(chǎng)是采用高壓離心式風(fēng)機進(jìn)行供風(fēng)，該種水泥窯的風(fēng)量調節是通過(guò)風(fēng)門(mén)開(kāi)啟度對風(fēng)量進(jìn)行調節。對離心風(fēng)機的變頻調速改造同樣有巨大的節能潛力。這是因為離心式風(fēng)機設備的流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。因此，在調節風(fēng)量或流量時(shí)，如降低20%的風(fēng)量或流量，功耗則會(huì )下降50%，但是必須注意，轉速與壓力是成平方關(guān)系，當轉速下降20%時(shí)，壓力則會(huì )下降60%，因此必須注意工藝要求的壓力范圍不能象羅茨風(fēng)機那樣，不用考慮轉速與風(fēng)壓的關(guān)系。

　　4、變頻器在立窯卸料機上的應用

　　立窯卸料機若采用滑差調速電機，其轉速通?？刂圃?00～1000rpm(工藝上根據窯的情況，對卸料速度進(jìn)行控制的)。采用變頻調速的方法取代滑差電機，經(jīng)過(guò)多個(gè)廠(chǎng)家應用結果表明，平均節能達40%左右，這是因為滑差調速是一種耗能的低效調速方法。

　　由下列公式可知：滑差電機主電機軸的輸出功率：P0 = KM0N0(P0表示輸出功率，M0表示負載轉速，N0表示電機轉速，K為常數)滑差頭輸出功率P1 = KM0N1(P1表示輸出功率，N1表示滑差頭轉速)滑差頭損耗功率：P=P0- P1= KM0(N0—N1)由此可見(jiàn)，滑差電機的轉速越低，浪費能源越大，而卸料機的轉速通常在400rpm左右運行，因此改用變頻調速的方法會(huì )有50～60%的節能效果。

　　5、變頻器在選粉機上的應用

重慶地維水泥有限公司的旋風(fēng)式選粉機，原設計由JZT392-4型75kW電磁調速異步電動(dòng)機(滑差電機)拖動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是調速系統簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，有一定的調速范圍，缺點(diǎn)也較多：電機本體噪音高、振動(dòng)大、能耗高、無(wú)功損耗大、軸承故障率特別高，滑差控制儀安裝于粉塵飛揚的電機旁邊，多次出現帶負荷起動(dòng),不能調速和突然失速等故障，現場(chǎng)維護量大，影響整個(gè)系統的安全運行。

    6、變頻器在預加水成球系統中的應用

　　目前，預加水成球技術(shù)在立窯水泥廠(chǎng)中應用已相當普遍。它在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量方面取得了比較明顯的效果。其結合微機雙回路調節器，就能實(shí)現水料比例自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)調節，做到恒壓供水。調節及時(shí)，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強度，同時(shí)也改善了成球質(zhì)量，使預加水系統真正起到預濕成球的作用，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng )造了條件。

　　7、變頻器在成球供水系統中的應用

　　生料成球工序是影響水泥熟料燒結質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一，其中水、料比例直接影響成球好壞。應用變頻器后能通過(guò)跟蹤生料供給量對成球預加水泵的轉速進(jìn)行無(wú)級調速，從而實(shí)現全自動(dòng)化的閉環(huán)控制，料水配合穩定，成球效果良好，大大提高水泥燒結質(zhì)量。此系統改造主要為提高自動(dòng)化程度和制造工藝水平考慮，由于功率較小省電效果還在其次。

　　8、變頻器在生料均化給料系統中的應用

　　此系統用變頻改造后，將所有送料口處的送料電機用變頻器進(jìn)行同步無(wú)級調速，等比例送料，提高均化效果，此點(diǎn)也是從制造工藝角度考慮。

　　9、變頻器在水泥選粉系統中的應用

水泥選粉系統的工作原理是根據所生產(chǎn)的水泥的標號的不同，調節選粉機和選粉風(fēng)機的轉速，從而選出不同細度的水泥制品。老式選粉機要調整風(fēng)機軸上的扇葉的數量和角度，經(jīng)過(guò)對比試驗達到所要求的選粉細度；新式選粉系統分選粉機和選粉風(fēng)機兩部分，選粉機由滑差電機調速，選粉風(fēng)機靠調節擋風(fēng)板角度調節用風(fēng)量。這兩種系統都存在操作工藝復雜、調節精度差、浪費電能?chē)乐氐娜秉c(diǎn)，特別是滑差點(diǎn)機不但費電，由于水泥制造環(huán)境粉塵嚴重，因此滑差頭骨脹率特別高，維修困難。變頻改造后，不管是老式系統還是新式系統，只要將電機調節到一個(gè)特定的轉速就能選出所需要的細度的顆粒，在節約電能的同時(shí)還做到了連續化、自動(dòng)化生產(chǎn)，既提高了勞動(dòng)效率，又降低了勞動(dòng)強度，綜合效益明顯。

　　針對上述問(wèn)題，結合生料車(chē)間選粉機負荷轉速不超過(guò)600r/min的特點(diǎn)，對選粉機電氣部分進(jìn)行變頻調速技術(shù)改造。經(jīng)實(shí)際測量，選粉機改造前，運行速度在594r/min時(shí)，輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數0.82，故輸入功率為40kW；改造后，運行速度在594r/min時(shí)，輸入電壓387V，輸入電流18A，(熱繼電器也做了相應調整)，功率因數0.92(變頻器加裝了直接電抗器)則輸入功率為11kW。改造后一年內沒(méi)發(fā)生過(guò)任何故障，保證了系統的安全運行，大大減少了維護工作量和維修費用，而且節能效果十分顯著(zhù)。

　　10、變頻器在立窯卸料系統中的應用

　　為使水泥燒結過(guò)程中加料、供風(fēng)、卸料三平衡，立窯普遍采用滑差電機(電磁調速電機)做為盤(pán)塔式卸料裝置的動(dòng)力，該電機不但防護等級滿(mǎn)足不了水泥生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境的需要，而且在相同輸出轉速的條件下消耗的功率也比系列電機高出20%左右，在降低轉速時(shí)相差更多，因此采用變頻調速系統代替滑差調速后，解決以上所訴的缺點(diǎn)，且調速性能遠遠高于滑差調速電機，在節電的同時(shí)維修費用也大大降低，在各行業(yè)得到普遍應用。

　　應用變頻器對可以調速的電機進(jìn)行控制，在節約大量電能的同時(shí)，還具有軟起功能，同時(shí)降低了電機的起動(dòng)電流和運行電流，降低整個(gè)電力系統和機械系統啟動(dòng)和工作時(shí)的負荷強度，延長(cháng)了機械部件的使用壽命。另外對滑差電機的變頻改造提高了電機的防護等級，減少了因環(huán)境惡劣而造成的電機故障率。

    九、結束語(yǔ)

    變頻器在水泥廠(chǎng)的應用還不止這些，比如說(shuō)回轉窯球磨機、卸料圓、盤(pán)給料機、雙管絞刀裙、板喂料機調速皮帶稱(chēng)喂、煤絞刀、蓖冷機等一切需交流調速的設備都可以采用變頻調速器。

    實(shí)踐證明，變頻改造具有顯著(zhù)的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設備維護、維修費用，另外當采用變頻調速時(shí)，由于變頻裝置內的直流電抗器能很好的改善功率因數，也可以為電網(wǎng)節約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。

    總之，采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：(1)采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節，降低了設備的故障率，節電效果顯著(zhù)；(2)采用變頻器控制電機，實(shí)現了電機的軟啟動(dòng)，延長(cháng)了設備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；(3)電機在低于額定轉速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；(4)具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護功能；(5)提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。