科技的不斷進步，經濟發(fā)展越來越迅速基礎設施不斷加速，建材行業(yè)也得到的發(fā)展。但是突出的矛盾顯現(xiàn)出來，能源的供應尤其是電力的供應與不斷發(fā)展的建材行業(yè)日益擴大的生產規(guī)模形成一個矛盾。電子科技的不斷進步，變頻器日漸成熟和越來越廣泛應用對這個問題找到了一個出路。談到節(jié)能就不能與電機拖動負載分開，下面是負載類型與電能消耗的關系
一、負載與電能消耗關系
負載類型與節(jié)能關系
生產機械是各式各樣，種類繁多的，但負載類型主要有三類，它們與節(jié)能的關系見表1。
表1中的P（KW）、M（n?m）、n（r/min），也可從公式 P=M?n/9550中求得。
表1 負載類型與節(jié)能關系


二、幾種典型負載與節(jié)能的分析
1、各種風機、泵類負載，因P ∝n3，故應用變頻器后，節(jié)電*，見表2。表2為風機泵類應用變頻器后，在不同流量Q*，轉速n*，軸功率P*（額定值的相對值百分數(shù)）以某頻率值時的節(jié)電率。
表2 風機、泵類負載應用變頻器后的節(jié)電率


表2數(shù)值是按公式P*=n*×0.0001，N=1-P 計算而得的，實際應用中可能稍有誤差。例轉速n* 為90時，相應頻率值為45Hz，則P*=903×0.0001=73%，所以N=1-73=27%，一般風機，泵類節(jié)電率按工況條件的不同，可達30%或以上。
2、空壓機、擠出機、攪拌機等因P∝n，所以節(jié)率N=n*%，一般控制在≤20%。
3、破碎機、粉碎機、沖壓床、落料機、剪切機等負載，具有周期波動性，節(jié)電率與波動性大小有關，可見表3。而且采用閉環(huán)控制時，相對節(jié)電率可大些。
表3 負載波動性與節(jié)電率的關系




圖1 功率波動示意圖
4、階梯負載且處于滿載與空載交替工作方式見圖4：


圖2 階梯負載工作方式示意圖
這類負載例如有貯氣罐的空壓機，定容積水箱，水池，水塔等工作時間T1滿負荷PH，一定壓力（流量容積）自動卸荷，電動機空載P0，時間為T2。我們采用降速降流量并適當延長工作時間T1′，縮短空載時間T2′的方法來實現(xiàn)節(jié)電。經實際經驗可有15-20%的節(jié)電率。而且T2〈T1 ，一般T2=（1/3~1/4）T1
5、高位水箱，水池，水塔等間歇負載，在不工作時間≥工作時間的條件下，如采用降速降流量來延
長工作時間，縮短不工作時間的運行方式，約有20~30%的節(jié)電率。
6、人為的負荷轉移來實現(xiàn)節(jié)電方法。
電動機處于滿負荷或超負荷，而且壓力，流量亦無富余度，使用變頻器后沒辦法實現(xiàn)節(jié)電。但備用
泵較多，那就可采用人為的負荷轉移來實現(xiàn)節(jié)電。
三、水泥廠變頻器應用
1、變頻器在立窯羅茨風機上的應用
我國的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風機（產量較大的生產線立窯上配套使用的風機功率更大），傳統(tǒng)的風量控制方法是依靠放風閥進行調節(jié)。由于羅茨風機的風量較為恒定，而煅燒時根據(jù)窯內情況需要隨時調節(jié)風量，當窯內需要減少風量時，是通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風機的電能消耗占60%左右，隨著電價的調整（整體上是上升趨勢），電費在水泥生產中所占生產成本的比重將越來越高。因此降低鼓風機的能源消耗成為提高企業(yè)經濟效益的重要環(huán)節(jié)。工藝要求風量隨窯內條件進行調節(jié)，調節(jié)風機的鼓風量，對羅茨風機可由變頻器改變風機的供電電源頻率來進行無級調速來調節(jié)風量，給變頻器的應用與節(jié)能留下較大的空間。實踐中也證明確實如此：重慶地維水泥有限公司在1號窯132KW羅茨風機上安裝艾默生變頻器后，節(jié)電率高達62%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15.22度下降為安裝后5.55度；河南焦作水泥廠在1KT/D水泥熟料旋窯生產線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風機上安裝變頻器后，節(jié)電率高達73.2%，耗電量由原來的606度下降到安裝以后的162度，日節(jié)電444度。
重慶地維水泥有限公司在風機應用變頻器前后的電耗的對比表：
設備名稱  功率 平均電流 功率消耗 節(jié)能效果 經濟分析
 KW 使用前 使用后 使用前 使用后 萬度/年 萬元/年
一室風機 45 59.25 39.33 35 17 14.3 6.1
二室風機 75 69.75 30 41 18 18 7.7
三室風機 75 84.63 45 50 27 18.2 7.7
三室風機 75 84.13 52 48 25 18.2 7.7
吹煤風機 132 136.38 54.67 81 32 38.8 16.7
蓖冷風機 30 21.43 8 13 5 6.3 2.7
窯頭排風機 90 121.6 50 72 29 34 14.6

 

