水泥厂行业现代化节能驱动与智能驱动

1水泥厂行业特点

2传统水泥厂电控柜主要缺失

3 水泥厂行业待解决电气问题

4 各种启动装置启动特性比较

5 流体机械、产业机械、机床行业应用

6 推荐替代产品

7 替代的主要效益

8 节电模式

9 使用传统交直交变频器主要缺失

10 传统软启动与瘦斯达变频式软启差异分析

1. 水泥厂行业特点

 
石灰石经皮带输送机由矿山输送进厂经石灰石破碎机破碎后由皮带输送机输送至石灰石库中间扬尘点有袋式收尘器，配料站，石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰等经皮带秤，皮带输送机送至原料磨（现在一般是立式辊磨）；粉磨后经空气斜槽，斗式提升机输送至生料库；生料经斗式提升机送至预热器，经预热、分解入窑煅烧，熟料经篦冷机冷却，熟料破碎机破碎，经链板机送至熟料库。熟料、混合材、石膏经输送机至水泥磨（球磨机）粉磨，成品入水泥库。

石灰石经皮带输送机由矿山输送进厂经石灰石破碎机破碎后由皮带输送机输送至石灰石库中间扬尘点有袋式收尘器，配料站，石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰等经皮带秤，皮带输送机送至原料磨（现在一般是立式辊磨）；粉磨后经空气斜槽，斗式提升机输送至生料库；生料经斗式提升机送至预热器，经预热、分解入窑煅烧，熟料经篦冷机冷却，熟料破碎机破碎，经链板机送至熟料库。熟料、混合材、石膏经输送机至水泥磨（球磨机）粉磨，成品入水泥库。

水泥厂耗电量最大为旋窰机、罗茨风机、磨粉机、破碎机、输送设备等，水泥厂电费约占水泥成本的20%左右，因此谁能节能比例高谁家的利润就高，这是水泥行业的铁则。因此，水泥厂经营管理最重要的课题是交流异步电机节能省电。 

水泥厂电机大部分运行在“大马拉小车”工况下较多，传统交流异步电机受限于启动冲击电流均不能随意启停导致能源利用率较低，因此水泥厂存在许多节能改造空间。

水泥行业大部分建在荒郊野外潮湿多水气的环境，加上粉尘充斥，电气设备故障率较高（接触器故障最多），特别是使用传统变频器的电机因为转子高频感应导致电腐蚀现象轴承寿命严重缩短，电机线圈收突波电压影线圈很容易破坏绝缘而烧毁。

许多水泥厂选用移相电机软启动器及高压变频器作为节能改造的节能产品，通过一段时间的运行验证，发现移相电机软启动器启动困难，不能带载启动而且启动电流很大，无法达到限流启动效果，变频器节能效果与可行性计划预期数据大不相同，而且带来电网污染及电机故障率提高等副作用问题严重。

许多水泥厂选用移相电机软启动器及高压变频器作为节能改造的节能产品，通过一段时间的运行验证，发现移相电机软启动器启动困难，不能带载启动而且启动电流很大，无法达到限流启动效果，变频器节能效果与可行性计划预期数据大不相同，而且带来电网污染及电机故障率提高等副作用问题严重。

