1 引言
寶鋼600t回轉(zhuǎn)窯用于燒制冶金石灰，使用篦式預(yù)熱機。該預(yù)熱機使用1臺15kw，4極的鼠籠型電動機，經(jīng)一臺1∶59的擺線減速機和一臺1∶57的齒輪減速機兩次減速后，驅(qū)動該預(yù)熱機。在電動機和擺線減速機之間，接有電磁耦合器，用來進行調(diào)速。其調(diào)速范圍為120～1200r/min，相應(yīng)的預(yù)熱機的速度為84～840mm/min。
電磁耦合器有電能浪費大的缺點，且需冷卻水系統(tǒng)為其降溫。該電磁耦合器已使用多年，由于備件的困難，帶來了調(diào)速精度低，轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定等毛病。轉(zhuǎn)矩的不穩(wěn)定曾導(dǎo)致篦板拉斷的事故。因此寶鋼于2004年對其進行了改造。
改造的方法是利用變頻器來取代原來的電磁耦合器調(diào)速系統(tǒng)。改造沒有簡單地保持原設(shè)備容量，而是針對該預(yù)熱機運行時的實際情況，對設(shè)備的選型進行了優(yōu)化，從而使設(shè)備容量降低了一半。

2 原設(shè)備的實際情況
原電動機速度為120～1200r/min，經(jīng)兩級減速后為0.035～0.35r/min，預(yù)熱機相應(yīng)的速度是84～840mm/min。根據(jù)寶鋼多年的實際運行情況，當(dāng)產(chǎn)量為額定值600t/d時，需要的速度是420mm/min，目前回轉(zhuǎn)窯已超產(chǎn)到720t/d，此時需要的速度為500mm/min。
在設(shè)備檢修時，對空載的預(yù)熱機有時希望移動的速度快一點，可用到700mm/min。
原電動機的額定電流為29a，實際電流一般不超過15a，有相當(dāng)大的裕量。

3 預(yù)熱機調(diào)速的性質(zhì)
要改變預(yù)熱機的產(chǎn)量，可以使用兩種方法，一是保持料層的厚度不變，改變預(yù)熱機篦板的速度，該方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
另一個方法是保持預(yù)熱機篦板的速度不變而改變料層的厚度。該方法將改變電機的負荷轉(zhuǎn)矩。
如果由于某種原因需要提高預(yù)熱機的轉(zhuǎn)速，而要維持產(chǎn)量不變，則預(yù)熱機上的料層必須減薄，電機的負荷轉(zhuǎn)矩將減輕。也就是說，這是個恒功率的調(diào)速過程。反之亦然。

4 電動機及擺線減速機的選擇
由于增產(chǎn)到720t/d以上的可能已很小，故只要在此基礎(chǔ)上留有一定的裕量即可。當(dāng)篦板速度為504mm/min時，與之對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速是720r/min，8極電機的轉(zhuǎn)速可滿足其要求。與4極電機相比，在同樣的轉(zhuǎn)矩下，電機的功率可降低一半，7.5kw的電機可滿足要求。
由于減速機使用日久，故實際改造時，將原1∶59的擺線減速機更換為1∶121的擺線減速機。相應(yīng)使用7.5kw，4極的變頻電機。
一般變頻電機當(dāng)采用強制冷卻時，其調(diào)速范圍可以從0到100hz，調(diào)速范圍很廣。但采用強制冷卻時，電動機有獨立的冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇功率雖小，但一套控制回路與一般電動機一樣一點都不能少，并且為了防止冷卻風(fēng)扇故障時燒壞主電機，還要給主電機回路加上一些與冷卻風(fēng)扇的聯(lián)鎖。這樣就使整個系統(tǒng)變得很復(fù)雜。而使用自扇風(fēng)冷時，就沒有這些問題。
因此變頻電機使用自扇風(fēng)冷電機，選用上海南洋電機廠的sybp型產(chǎn)品。擺線減速機選用天津減速機廠的產(chǎn)品。

