ETD790系列直流调速器 在水泥回转窑中的应用

一、回转窑工作状况简介

回转窑是水泥生产线中的核心设备，水泥的生产工艺就是把经过粉磨配制好的生料，在回转窑的匀速转动搅拌及高温作用下烧成为熟料的工艺过程。因此回转窑的技术性能和运转情况，在很大程度上决定着水泥企业产品的质量、产量和成本。“只要大窑转，就有千千万”这句民谣就是对水泥生产中回转窑重要程度的生动描述。

回转窑是一个筒体横卧，略带倾斜的圆筒状巨大设备，因其工作状态是做回转运行，也称之为“旋窑”。回转窑的回转运动，是促进料在回转窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，窑头喷煤燃烧产生大量的热，热量以火焰的辐射、热气的对流、窑砖(窑皮)传导等方式传给物料。物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动，直至从窑体另一端流出，产成水泥。

因此，窑的运动情况将直接影响水泥产成品的质量和产量，窑的转速和喂料速度互相配合，并保持一定比例，是提高质量、产量的首要条件。控制和调节窑的转速是整个水泥生产工艺的关键环节。

回转窑窑体（局部）外观

二、回转窑驱动系统配置

回转窑的驱动大多采用直流电机，由直流电机通过减速箱传动，驱动窑体运转。由于窑体庞大（直径在3-5米，长度50-70米，重量达几百至千吨），且窑的工作特性是长期不停的转动，要求驱动系统应具有启动力矩大、转速均匀、平滑无极调速的特性。

下图是回转窑传动系统简图：

从图中可以看出，在回转窑的整个传动系统中，直流调速器是整个传动链中的驱动源，它控制着直流电机的运转，并根据生产工艺的要求时时调节电机转速，控制电机启停。

直流调速器的性能决定着回转窑的运行状况，也决定着水泥生产的质量和产量。

ETD790系列直流调速器作为直流驱动领域的一个新的品牌，其技术性能、设计理念都站在了一个新的高度。采用了32位微处理器为产品核心，全数字控制方式，预测电流环控制算法，速度跟踪、力矩保持响应快，特别是其大容量产品的推出（可生产4000A的产品），更加符合水泥行业回转窑驱动的应用要求。

三、ETD791在回转窑驱动中的应用

由于回转窑的转动是单向的，在ETD产品中791是不可逆的，选择ETD791应用于回转窑的驱动中，通过对电压、电流、速度等参数的设置及模拟量、数字量输入/输出的控制，达到回转窑运行工艺的要求。

我们在淄博某水泥厂二期工程招标中，以ETD产品具有的性能价格比优势，以完全满足回转窑运行要求为保障得以中标。并在实际应用中取得了成功，达到甚至超过其生产工艺中对回转窑运行的控制要求。

该项目中回转窑直径4.2米，长度64米，每小时烧制水泥200多吨，日产5000吨。

所选配电机为：ZSN4-400-092 630KW 电枢电压：660V 电枢电流：1006A 转速：1500r/min 励

磁电压：180V 励磁电流：24.9A 。

此种型号电机是为水泥行业专门制作，特别适用于水泥回转窑的运转特性----启动时可具有2.5倍的过载能力，保证了较大的启动力矩。

水泥厂在直流调速系统技术要求中明确规定直流调速器额定输出电压660V，电流2400A。且厂方最初的方案为用其他品牌两台1200A的调速器并联使用。

我们在得知厂方项目需求后，对其技术要求进行了分析，了解其技术方案制定的初衷，其技术要求的目的在于以下几点：1、回转窑的窑体较大，加料后重量达1200吨左右，窑体启动时所需力矩较大；2、所选用直流电机为水泥行业专用电机，过载能力强，可承载2.5倍过流30秒钟；3、对直流调速器的性能及过载能力有较高的要求；4、厂方初定用两台1200A并联使用是基于无法提供单台2400A的产品。