2. 传统水泥厂电控柜主要缺失

瘦斯达交流驱动器替代传统电控柜的效益：

降低20%电气总投资费用，每月节约20%流动电费，电控柜缩小80%体积。

高压单元串联变频器采用串联叠加性原理，高压6KV经过移相变压器降压改变相序及电压等级，再经过功率单元变频调速，最后串联起来输出为6KV电压等级。

高压变频器缺失：

1. 移相变压器的损耗最低10%，全部驱动运行损耗达到25%左右。

2. 低压变频器本身运行时会增加电网变压器的谐波损耗2-5%。

3. 高压变频器PWM高频开关导致电机发烫运行损耗提高10%左右。

4. 高压变频器本身的损耗约2-4%。

5. 电网谐波污染无法忍受；谐波污染影响到二次变电所，大功率影响到一次变电所。

6. 如果需要谐波治理等于再购买一台高压变频器，那么运行损耗再加倍计算。

7. 高压变频器投资金额极高，加上故障率极高，回收时间遥遥无期。

8. 高压变频器的PWM波形带来严重的无线电干扰（EMI）问题。

9. 风机水泵设备一般不允许调速，调速以后所有运行参数均改变（压力、流量平方下降），调速后负载设备运行效率急剧恶化。

10. 高压变频器的电子元器件太多，损耗大，发热量高，导致产品故障率极高。

通过以上分析后就知道单元串联高压变频器不适合做风机、水泵、压缩机节能改造，这是所有已经使用高压单元串联变频器节能改造验证的共同结果。

传统软启动与瘦斯达变频式软启动差异分析

水泥厂许多使用传统移相电机软启动器作为电机启动装置，但是效益有限，除了降低少部分启动电流外没有其他帮助，因为移相软启动器启动电流在2-6倍（直接启动5-8倍），不能带载启动（交流异步电机特性：电压与转矩平方成比例），因此常有启动失败问题发生。采用移相电机软启动器还必须进行节能改造，无功补偿等设备投资。

瘦斯达节能型交流驱动器替代传统移相式电机软启动器具有许多好处，参考下列比较表格。

4.降低流动电费；允许多次启停方式提高电机能源利用率。 图四及图五说明了环保型绿色变频器的输出特性，与传统电压型变频器具有相同的输出特性，输出高转矩，分为恒转矩-G与平方递减转矩-P输出特性。
 
                    图一：启动电流特性                                        图二：软启动特性                                     图三：启动转矩特性

水泥厂行业待解决电气问题

1. 降低电气总投资成本，也就是降低电控柜、动力线等相关费用。

2. 电机启动时无启动冲击电流，应该允许多次启动不会影响到电网及驱动电机。

3. 有效降低电网启动容量，最好没有启动冲击电流。

4. 降低流动电费；允许多次启停方式提高电机能源利用率。

5. 解决大马拉小车问题，减免无功补偿设备。

6. 价格合理（最好高压变频器的1/3以内），产品可靠性高。

7. 可免除再投资购买各种电气辅助设备（没有环境污染问题）。

8. 能够智能自动化节能驱动控制，通过压力、流量反馈信号闭环控制。

9. 具备现代化人机界面控制，各种通讯接口或触摸屏人机界面。

各种启动装置启动特性比较

传统电气工程师都是按照电机5-8倍启动特性设计驱动控制；电机不能随意启停，越大功率限制越严格，因为会影响到电网质量、电机寿命、输配电线、开关设备、负载安全等连串问题。

西普瘦斯达变频式电机软启动器将改变过去百年来交流电机启动冲击电流问题；瘦斯达驱动交流异步电机在满载转矩时的启动电流只需要额定电流（参考图一到图三）。

瘦斯达节能型交流驱动器-A6是替代传统电控柜的核心部件，采用变频式交交变频技术在满载转矩启动时只需额定电流，大幅度降低电网容量需求。还有智能信息物联网通讯，半导体器件全数字控制技术，带有节能与全方位电机保护功能，是21世纪最先进可靠的交流异步电机绿色节能智能控制产品。

由于没有启动冲击电流发生，交流电机可以随意启停控制，不会增加电网容量、开关设备、输配电线等负担，也没有电网谐波污染，电机寿命也不受影响，那么电机任意启停没有限制；这样才能有效提高能源利用率，改变了传统电机节能降耗的观念。

图四及图五说明了环保型绿色变频器的输出特性，与传统电压型变频器具有相同的输出特性，输出高转矩，分为恒转矩-G与平方递减转矩-P输出特性。

                   图四 X7输出转速与输出电压曲线                                                                图五 X7输出转速与输出转矩曲线
水泥厂不同设备的选型介绍请参考相关行业点击资料介绍 3 泵浦机械现代化节能驱动与智能控制

 
破碎机械，水泥机械等由于电机容量大，频繁启动，负载不均匀，频繁过载必须倒车再前进控制，安装环境的水汽、粉尘、导电粉尘较多，导致接触器与碳刷滑环更换频繁问题。

流体机械、产业机械与机床行业应用

传统移相软启动器有局限性，就是无法带载启动，因为采用移相减压原理将抑制启动电流，而交流异步电机的特性是电压与电机转矩平方成比例，因此即使在流体机械的应用里，如果有回风、持压或锈泵都是无法顺利启动的，也就是如果有负载时启动电流还是非常大的，所以传统移相式电机软启动器应用的市场就局限于风机、水泵、压缩机等负载，无法带载启动。

瘦斯达采用交交变频转矩控制技术（VVVF）作为启动技术，驱动电机在额定负载情况下启动电流也只有额定电流而已（请参考上图）。简易型家族具有递减转矩输出（P）与恒转矩输出（G）两种输出特性可选，突破了传统软启动器的局限性；P递减转矩输出特性可应用于流体机械应用还可解决带载启动问题，G型恒转矩输出特性可应用在产业机械与工具机械负载。

