試論回轉(zhuǎn)窯的變頻應(yīng)用及故障對(duì)策思考

李曉濤 牟玉生

摘 要：本文在分析回轉(zhuǎn)窯負(fù)載特性說(shuō)明基礎(chǔ)上，探討了回轉(zhuǎn)窯的變頻應(yīng)用可行性分析，重點(diǎn)就主傳動(dòng)交流變頻系統(tǒng)的配置方案，以及調(diào)試中的常見故障進(jìn)行較為深入的探討，最后還提出行維護(hù)中應(yīng)注意的事項(xiàng)，實(shí)踐證明，該交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠保證回轉(zhuǎn)窯的平穩(wěn)啟動(dòng)。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯 負(fù)載特性 變頻應(yīng)用 故障分析 維護(hù)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0211-02

對(duì)于水泥窯傳動(dòng)中的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其需要比較高的過(guò)載能力以及很高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。所以，驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在設(shè)備選型過(guò)程中比較重要，為了更好滿足窯的肩動(dòng)及調(diào)速，一般為窯所需額定轉(zhuǎn)矩的2.5倍左右，直流調(diào)速傳動(dòng)在此領(lǐng)域一直處于壟斷地位。近幾年，直接轉(zhuǎn)矩控制理論在不斷的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用上不斷加以推廣，以及相應(yīng)的大功率IGBT器件的快速發(fā)展，在窯主傳動(dòng)上所應(yīng)用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)也越來(lái)越多[1]，本文主要對(duì)于回轉(zhuǎn)窯的變頻應(yīng)用及故障對(duì)策相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 回轉(zhuǎn)窯負(fù)載特性說(shuō)明

分析回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)，其可以看作為筒體直徑3～4 m且窯體長(zhǎng)60～100 m的一個(gè)旋轉(zhuǎn)的筒體，其中，200 mm厚的耐火磚在筒體內(nèi)側(cè)進(jìn)行鑲?cè)?。?duì)于臥放的筒體來(lái)說(shuō)，主傳動(dòng)在中間設(shè)置，大多采用3～4檔托輪支撐，這種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載都具有比較大的動(dòng)～靜阻力矩，所以，較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在起動(dòng)時(shí)就不可避免，這屬于典型的重負(fù)載啟動(dòng)。分析其負(fù)載的特點(diǎn)，主要包括以下兩點(diǎn)：一是恒力矩，說(shuō)明轉(zhuǎn)速并不影響到阻力大??；二是起動(dòng)力矩大，往往是在滿載的條件下進(jìn)行啟動(dòng)，此時(shí)的托輪并沒(méi)有形成油膜，因此具有加大的阻力矩，一般為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)力矩的3.5～4倍。為了更好克服窯體較大的阻力矩，在使用變頻器拖動(dòng)回轉(zhuǎn)窯的過(guò)程中，一定要注意要使得轉(zhuǎn)矩在起動(dòng)時(shí)要足夠大，這樣才能保證順利地轉(zhuǎn)動(dòng)窯體。因此，變頻器在低速時(shí)，應(yīng)該具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這是采用變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)所需要注意的問(wèn)題[2]。

2 回轉(zhuǎn)窯的變頻應(yīng)用可行性分析

對(duì)于這種大型的生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)，回轉(zhuǎn)窯具有比較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，都是先通過(guò)幾級(jí)減速傳動(dòng)系統(tǒng)，然手由機(jī)電拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)。對(duì)于拖動(dòng)回轉(zhuǎn)窯過(guò)程使用交流變頻技術(shù)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該注意下列兩方面的問(wèn)題：

第一，為了滿足啟動(dòng)的條件，應(yīng)該盡量選擇電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在經(jīng)減速系統(tǒng)傳遞之后，還應(yīng)該能克服回轉(zhuǎn)窯最大轉(zhuǎn)矩。目前，國(guó)內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)廠家發(fā)展十分迅速，技術(shù)水平提高很快，能夠接近國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)電壓等級(jí)的大中型電動(dòng)機(jī)已經(jīng)生產(chǎn)出很多。其中，特殊工藝制造的鑄鋁轉(zhuǎn)子作為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，相應(yīng)的端環(huán)、轉(zhuǎn)子籠條以及風(fēng)葉等的制造都是通過(guò)一次鑄造成型工藝完成，使得可靠性能有效提高，具有較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，允許拖動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠所有增大，具備良好的電氣性能，保證允許堵轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于其中進(jìn)行合適的選型，能夠?qū)τ诨剞D(zhuǎn)窯高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的需求得到很好滿足。

第二，通過(guò)變頻器輸出的頻率范圍的合理選擇，可以使得電動(dòng)機(jī)滿足在0～n r/min之間而進(jìn)行任意的調(diào)速操作，能夠滿足回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝中相關(guān)轉(zhuǎn)速的要求。市面銷售的變頻器的頻率，其都能滿足為在0～100 Hz或者0～300 Hz之間進(jìn)行任意的調(diào)整，使得電動(dòng)機(jī)在任意速度之間調(diào)速成為可能，所以，拖動(dòng)回轉(zhuǎn)窯時(shí)采用的變頻器技術(shù)具有很強(qiáng)的可行性。