通过将ETD791直流调速器的产品性能、规格、控制方式等各方面与初始方案进行比较，其在回转窑应用中具有以下优势：1、ETD791单机容量可到4000A，选用一台2500A的产品用于此项目中，解决用两台1200A并联使用带来的控制繁琐、隐患故障多的缺点；2、ETD791全数字化控制，先进的预测电流环控制算法，速度、电流跟踪反馈响应快，转速输出稳定，完全满足回转窑应用要求。3、提供多个数字、模拟接口可方便的与中控系统连接，进行远程控制。

四、回转窑的驱动控制方案

回转窑的运行控制，主要有启动、停止、速度给定、电枢电压电流输出、励磁电压电流输出。其运行中物料在窑内翻滚，造成负载状况时时变化，但要求转速波动越小越好。其启动、停止及运行又与外部其它多个条件互锁，互锁关系有：主电机冷却风机启停、主电机温度是否超限、轴承温度是否超限、润滑循环油泵启停等，每一个互锁点的状况直接或间接地与窑体的启停及运行相关联。

在调速器的外围增加PLC控制方式，将外部关联项与ETD791调速器的启停、运行、速度给定等通过PLC转换连接，完成互锁及关联关系。通过PLC完成与中央控制部分的连接，实现远程控制的功能。

控制原理图：

五、ETD791运行状况测定

在整套控制系统制作安装完成后，分步对回转窑的运行进行了调试测定，首先窑内不投料，做空窑启停、运行测试，空窑自重约800吨，按照电机参数及调速器标称值对相关参数进行设定后，启动非常顺利，测定启动时最大电流720A，窑体转动后，电流降至320-350A，速度调节亦非常正常，反复启、停试验，均无异常情况出现。而后对调速器做了自整定设定，空窑测试成功通过。第二部进入投料试车阶段，按照生产工艺要求，投料运行后，窑体重量将增加到1200吨，调速器必须满足全载状况下的启动运行，开始试车前，将电流环参数进行了调整，将最大电流限幅调至1200A，试车过程中，有时启动较为顺利，有时却启动不成功，分析原因是由于窑内物料翻滚运动，造成机械窑体转动时受力不均匀，有时所需启动力矩小些，而有时所需启动力矩又大些，当需要力矩大些时，启动电流受1200A限幅限制不能继续增加，导致启动不成功。我们对电流限幅又进行了调整，增至1500A，启动非常顺利，这样基本解决了启动所需力矩问题。通过多次启动试验，并对启动电流进行了测量，有时启动电流超过1400A，为了更好的保证以后使用中不再出现启动不成功的现象，我们将电流限幅调整到1800A。随后又对转速稳定性进行调试测定，由于窑内物料随窑体转动而翻滚和移动，造成窑体转动时所需力矩不稳，电流波动最大时超过200A，转速亦有90转的波动。为了增加转速的稳定性，对调速器35、36号参数进行调整，逐步加大参数值，最终将其SI value值分别增至2000、900，转速基本稳定在15转波动范围内，比工艺要求的30转波动范围缩小了一倍，完全满足了生产工艺要求。

六、ETD791主要参数的设定

ETD791作为回转窑驱动的核心部分，其可靠性、稳定性将直接影响到水泥厂家的产量和质量，除了在控制部分调整好输入/输出参数，使其达到最佳输出效果外，在主回路中，也要增加必要的保护，保证调速器的可靠运行。

1、ETD791主要参数的设定

ETD791调速器的输入/输出参数的给定和设置，主要通过对负载运转情况的测试，经过反复调整验证，最终确定最佳参数值，在回转窑驱动的设置中，重点对电流环参数、速度环参数及励磁参数进行设置。

主要参数设置值如下：

2、主回路的构成

系统中主回路为660V线路，由一台10KV/660V 1250KVA变压器提供主回路电源。在主回路控制中，由快熔、断路器、电抗器、直流调速器、电机组成。各部件的选型参数为：快熔 ：2000A，800V 断路器：2000A，1000V 电抗器：2000A 15μH。

七、结束语

本文以淄博某水泥厂二期工程回转窑控制实际案例为依据所写，此工程于2010年2月验收并投入运行，目前运行效果良好。

ETD791直流调速器应用于回转窑的驱动中，调速器达到的控制指标能够完全满足水泥生产工艺的要求。与其它厂家同类产品的比较中，在转速稳定性控制方面有明显优势，超过工艺标准要求。

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