5 變頻器的選擇
當(dāng)預(yù)熱機發(fā)生機械故障時，如電機轉(zhuǎn)矩裕量太大，會發(fā)生拉壞篦板的事故，故變頻器沒必要保留過大的裕量。由于新老系統(tǒng)電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相同，都比預(yù)熱機的負荷轉(zhuǎn)矩大，電機電流有較大的裕量。故變頻器不必在電機容量之上再留裕量，選用7.5kw即可。為了將變頻器裝在原mcc盤中，選用了三菱540型變頻器。
使用2塊輸出信號變換板選配件，裝于變頻器內(nèi)，將0～10v的電流和速度信號轉(zhuǎn)換成4～20ma的信號輸出顯示到中央操作室的crt畫面上。

6 變頻器調(diào)速方式的選擇
閉環(huán)矢量控制調(diào)速盡管有許多優(yōu)點，但并不是任何情況下都是用該方式最好，速度精度的提高，是以電流的波動為代價的。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動，使速度發(fā)生變化時，高精度系統(tǒng)必然要迅速發(fā)生響應(yīng)，力求快速恢復(fù)原來的速度。這就必然要求有一個較大的附加轉(zhuǎn)矩來與之抗衡。也就是說，系統(tǒng)會有一個較大的電流波動。這個電流波動如果是正的，將加重變頻器與電機的負擔(dān)，如果是負的，且較大的話，將使系統(tǒng)工作于制動狀態(tài)，為此將不得不給變頻器加用制動單元。反饋回路的存在也會使系統(tǒng)增加故障。另外，較大的轉(zhuǎn)矩波動還使機械系統(tǒng)產(chǎn)生較大的交變扭矩，降低機械壽命。
在本系統(tǒng)中，由于對速度控制的精度要求不是很高，使用閉環(huán)矢量調(diào)速是得不償失的。因此選用無反饋v/f調(diào)速，以求系統(tǒng)的最大穩(wěn)定性和可靠性。

7 調(diào)速上下限的選定
選用以上電動機和變頻器后，電動機在50hz（其對應(yīng)的篦板速度為520mm/min）以下時，使用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，該方式下的最高產(chǎn)量可達740t/d。
當(dāng)產(chǎn)量在740t/d時，如果有某種原因需要更高的速度，則可以使用恒功率調(diào)速?？紤]到這種可能性很小，調(diào)速的范圍也不會很大，選定最高速度為750mm/min，此時的運行頻率為71hz。
上海南洋電機廠的sybp型自扇風(fēng)冷變頻電機，其調(diào)速范圍為10到75hz。經(jīng)計算，當(dāng)電機運行于10hz時，其對應(yīng)的篦板速度為100mm/min?？蓾M足生產(chǎn)要求，故即以此作為調(diào)速下限。

8 其他參數(shù)設(shè)定
（1）過流保護值：額定電流值，延時時間為1s；
（2）停止方式：慣性停止；
（3）加速時間：15s；
（4）減速時間：10s。

9 改造方案其他要點
（1） 速度指令由plc原ao回路提供；
（2） 由變頻器反饋電流和頻率信號作為中控室的電流和速度監(jiān)視；
（3） 盡量使用變頻器內(nèi)部控制電源，plc與變頻器信號盡量直接授受，不設(shè)置不必要的中間繼電器，變頻器輸入與輸出端均不設(shè)置接觸器，將系統(tǒng)盡量簡化，以減少中間環(huán)節(jié)故障；
（4） 利用窯修時期進行施工。現(xiàn)場拆除原電動機、電磁耦合器和水冷系統(tǒng)，安裝新減速機和電動機。拆除mcc單元內(nèi)器件，安裝變頻器。

10 結(jié)束語
寶鋼600t回轉(zhuǎn)窯篦式預(yù)熱機設(shè)備變頻改造投運兩年，一直無故障。節(jié)電達50%以上，并免除了水冷系統(tǒng)的運行費用和故障，效益十分顯著。