水泥机械设备除了罗茨风机与流体机械可选P型递减转矩输出功能以外，其他设备应该选择恒转矩输出-G输出特性。

推荐替代产品

水泥厂不同设备的选型介绍请参考相关行业点击资料介绍

1 旋窰机、破碎机、输送带等请参考产业机械破碎机应用

2 风机现代化节能驱动与智能控制

3 泵浦机械现代化节能驱动与智能控制

传统旋窰机选用绕线式电机较多，而绕线式电机滑环碳刷寿命很短，短路电阻产生高温及环境污染严重，加上环境粉尘、水汽较多导致绕线式电机故障率高，运行效率低、功率因数低等问题，亟待技术改造；采用瘦斯达节能型交流驱动器可以有效解决传统驱动控制缺失，并能有效降低电费。

水泥机械所有的交流异步电机驱动控制均可选用西普产品。

用户如需调速，可选用环保型绿色变频器（A7/H7）替代传统电压型变频器，这样没有谐波污染及电机PWM噪音无线电干扰等问题。
 

破碎机械，水泥机械等由于电机容量大，频繁启动，负载不均匀，频繁过载必须倒车再前进控制，安装环境的水汽、粉尘、导电粉尘较多，导致接触器与碳刷滑环更换频繁问题。

罗茨风机与集尘风机节能驱动应用

罗茨风机传统采用放风泄压方式控制压力，这种方式不节能而且造成漫山遍野的森林披上一层灰泥的环境污染问题；选用瘦斯达节能型交流驱动器可以按照压力信号反馈闭环控制自动启停电机，由于瘦斯达启动额定转矩负载只需要额定电流，没有任何冲击电流，因此可随意启停控制，达到恒压控制。采用启停控制方式节能效果最好，一般可达30%左右（依据工况决定）。

瘦斯达节能型交流驱动器可接受物理量反馈控制应用在集尘风机，作为电机启停控制信号，全速时可以旁路运行没有额外损耗发生， 采用交交变频式转矩控制技术，可带载启动没有冲击电流。进一步资料请查看现代化风机节能驱动资料。

用户如需调速，可选用环保型绿色变频器（A7/H7）替代传统电压型变频器，这样没有谐波污染及电机PWM噪音无线电干扰等问题。

旋窰机节能应用

瘦斯达节能型交流驱动器采用交交变频转矩控制，可以在额定负载下额定电流就可以启动，最适合应用在旋窰机驱动控制，启动没有任何冲击电流，替代传统绕线式电机节能效果超过20%左右。

传统旋窰机选用绕线式电机较多，而绕线式电机滑环碳刷寿命很短，短路电阻产生高温及环境污染严重，加上环境粉尘、水汽较多导致绕线式电机故障率高，运行效率低、功率因数低等问题，亟待技术改造；采用瘦斯达节能型交流驱动器可以有效解决传统驱动控制缺失，并能有效降低电费。

推荐节能驱动选型

替代传统高压变频器方案、替代传统高压电机软起动器

 

1. 主要推荐瘦斯达节能型交流驱动器-A6/H6替代传统移相式电机软启动或星三角降压启动装置达到无启动冲击电流降低电网容量达到降低基本电费，运行时可通过PFC控制解决大马拉小车问题达到减免无功补偿设备，2X二段速度低速节能，可频繁启动提高能源利用率达到降低流动电费目的，利用负载物理量检测反馈来自动启停电机，调整电机做功满足变动负载特性需要。

2. 选用瘦斯达变频式交流驱动器-A5/H5替代传统移相式电机软启动或星三角降压启动装置，无启动冲击电流降低电网容量达到降低基本电费；可使用多次启动模式提高能源利用率达到降低流动电费目的，利用开关量反馈控制电机启停方式调整做功满足变动负载特性需要。

3. 推荐选用普司达环保型绿色变频器-A7/H7直接替代传统交直交变频器或高压单元串联变频器，具有前面两种产品的功能特性外还增加变频调速功能；虽然两者虽然都是变频器，性能却大不相同；普司达产品没有电网污染问题也没有高频干扰污染问题不必投资谐波抑制设备，而且提高25%以上的节能效果及旁路节能运行。

