水泥熟料生产线电机启动技术的应用

水泥熟料生产线电机启动技术的应用摘要：本文介绍了液体电阻软启动技术、施耐德A TV系列变频器技术、施耐德Altistart 48软启动器技术在东华水泥5000t/d新型干法水泥生产线上的应用情况。

关键词：水泥；生产线；电机；启动技术；应用前言山东东华水泥有限公司（以下简称东华水泥）在山东淄博市龙泉镇建设的第一条5000t/d新型干法水泥生产线通过应用液体电阻启动技术，变频器启动技术和软启动技术保障了机电设备的安全运行，经过一年的调试运行实践证明，各电机启动设备达到了设计生产要求。

本文对电机启动保护技术的应用情况进行了总结。

交流电机的直接启动或者星——三角启动产生的电压和电流的瞬变、浪涌现象，会造成对电网的冲击，特别是大容量电机会对电网及其他负载造成干扰，导致整个供配电网络的过负荷和不良的电压变化，甚至危害电网的安全运行。

并最终会降低整个供配电网络和电气设备的运行质量,导致从电机到启动设备及到强应力点等整个驱动链的机械故障，增大设备的故障率，减少设备的使用寿命，增加生产能耗和生产成本。

早期的串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星-三角转换等启动方式难以达到启动过程平稳的理想要求，而采用液体电阻软启动、变频启动、晶闸管软启动等无级启动新技术后则能较好地得到实现。

1 液体电阻启动技术的应用液体电阻启动是由一个经滑环与转子电路连接的液体启动变阻器来进行的。

这既维持了电机的转矩能在足以启动负荷的必要水平，又保证了较低的启动电流。

电机启动时，将高压电机转子绕阻的星形接点断开，经滑环串入液体电阻启动器，并通过机械传动均匀调整液体电阻两平行极板间的距离来均匀降低液体电阻值至短接切除，脱离电路，实现电机均匀加速，平滑启动，并由此点开始作为普通的鼠笼式电机运行。

所以，液体电阻启动器主要适用于启动负荷较高、扭矩较高而启动电流受到限制的较大的滑环电机。

与直接起动相比，液体电阻启动过程比较理想，对大型电机的保护、对电网的冲击以及对供电质量的影响要好。

表1：东华水泥5000t/d生产线大型电机启动参数序号设备名称性能参数启动方式启动参数功率（KW）电压（KV）额定电流（A）最大启动电流最小启动电流启动时间1 原料磨主电机3800 10 260.1 液体电阻178A 77A 10S2 原料磨风机3500 10 243.2 液体电阻261A 94A 45S3 窑尾排风机710 10 56.77 液体电阻90A 38A 45S4 煤磨排风机560 10 39.2 液体电阻57A 21A 45S5 窑头排风机500 10 39.8 液体电阻65A 29A 45S6 高温风机2500 10 166 直接启动257A 45A 10S7 煤磨主电机500 10 36.4 直接启动59A 12A 5S1.1液体电阻启动的使用在东华水泥5000t/d生产线电机的启动方式选择中，按照技术可靠、经济实用的目标要求，比较各种启动方式和生产设备的不同特点，选择合适生产现场的最佳启动方案。

对生产线的原料磨主电机、原料磨风机、窑尾排风机、煤磨排风机、窑头排风机等大型电机都采用了液体电阻启动技术，如表1所示。

1.2液体电阻启动的注意事项在实际使用中需要注意的是：（1）液体电阻启动器的阻值对启动电流影响较大，在使用前必须检测水电阻的电阻率以确保在要求范围内。

（2）在起动时，水箱内的温度不得超过60℃，以防水箱过热开锅，造成不良后果。

（3）滑环电机液体电阻启动的不利之处就在于它的机械和电气结构过于复杂，且电刷、滑环、电阻器和接头的使用又使成本(包括维护成本)增加，可靠性降低。

东华水泥龙泉生产线上的原料磨主电机滑环和煤磨风机电机滑环在调试生产中都出现过滑环刺火损坏，影响正常生产。

2005年元月，3800kW原料磨主电机就出现严重的滑环刺火停机，致使A、B两相损坏（A相0 MΩ，B相2 MΩ），经检查确认，是设备厂家的一个螺栓和垫圈掉落卡住接触器的一相磁铁所致。

2005年11月，煤磨排风机电机滑环也出现煤粉导电故障（使用要求每月一清滑环，我们根据实际情况一周一清），滑环刺火导致星型接点的导电铜棒熔化，影响两天生产。

所以，对液体电阻启动器的使用，特别是在比较恶劣的环境条件下（如粉尘污染重或有导电的煤粉的情况）的使用，实行过程维护非常重要。

2变频器启动技术的应用变频器技术是优于星——三角和滑环启动的电机启动技术，它从电机启动到正常运行再到停机的每一循环中，对转速、扭矩和功率等所有相对变量进行精确控制，实现无级调速。

同时，还提高设备可靠性，减少维护工作量，节约电能，降低生产成本。

2.1 变频调速控制方式众所周知，变频器是利用电机转速和电源频率的线性关系将50Hz的市电整流和通过CPU 产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相的6组功率元件导通/关断，将电压、频率可调的三相输出电压实现逆变转换为频率可调的三相电源。

原理上讲，交流电机有改变极对数、调节转差率、改变供电电源频率三种变频调速方式，但比较成熟的变频调速方式有v/f 控制、矢量控制和直接转矩控制三种。

v/f 控制是初期变频器采用的主要方式，结构比较简单，它以通过电机的气隙磁通恒定不变为理论基础建立控制模型，这与实际电路中存在定子电抗压降，在电机低速运转（感应电动势较小）时定子阻抗上的压降更不能忽略的事实不能一致。

