拉法基尼日利亚项目使用了如下施耐德电气变频器产品:
柜式变频器ATV61/71：315-1800kW、690V：6台
标准变频器ATV71：0.75-200kW、380V：22台
软启动器ATS48：110-315 kW、 380V：20台
一、背景介绍
拉法基(Lafarge)集团是世界著名的建材生产商，在水泥、混凝土与骨料、石膏建材和屋面系统四大产品领域位居世界前列，作为世界建材行业的领导者，其四个分支在业内均位处前列：水泥和屋面系统位居世界第一、混凝土与骨料位居世界第二、石膏建材位居世界第三. 集团成立于1833年，总部在法国，企业分布于80多个国家，员工总数超过80000名。拉法基集团和施耐德电气公司有着良好的合作关系，特别近年来，施耐德电气变频器在拉法基水泥厂得到了广泛应用。
图1 水泥厂夜景
在变频器还未大量使用前，回转窑主传动一直使用直流调速。但直流调速电路复杂，维修难度大，操作繁琐，特别是直流电动机在温度高、粉尘大的恶劣环境中运行，其电刷、换向器损坏频繁，需经常维护，对工厂维护带来较大成本。近年来随着变频器控制技术的成熟与普及，加上交流电机维护简单，回转窑主传动愈来愈多的采用交流变频调速。
近期，在尼日利亚新投资的一个水泥厂中，拉法基采用施耐德电气双变频拖动回转窑双主电机，获得了良好的运行效果。
二、回转窑传动原理与控制要求
水泥回转窑是对物料进行煅烧的大型设备，回转窑内的物料流是通过改变回转窑转速来控制的，物料流的烧成带温度又与回转窑转速有一相应的关系，所以调速系统的好坏，将直接影响回转窑的使用寿命、产品质量。
负载具有如下一些特点：启动时原料处在窑内正下方，整个窑体及原料的惯性极大，所以要求传动电机和变频器启动力矩极大，因此，启动加速过程是一个克服大惯量负载惯性的过程;当然一旦启动过程结束，正常运转的所需力矩就大大降低了。所以在选择电机和变频器时要考虑两个因素，既要有足够的过载能力保证启动顺利，又要不能功率选择太大，造成正常运行时过于大马拉小车，能耗和一次性投资加大。
与此同时，随着窑体直径、窑长度的不断增加，为避免单台减速机、电机配置配置过大带来的设备选型、投资、安装等不利因素，现在多采用双电机驱动。这就需要两台变频器分别拖动两台电机，两台电机分别通过减速机共同驱动同一个传动齿轮。这就要求两台变频器控制要出力大小、作用在齿轮上的驱动力方向要相同，不能出现一台出力大，造成其中一个电机长期过载，降低使用寿命;极端情况下一台被拖动运行，输出力矩方向相反，损坏齿轮箱。
图2 回转窑体
图3 传动结构示意图
当回转窑采用双电机、双变频器驱动时，一般控制方法有两种：
1、主从控制：一台作主机进行速度控制，另一台从机接受主机力矩输出作为自身力矩给定，自身作力矩控制，实现速度跟随，平衡出力的效果，在这种控制方式下，为获得精确的力矩控制效果，一般要求电机加编码器实现闭环运行。
这种控制模式的优点是速度控制精度高。缺点是动态过程中从机力矩调整较慢，负载跟随性较差，容易造成主机加减速过程中过载，同时需要编码器随电机安装在室外平台上，受环境及振动等因素影响，编码器容易损坏。
2、利用电机自然特性，调整滑差补偿：两个变频器均运行在速度模式下，各自根据变频器自身力矩、电流大小，改变滑差补偿，输出力矩大的电机，减小滑差补偿使电机降速，从而减小输出力矩，反之，输出力矩小的电机，加大滑差补偿使电机升速，使它承担更多的负载，在动态中达到负荷平衡。施耐德电气ATV71变频器已内置负荷平衡功能，达到自动根据负载大小调节滑差补偿的大小，在实际应用中取得了满意的控制效果。