2、 心風機，水泵類設備上的應用
目前，一些水泥廠是采用高壓離心式風機進行供風，該種水泥窯的風量調節(jié)是通過風門開度對風量進行調節(jié)。對離心式風機，水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風機泵類設備流量與轉速成正比。因此在調節(jié)風量或流量時，如降低20%流量或風量，功耗將下降50%，但是轉速與壓力成平方關系，當轉速下降20%時壓力將下降64%，因此要注意工藝要求不能像羅茨風機那樣，不用考慮轉速與風壓的關系。
3、 空壓機上的節(jié)能應用
空氣壓縮機恒壓供氣使用變頻器與壓力構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動降到1.5%，降低噪音，減少震動，保證設備的長期穩(wěn)定運行，從而減少設備維護，延長設備使用壽命。用變頻器以前壓力波動比較大，并且要求空壓機不能帶壓啟動?，F(xiàn)在變頻器打破原來不允許帶壓啟動的規(guī)定，變頻器可以在任何壓力下隨意啟動，啟動電流大大降低。通過變頻器方面的實例，多數(shù)壓縮機的節(jié)電在20%左右。但是壓縮機的電機功率都較大，從幾十個千瓦到幾千個千瓦，變頻器的應用使控制的品質大幅提高，同時經濟效益也十分明顯。
供水泵使用變頻器后，是通過安裝在管網出口處的壓力傳感器，PID調節(jié)器與變頻器構成閉環(huán)自動控制回路，使整個系統(tǒng)自動控制流量保持壓力恒定，，使供水泵在*節(jié)能狀態(tài)下運行，這與傳統(tǒng)帶有儲氣罐的供水設備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無二次污染等優(yōu)點。
4、 卸料機上的應用
立窯卸料機上一般采用18.5—30KW滑差調速電機，轉速通?？刂圃?00-1000RPM（工藝上要求），采用變頻器調速是取代原來的滑差調速，經過幾家的應用結果證明平均節(jié)能在４０％左右，因為滑差調速是一種耗能的低效率的調速方法?；铍姍C軸的輸出功率P0=KM0N1
（P0表示輸出功率，M0表示負載轉矩，K為常數(shù)）
滑差頭損耗功率P=P0-P1=KM0（N0-N1）
由此可見滑差電機的轉速越低，能源效率越低，而卸料機的轉速一般在400RPM左右運行，因此應用變頻器調速的方法取得４０％以上的節(jié)能效果是必然的。
5、在預加水成球系統(tǒng)中的應用
目前，預加水成球工藝技術在立窯中已經非常普遍。他在提高成球質量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產量和質量取得比較明顯的效果。利用集中控制實現(xiàn)雙回路調節(jié)，能夠實現(xiàn)水料比例自動跟蹤調節(jié)。使預加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用，提高成球質量，為立窯生產出高產的熟料創(chuàng)造了條件。
6、在選粉機上的應用
重慶地維水泥有限公司的現(xiàn)在用變頻器進行驅動，設備節(jié)能效果明顯，大大降低維護量。該設備原來使用JZT392-4型75KW滑差電機拖動，設備簡單，價格比較低廉。但是電機本體噪音高，震動大，能耗高，無功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚的電機旁邊，多次出現(xiàn)無法調速，突然失速等故障，現(xiàn)場維護量大，影響整個系統(tǒng)的安全運行。系統(tǒng)一直運行在594RPM，但是電氣方面參數(shù)卻相差很大，原來輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，輸入功率為40KW?，F(xiàn)在參數(shù)為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92，輸入功率為11KW（變頻器加裝直流電抗器）。
四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場分析
變頻器在水泥廠的應用不僅僅在以上幾個方面，在回轉窯、球磨機、卸料機、圓盤給料機、雙管絞刀、群板喂料機調速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機等需要進行交流調速部分。隨著國家在環(huán)保方面制度不斷出臺，對環(huán)保的要求也會越來越高。旋風除塵，布袋式除塵器等產品應用節(jié)能改造項目將更加明顯。
五、優(yōu)勢分析
從以上應用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點：
1、 滿足工藝要求變頻調速的調速范圍在１０：１以上，而水泥工藝過程中調速范圍在10:1范圍內即可滿足工藝要求。
2、 變頻器的使用便于進行集中控制，提高工廠的自動化水平。艾默生公司變頻器配有RS232/RS485通訊接口，和通訊適配器，使設備的集中監(jiān)控成為可能，大大降低人員維護費用提高設備可靠性。
3、 變頻器產品平滑的調速特性大大提高產品質量。
4、 變頻器可以實現(xiàn)節(jié)能，降低成本消耗，獲得可觀的經濟效益。
六、結論：
變頻器的應用首要是為滿足工藝的要求，一切都是為滿足工藝條件。變頻器是通過轉速的調節(jié)滿足工藝要求并實現(xiàn)節(jié)電的作用，就單臺電機來講，變頻器并不是發(fā)電機，無法在電機容量處于飽和狀態(tài)的工藝要求下實現(xiàn)節(jié)能效果。首先要滿足使用的要求，再適當?shù)母淖儸F(xiàn)有的工況參數(shù)值，以達到較高的節(jié)電率。不能一味強調高的節(jié)電率而忽視滿足使用要求，這是片面不現(xiàn)實的。要求處理好這個矛盾，才是合理*的使用和節(jié)能方案。