4. 可直接选用普司达低压智能全数字电控柜-P，由本公司按照客户需要推荐各种现代化驱动控制装置全面解决传统水泥厂问题，降低电气总投资成本，降低电费及检修成本，智能制造控制。

1. 替代的主要效益

1. 电气投资总成本下降20%左右，包括电网容量下降，动力线及开关设备等。

2. 电控柜体积缩小80%。

3. 电网容量下调20%，没有启动冲击电流。

4. 接触器采用半导体过零开关控制，没有火花拉弧现象。

5. 流体负载间歇性负载节能控制-流动电费下降20%左右。

6. 不必再投资购买节能改造、技术改造、无功补偿、污染防治设备。

7. 具有功因控制技术（PFC功能），解决大马拉小车问题。

8. 具有远程监控功能，局网、总线、RS-485，MODBUS-RTU，PROFIBUS-DP

9. 全方位电机保护功能，电机不再烧毁。

智能全数字电控柜，显示屏或触摸屏现代化人机界面。

2. 节电模式

标准节能：流体机械间歇性做功提高能源利用率。

旁路节能：负载率较高时可以旁路运行（DOL），没有多余损耗。

闭环节能：通过开关量传感器反馈信号作为启停指令。

轻载节能：透过PFC功能达到轻载自动降压达到降低运行损耗提高功因功能。

低速节能：不均匀负载在等待期间可以降低转速2X运行达到节能效果（例如输送带）。

调速节能：流体机械的转速与功率成三次方关系，恒转矩输出则为正比例关系。

H5/A5节能模式

软启停控制是最通用的节能模式，利用手动或者负载信号检测反馈开关量来启停电机达到控制做功的目的，例如：空压机、风机、泵类、压缩机利用压力传感器的上下限开关量来启停驱动电机。H5本身采用变频式技术，瘦斯达可以无冲击电流平滑启停电机，即使在满载转矩下也只需要额定电流，电网没有谐波污染问题；瘦斯达驱动时交流异步电机没有启动冲击电流而且能够满载恒转矩启动的特性将颠覆交流电机驱动控制传统观念。

固定电费评估：由于没有启动冲击电流，电网变压器容量可以有效下降，至少节约25%的固定电费。

流动电费评估：依据负载做功需求情况来决定驱动电机的启停控制，提高能源利用率。节电效果可能30%（依据工况决定）。

主要节能降耗技巧可点击参考瘦斯达节能降耗技巧。

H6/A6节能模式

在H5节能模式的基础上增加轻载节能与低速节能的功能；

大马拉小车是目前最普遍的现象，也就是电机运行在额定负载以下，这样会提高线损、降低功因提高无功补偿设备费用。轻载节能就是解决大马拉小车的问题。

低速节能在输送带系统普遍应用，例如机场、商场、地铁等没有旅客时可以降低转速达到有效节能的目的，在电磁阀控制系统卸载时也能再次降低损耗50%左右。虽然传统变频器也能做到，但是必须支付额外15%的损耗、电网谐波污染、PWM噪音、无线电干扰等成本问题。

H7/A7节能模式

流体机械最重要的调速目的在于节能，因为速度与功率三次方的比例，节能效果明显。产业机械转速与功耗成正比关系，但是更多的目的在于生产工艺需要。

H7/A7就是绿色变频器，采用特殊VVVF控制技术，能够实现传统变频器的节能省电功能，而且还提高15%以上节电空间（高压可提高25%），没有电网污染、无线电干扰与PWM噪音问题。

还有比传统变频器更好的地方就是H7能够旁路运行，在接近工频速度就可以直接旁路，这是传统变频器做不到的。其他功能请参考H5及H6相同的节能模式介绍。

详细应用技术请参考瘦斯达节能降耗原理资料

1. 使用传统高低高变频器的缺失

传统电压型变频器采用高低高技术造成电网谐波电流污染严重，又是采用高频载波PWM技术，带来了极大的无线电干扰（EMI）与PWM污染问题，导致驱动电机损耗提高10%左右，电腐蚀现象严重，线圈承受3倍的突波电压，电机驱动线集肤效应严重。

低压电压型变频器驱动系统的损耗超过15%以上，高压多电平控制技术因为使用移相变压器导致效率再降低10%以上，因此传统高压变频器体积大、价格高、器件多、故障率高、运行效率低的特点。

传统电压型变频器的环境污染问题严重，治理需要投资高于变频器的价格，而且无法全部有效抑制，治理设备的损耗更大。因此完全失去了节能驱动的价值。