回转窑直流电机调速装置选型

轩新军

1 电机使用情况

ZSN4系列直流电动机是按水泥回转窑负载的工况特点开发的专用系列产品，能承受脉动电流与较高电流变化率的工况，起动转矩可达2.5倍额定转矩的要求。由于其起动力矩大，调速性能优良，一次投资费用较少，在国内水泥厂得到广泛的使用。

回转窑电动机的功率和电枢电压也随生产线生产规模的不同而变化。国内5000t/d以下生产线，电动机功率较小，电枢电压多为440V，5000t/d及以上生产线，由于电机功率较大，电枢电压多为660V。针对两种不同的电枢电压等级，在选择启动装置时，要区别对待。

2 直流调速装置的电压等级

直流全数字调速装置针对不同的系统进线电压，其直流输出电压也不同。现以ABB公司的DCS800系列直流全数字调速装置为例对选型进行介绍。其输入输出电压如表1所示。回转窑主电机电枢电压为440V和660V，则相应的系统进线电压为380V和575V。380V电压工厂的配电系统可以直接提供，575V电压则需要设置专用变压器。变压器容量和全数字调速装置额定电流的选择，是选择的要点。

3 440V电压等级选型计算

新疆喀什某厂2500t/d生产线，回转窑规格为：ϕ 4m×60m，主电机型号：ZSN4-355-12，功率：355kW，电枢电压：440V，电枢电流：874A。由于电枢电压为440V，系统进线电压380V工厂供电系统可以满足，不需要设置专用变压器。只要求调速装置的输出电流能够满足回转窑启动力矩的要求，即能够满足回转窑2.5倍启动力矩的要求，则要求调速装置的输出电流能够达到2.5倍的电枢电流。

式中：

IQ——直流调速装置的瞬间输出电流，A

IN——直流电机的额定电枢电流，A

直流调速装置的选择以其额定电流为主要参数，厂家生产的直流调速装置的额定电流一般是指装置输出的平均电流。直流调速装置的整流元件基本采用可控硅元件，可控硅由于自身的过流能力较差，在选型时应考虑足够的余量。国外品牌的元器件的过流能力一般为1.5倍，但过流能力与时间有关，选型时应注意。ABB公司的直流调速器的最大过载能力是1.5倍，时间为1min。

选取直流调速装置，其额定电流应为：

Id≥(2.5～3)IN/k

式中：

Id——直流调速装置的额定电流，A

IN——直流电动机的额定电枢电流，A

k——满足合适起动时间的直流调速器的允许过载倍数。

本工程选型为ABB公司的DCS800-S01-1500-04，额定电流为1500A，则其瞬间输出电流为2250A，能够满足IQ和Id的电流值要求。该生产线已投产两年，调速装置的选型完全满足生产线的运行要求。

表1 直流调速装置的电压等级

4 660V电压等级选型计算

新疆托克逊某厂5000t/d生产线，回转窑规格：ϕ 4.8m×74m，主电机型号：ZSN4-450-092，功率：710kW，电枢电压：660V，电枢电流1208A。由于此电枢电压为660V，工厂380V的低压系统无法直接供电，需要专门配置降压变压器。

直流调速装置的启动电流按照式（1）进行计算：

IQ=2.5IN=2.5×1208=3020A

直流调速装置交流侧的输入电流为（理想状态下）：

Ij为专用变压器二次侧给直流调速装置的输入电流。

干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况（起始负载）、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数等有关，可以采取增加通风等措施提高过载能力。直流电动机的启动时间一般不大于1min，变压器1min的过载能力按照2倍计算，则变压器的二次额定输出电流为：

变压器二次侧额定电压按照直流调速装置输入电压的要求（表1），取575V，则变压器的视在功率为：

考虑相应的功率因数，因变压器的损耗相对较小，功率因数相对可以取值较大，现取0.95，则变压器容量为：

当生产线正常运行时，直流调速装置交流侧的输入电流为：

此时变压器的负载率为71%，符合变压器负载率要求。

通过以上计算，充分考虑变压器短时间的过负载能力，本工程选择的变压器型号为：SC(B)11-1250kVA，10/0.575kV。

直流调速装置的额定电流按照式（2）进行计算：

本工程选型为ABB公司的DCS800-S01-2050-06，额定电流为2050A，则其瞬间输出电流为3075A，能够满足IQ和Id的电流值要求。该生产线已投产一年，变压器和调速装置的选型完全满足生产线的运行要求。

5 结语

回转窑电动机调速装置应合理选择，变压器和直流调速装置的额定容量要计算好，避免选型过大或过小。实际选型中应充分考虑回转窑的起动特性，调速器的容量与电动机、变压器的过载能力应相一致，从而最大限度地发挥设备的能力。

参考资料：

[1]王帆.5000t/d生产线回转窑传动系统的配置及选型[J].水泥,2010（3）：47-48.■