这种控制模式的优点是不需编码器，加减速响应快，缺点是由于随时调整滑差补偿，导致速度输出与给定有细微的差别，即速度精度有所降低，但完全满足回转窑速度控制的精度要求。
三、传动系统解决方案
1、配置方案及系统原理图
现场回转窑配置两台电机，每台电机配置一台变频器。
窑主双驱动电机参数：(两台)
型号: YVF450-6 TH
额定功率:630KW;
额定电压: 690V;
额定电流: 652A;
额定频率：50HZ;
根据回转窑负载特点，要求变频器选择恒转矩应用变频器，并要求过载2倍以上，并考虑到电机功率比较大，为有效降低谐波污染，要求选用12脉冲整流方式，根据上述要求，我们选用施耐德电气ATV71系列恒转矩12脉冲整流柜式变频器，其过载能力为1.5倍电流维持1分钟。
变频器参数：(两台)
型号：ATV71EXA2M10Y-S459
额定功率:1000KW;
额定电压: 690V;
额定电流: 1010A;1010*1.5/652=2.32>>2
额定频率：50/60HZ;
图4 窑体传动部分
图5 变频器
图6 传动系统原理图
变频器设置本地控制，现场就地控制和中控室远程控制。其中本地控制借助于安装在柜门上的控制面板，完成柜门操作起停、复位、加减速和参数调整;现场就地操作利用现场电机旁的操作箱，操作起停、加减速按钮，由中控室采集信号，处理后通过通讯方式控制变频器速度，I/O硬接线控制起停。中控室远程控制是在中控室控制界面上直接操作，再通过通讯方式控制变频器速度，I/O硬接线控制起停。通讯方式采用Profibus-DP总线协议，组合模式为I/O模式。
2、控制要点的实现
1)双电机负荷平衡控制
两台电机经过减速机和窑体传动齿轮耦合后，实际上在机械上已达到严格的速度同步，这时运行中要求变频器严格控制每个电机出力平衡尤为重要，这是保证正常工艺生产的前提，现场客户没有配置电机编码器反馈，所以选用ATV71固有的负荷平衡应用功能，方便的实现了双电机直接齿轮连接下的负荷平衡控制。
图7 负荷平衡原理
2)大力矩、小冲击启动
针对回转窑大惯量的特点，要求低速启动力矩要大，启动平稳，我们设置变频器控制模式为电压矢量控制方式，合理设置最低输出频率，借助ATV71优越的低速性能，适当加大加减速斜坡时间，获得了极好的控制效果。
3)动态过程中的直流母线电压波动
由于窑体惯量过大，在加减末端，减速过程中、动态调整过程中经常出现窑体凭借自身惯量拖动电机，使电机过渡到发电状态，而回转窑是单相旋转，起停快速性无特殊要求，一般不配置制动单元、回馈单元等能量回馈装置，这时变频器直流母线电压急剧升高，很可能触发过压、超速等故障，所以要尽量延长加速时间，并激活减速斜坡自适应功能，使变频器根据母线电压自动调节减速时间，有效避免了过压、超速等故障。
3、ATV71应用的优势
回转窑双电机传动采用ATV71变频器，其优异的产品性能得到了充分体现：
1)重载应用，150%额定电流过载1分钟，保证了变频器和电机有足够的力矩输出;
2)ATV71应用功能-负荷平衡保证两台电机运行中出力均衡，无需主从控制。
3)优越的低速控制性能
4)12脉冲整流有效的降低了变频器谐波。减小了对电网的污染
四、结束语
在目前回转窑驱动系统中，直流调速系统越来越多的被交流传动系统所取代，各个变频器厂家都在抢占这个领域，此次施耐德电气变频器在此项目上的成功应用，特别是双电机传动控制，必将会使我们的变频器在这一领域获得更多的应用，大大提高我们变频器在拉法基集团的地位。
（转载）