3 主傳動(dòng)交流變頻系統(tǒng)的配置方案

圖1為在結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，回轉(zhuǎn)窯主傳動(dòng)交流變頻系統(tǒng)的配置方案示意圖。通過(guò)設(shè)置2脈沖整流變壓器，直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的ACS800變頻器供電方式則為三相6 kV交流電源。分析變壓器的兩個(gè)二次側(cè)繞組，其中，一個(gè)為三角型接法，另外一個(gè)則為星型接法，30°的相位移則會(huì)在兩個(gè)二次側(cè)之間產(chǎn)生。在ACS800變頻器的輸出側(cè)加裝了輸出濾波器，這樣能夠有效使得過(guò)高的du/dt（電壓變化率）得到一定的抑制，從而更好保證正常運(yùn)行690 V異步電動(dòng)機(jī)。強(qiáng)制風(fēng)冷和絕緣軸承則是該電動(dòng)機(jī)的兩大特點(diǎn)，能夠滿足烘窯過(guò)程中的對(duì)于電動(dòng)機(jī)的要求，即能夠在100 r/min低速下（變頻輸出5 Hz）連續(xù)運(yùn)行。相比于電動(dòng)機(jī)容量，變頻器和整流變壓器的型號(hào)的容量選擇則應(yīng)該在其高一級(jí)的水平上，這樣能夠更好回轉(zhuǎn)窯高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求。

4 調(diào)試中的常見故障分析與思考

直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì)能夠通過(guò)變頻器在實(shí)際應(yīng)用中得以充分發(fā)揮，其具有靜態(tài)機(jī)械特性硬度大和低速轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，能夠很好的滿足相關(guān)的回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)要求，但是，不可避免的在調(diào)試過(guò)程中依然出現(xiàn)一些問(wèn)題，現(xiàn)分析如下。

4.1 DCOVERVOLT—直流母線過(guò)電壓故障

故障分析：以下三個(gè)方面則有可能是直流回路的電壓過(guò)高的原因：一是由于過(guò)短的電動(dòng)機(jī)減速時(shí)間，濾波電容充電的電壓在反饋能量的影響下而形成高壓；二是整流后直流電壓高過(guò)允許值則是由于電網(wǎng)電壓超過(guò)額定范圍的原因；三是對(duì)于并聯(lián)在濾波器旁的制動(dòng)電阻來(lái)說(shuō)，是由于沒(méi)有接通引起高壓的原因。應(yīng)該逐條檢查測(cè)試上述疑點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)具有偏高的電源電壓，一般能夠達(dá)到6200 V，高的時(shí)候能夠達(dá)到6400 V。

解決辦法：變壓器的分接位置進(jìn)行一定調(diào)整，變壓器參數(shù)改為6300/2×720 V，變壓器的二次輸出值進(jìn)行一定降低，這樣能夠使得直流母線電壓高的問(wèn)題有效解決。

4.2 OVERCURRENT—輸出電流過(guò)大故障

故障分析：輸出電流過(guò)大以至超過(guò)過(guò)流跳閘限值主要存在以下四方面的原因：這里的過(guò)流跳閘限值一般為額定電流的1.5倍，（1）電動(dòng)機(jī)負(fù)載短路。（2）檢測(cè)電路故障。（3）機(jī)械傳動(dòng)裝置卡住。（4）加速時(shí)間太短。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)置的電動(dòng)機(jī)的加速時(shí)間設(shè)置為50 s，此加速時(shí)間過(guò)短，沒(méi)有考慮窯為高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載的情況。

解決辦法：為保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常，將加速時(shí)間調(diào)整為100 s。

5 運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)注意的事項(xiàng)探討

第一，設(shè)備清潔。在通風(fēng)量較大的情況下，考慮到變頻器的本身散熱的特點(diǎn)，表面積塵會(huì)在運(yùn)行一段時(shí)間下較為嚴(yán)重，這樣就應(yīng)保持一定時(shí)間段的清潔除塵，一般為3個(gè)月。

第二，具有可靠的裝置的冷卻設(shè)備。判斷是否正常運(yùn)行逆變柜內(nèi)風(fēng)扇、整流柜等，用手轉(zhuǎn)動(dòng)停機(jī)時(shí)的風(fēng)扇，判斷軸承內(nèi)是否雜音或者卡死現(xiàn)象，及時(shí)更管有問(wèn)題的軸承。

第三，檢查接線、連接端子的可靠性。確保各端子排沒(méi)有松脫以及老化情況，保證沒(méi)有短路隱性故障，連接線牢固連接，電路板接插頭牢固接插。具有連接可靠的進(jìn)出主電源線，沒(méi)有無(wú)發(fā)熱氧化情況在連接處發(fā)生，良好接地。

第四，中間直流回路的電容器應(yīng)該進(jìn)行中期檢查，電容器的外殼有沒(méi)有變形，有沒(méi)有漏液情況，測(cè)試相關(guān)的漏電流、電容容量和耐壓等，更換不合格的電容，對(duì)于新電容或長(zhǎng)期閑置未使用的電容來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在更換前進(jìn)行相關(guān)的鈍化處理。

第五，整流、逆變電路部分的二極管和IGBT晶閘管的質(zhì)量應(yīng)該定期檢測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)調(diào)試該交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以來(lái)，能夠保證回轉(zhuǎn)窯的平穩(wěn)啟動(dòng)，以及較為可靠的運(yùn)行，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率有一定程度的提高，能夠使得回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行的參數(shù)要求很好得到滿足。

參考文獻(xiàn)

[1] 周亞敏.變頻器在回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用中對(duì)電網(wǎng)的諧波污染與治理[J].有色礦冶，2010，26（3）：77-79.

[2] 郝杰，代霖.石油焦煅燒回轉(zhuǎn)窯風(fēng)壓平衡控制技術(shù)改進(jìn)[J].輕金屬，2009（2）：34-37.