为了保证电机在低速区域运行时有较大的输出转距，必须进行压降的适当补偿。

这种缺陷的物理模型造成其开环控制精度低，动态特性差，低速区电压调整困难，调速范围较窄。

所以，只适用于对控制性能要求不太高的通用变频器和要求不高的设备场合。

矢量控制（VC）由于交流电机具有电压、电流、频率、相位多变量输入和磁通、转矩等多变量输出的耦合特性，磁通不能单独控制，对电压、电流的调节会同时影响磁通和转矩。

所以矢量控制借鉴直流电机产生转距的机理，控制检测定子电流分解的转矩和磁场两个分量的大小和相位（即定子电流矢量），并通过控制定子绕组上的电压频率的变化，使励磁电流（或者磁通）和转距电流的指令值和检测值达到一致，实现正交或解耦控制。

矢量控制原理复杂，精度高，比v/f 控制输出转矩特性好。

直接转矩控制（DTC）按照瞬时空间矢量理论，通过检测的定子电压和电流与给定值的差值计算比较来实现磁链和转矩的控制，省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算，也不需要模仿直流电动机的控制和为解耦而简化交流电动机的数学模型，具有易于实现无速度传感器化的优点。

该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，控制思想新颖，系统结构简洁，动静态性能优良，得到了迅速发展。

目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。

但由于依赖于精确的电机数学模型和自动识别（Identification简称ID）的限制，也存在着大功率时低频转矩脉动大的缺点。

2.2 A TV系列变频器特点与应用随着技术的不断发展和社会需求的提高，A TV变频器产生了A TV11、A TV31、A TV38、A TV58和A TV68系列产品，并在输出频率、开关频率、安全特性和电机保护方面基本保持一致；在速度范围、制动力矩、瞬时过力矩、功率和使用范围方面，都有不同程度的提高。

东华水泥5000t/d生产线的煤磨选粉机、配料站板喂机和原料磨选粉机全部采用施耐德生产的A TV 系列变频器控制，情况如表2所示。

表2：东华水泥变频器应用情况变频器型号使用地点使用设备使用电机性能参数变频器最大功率(kW) 生产厂家额定功率额定电压额定电流电机极数启动电流启动时间A TV38HD79N4 煤磨煤磨选粉机55kW 380V 111A 8 152A 20S 75kW 施耐德A TV58HD11N5 配料站硫酸渣板喂机3kW 380V 7A 6 9.2A 3S 4kW 施耐德A TV58HD16N4 配料站煤矸石板喂机7.5kW 380V 15.5A 4 18.7A 3S 11kW 施耐德A TV58HV72N4 配料站砂岩板喂机7.5kW 380V 15.5A 4 18.9A 3S 11kW 施耐德A TV58HD33N4 配料站石灰石板喂机18.5kW 380V 36.5A 4 42.3A 10S 22kW 施耐德A TV68C43N4 原料磨原料磨选粉机250kW 380V 434A 4 687A 45S 315kW 施耐德2.3 A TV系列变频器的使用体会（1）从我公司一年多的使用情况来看，A TV系列变频器比较适应生产现场的实际要求，具有可编程控制、调节方便的特点。

（2）有时变频器在参数被更改后导致不能正常运行时，最好的方法就是恢复变频器出厂设置，然后再重新设置。

这就要求调试技术人员必须熟悉设备的基本参数与要求，否则在重新设置时就会遇到一些困难，也承担一定的技术风险。

（3）A TV系列变频器仅是电机运行控制的一个部件，它安装的安全保护装置，虽可通过变频器断电实现电机电源的切断，但这种电子锁定控制不能作为电机断电、机械阻塞停机等故障时的安全保护依据。

因为进线电源故障、低速检测造成的断电和机械阻塞停机等故障都有可能在故障消除后重新启动。

所以，在设备或机器的电器或是机械部分进行任何操作之前，都必须断开变频器的外部电源，这是安全操作要特别注意的。

（4）由于变频器的输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的非标准的正弦波，包含较强的高次谐波成分，对电网上的其他设备产生很强的干扰，甚至造成不能使用。

为了减小变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电网其他干扰源对变频器的干扰，需要在变频器的输入、输出端增加滤波器、电抗器等抗干扰设备，为此需要选择出适用于生产设备要求的不同规格变频器的滤波器、电抗器、制动电阻和制动单元，东华水泥生产线上曾出现过变频器影响控制线路的安全，产生误信号动作的现象，做屏蔽处理后得以解决。

所以，选择合适的抗干扰设备在变频器的使用重也非常重要。

3 施耐德Altistart 48软启动器技术的应用3.1 软启动器工作原理表 3 ：软启动与传统启动方式的对比技术指标传统启动软启动直接自耦变压器定子串电阻星三角IQ/ Ist 100% 30~40％或60％58~70％33% 最大90％MQ /Ms 100% 30~40％或64％33~49％33% 最大100％启动级数 1 4、3或2 3或2 2 连续无级电机线数 3 3 3 6 3IN过载倍数5 1.5~2.1或3.2 3~3.5 1.65 1~5从上世纪70年代开始推广应用的软启动技术是晶闸管交流调压技术的发展，它结合功率因数控制和微电脑控制等技术后发展成为智能化软启动器，能有效地控制启动过程中电机的电流、电压和转矩等参数，保证电机的平稳启动，达到较好的保护效果。

如表3是传统启动方式与软启动方式的比较。