试论回转窑的变频应用及故障对策思考

李晓涛 牟玉生

摘 要：本文在分析回转窑负载特性说明基础上，探讨了回转窑的变频应用可行性分析，重点就主传动交流变频系统的配置方案，以及调试中的常见故障进行较为深入的探讨，最后还提出行维护中应注意的事项，实践证明，该交流驱动系统能够保证回转窑的平稳启动。

关键词：回转窑 负载特性 变频应用 故障分析 维护

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0211-02

对于水泥窑传动中的电气传动系统来说，其需要比较高的过载能力以及很高动态响应。所以，驱动装置的启动转矩在设备选型过程中比较重要，为了更好满足窑的肩动及调速，一般为窑所需额定转矩的2.5倍左右，直流调速传动在此领域一直处于垄断地位。近几年，直接转矩控制理论在不断的发展，交流电动机矢量控制技术在实践应用上不断加以推广，以及相应的大功率IGBT器件的快速发展，在窑主传动上所应用交流变频调速系统也越来越多[1]，本文主要对于回转窑的变频应用及故障对策相关问题进行探讨。

1 回转窑负载特性说明

分析回转窑的结构，其可以看作为筒体直径3～4 m且窑体长60～100 m的一个旋转的筒体，其中，200 mm厚的耐火砖在筒体内侧进行镶入。对于卧放的筒体来说，主传动在中间设置，大多采用3～4档托轮支撑，这种恒转矩负载都具有比较大的动～静阻力矩，所以，较大的起动转矩在起动时就不可避免，这属于典型的重负载启动。分析其负载的特点，主要包括以下两点：一是恒力矩，说明转速并不影响到阻力大小；二是起动力矩大，往往是在满载的条件下进行启动，此时的托轮并没有形成油膜，因此具有加大的阻力矩，一般为正常运转时力矩的3.5～4倍。为了更好克服窑体较大的阻力矩，在使用变频器拖动回转窑的过程中，一定要注意要使得转矩在起动时要足够大，这样才能保证顺利地转动窑体。因此，变频器在低速时，应该具有较大的启动转矩，这是采用变频调速系统时所需要注意的问题[2]。

2 回转窑的变频应用可行性分析

对于这种大型的生产设备来说，回转窑具有比较大的转动惯量，都是先通过几级减速传动系统，然手由机电拖动实现作业。对于拖动回转窑过程使用交流变频技术来说，应该注意下列两方面的问题：

第一，为了满足启动的条件，应该尽量选择电动机最大转矩，在经减速系统传递之后，还应该能克服回转窑最大转矩。目前，国内电机生产厂家发展十分迅速，技术水平提高很快，能够接近国际先进水平，国内电压等级的大中型电动机已经生产出很多。其中，特殊工艺制造的铸铝转子作为电动机的转子，相应的端环、转子笼条以及风叶等的制造都是通过一次铸造成型工艺完成，使得可靠性能有效提高，具有较高的堵转转矩，允许拖动负载的转动惯量能够所有增大，具备良好的电气性能，保证允许堵转时间较长。对于其中进行合适的选型，能够对于回转窑高启动转矩的需求得到很好满足。

第二，通过变频器输出的频率范围的合理选择，可以使得电动机满足在0～n r/min之间而进行任意的调速操作，能够满足回转窑生产工艺中相关转速的要求。市面销售的变频器的频率，其都能满足为在0～100 Hz或者0～300 Hz之间进行任意的调整，使得电动机在任意速度之间调速成为可能，所以，拖动回转窑时采用的变频器技术具有很强的可行性。

3 主传动交流变频系统的配置方案

图1为在结合实际情况的基础上，回转窑主传动交流变频系统的配置方案示意图。通过设置2脉冲整流变压器，直接转矩控制（DTC）的ACS800变频器供电方式则为三相6 kV交流电源。分析变压器的两个二次侧绕组，其中，一个为三角型接法，另外一个则为星型接法，30°的相位移则会在两个二次侧之间产生。在ACS800变频器的输出侧加装了输出滤波器，这样能够有效使得过高的du/dt（电压变化率）得到一定的抑制，从而更好保证正常运行690 V异步电动机。强制风冷和绝缘轴承则是该电动机的两大特点，能够满足烘窑过程中的对于电动机的要求，即能够在100 r/min低速下（变频输出5 Hz）连续运行。相比于电动机容量，变频器和整流变压器的型号的容量选择则应该在其高一级的水平上，这样能够更好回转窑高启动转矩的要求。

4 调试中的常见故障分析与思考

直接转矩控制的优势能够通过变频器在实际应用中得以充分发挥，其具有静态机械特性硬度大和低速转矩大的特点，能够很好的满足相关的回转窑驱动要求，但是，不可避免的在调试过程中依然出现一些问题，现分析如下。

4.1 DCOVERVOLT—直流母线过电压故障

故障分析：以下三个方面则有可能是直流回路的电压过高的原因：一是由于过短的电动机减速时间，滤波电容充电的电压在反馈能量的影响下而形成高压；二是整流后直流电压高过允许值则是由于电网电压超过额定范围的原因；三是对于并联在滤波器旁的制动电阻来说，是由于没有接通引起高压的原因。应该逐条检查测试上述疑点，发现具有偏高的电源电压，一般能够达到6200 V，高的时候能够达到6400 V。

解决办法：变压器的分接位置进行一定调整，变压器参数改为6300/2×720 V，变压器的二次输出值进行一定降低，这样能够使得直流母线电压高的问题有效解决。

4.2 OVERCURRENT—输出电流过大故障

故障分析：输出电流过大以至超过过流跳闸限值主要存在以下四方面的原因：这里的过流跳闸限值一般为额定电流的1.5倍，（1）电动机负载短路。（2）检测电路故障。（3）机械传动装置卡住。（4）加速时间太短。经过检验发现，设置的电动机的加速时间设置为50 s，此加速时间过短，没有考虑窑为高启动转矩负载的情况。

解决办法：为保证电动机运行正常，将加速时间调整为100 s。

5 运行维护中应注意的事项探讨

第一，设备清洁。在通风量较大的情况下，考虑到变频器的本身散热的特点，表面积尘会在运行一段时间下较为严重，这样就应保持一定时间段的清洁除尘，一般为3个月。

第二，具有可靠的装置的冷却设备。判断是否正常运行逆变柜内风扇、整流柜等，用手转动停机时的风扇，判断轴承内是否杂音或者卡死现象，及时更管有问题的轴承。

第三，检查接线、连接端子的可靠性。确保各端子排没有松脱以及老化情况，保证没有短路隐性故障，连接线牢固连接，电路板接插头牢固接插。具有连接可靠的进出主电源线，没有无发热氧化情况在连接处发生，良好接地。

第四，中间直流回路的电容器应该进行中期检查，电容器的外壳有没有变形，有没有漏液情况，测试相关的漏电流、电容容量和耐压等，更换不合格的电容，对于新电容或长期闲置未使用的电容来说，应该在更换前进行相关的钝化处理。

第五，整流、逆变电路部分的二极管和IGBT晶闸管的质量应该定期检测。

6 结语

自动调试该交流驱动系统以来，能够保证回转窑的平稳启动，以及较为可靠的运行，使得整个系统的效率有一定程度的提高，能够使得回转窑运行的参数要求很好得到满足。

参考文献

[1] 周亚敏.变频器在回转窑应用中对电网的谐波污染与治理[J].有色矿冶，2010，26（3）：77-79.

[2] 郝杰，代霖.石油焦煅烧回转窑风压平衡控制技术改进[J].轻金属，2009（2）：34-37.