一、概述
長期以來，我國政府對節能工作十分重視，我國能源節約與資源綜合利用“十五”規劃提出高壓大功率變頻調速作為重點發展的節電技術之一，要求大力推動高壓大功率變頻調速示范工程。
目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗占成本近30％，拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重。因此，做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。當前，很多水泥廠的風機“大馬拉小車”現象嚴重，如果利用變頻調速技術改變設備的運行速度，以調節風量的大小，可以既滿足生產要求，又達到節約電能，同時減少因調節擋板而造成擋板和管道的磨損及經常停機檢修所造成的經濟損失。因此，在水泥廠風機采用變頻調速技術，能節約大量能源，提高生產效率，為水泥廠帶來較大的效益。根據具體情況，風機進行變頻后，節電率在30-50%的范圍內，通常一年半到兩年便可收回投資。
二、傳統擋板調節存在的問題
風機傳統的調節方式是調節入口擋板的開度，以此來調節風量，是一種經濟效益差、能耗大、設備損壞嚴重、維修難度大、運行費用高的落后辦法。風機的工作特性如圖1所示：
圖1：風機的工作特性
由圖1可以看出，風機工作的位置，即風機的風量是由風機特性曲線（風壓特性）和管網特性曲線（風阻特性）決定的，無論是改變風機的特性曲線，還是改變管網特性曲線，都可以達到改變風量的目的。
圖1中，風機特性曲線：HA=kQ12（K為風機特性系數）；管網特性曲線HA=Hc-λQ12（λ為管網特性系數）。
三、工頻工作方式
工頻工作方式是指泵的特性曲線保持不變，而改變管網特性曲線。通常采取的方式是保持風機的特性曲線不變，即不改變風機的轉速，而用調節擋板改變出風口的大小，達到改變風量的目的。如圖2所示：
圖2：工頻工作方式時風機的工作特性
從圖2中可以看出，風機工作在A點時，風量為Q1，風壓為H1。保持風機的轉速不變，用擋板將風量調節為Q2時，風壓將上升到H2，風機工作點變為B點。由于擋板的節流作用，風道的阻力曲線變為OB。
風機工作在A點時，其功率為PA＝H1×Q1/102；風機工作在B點時，其功率為PB＝H2×Q2 /102。
雖然Q2＜Q1，但H3＞H1，所以PA與PB的值變化不大，說明采用工頻工作方式時，改變風機的風量，風機的軸功率減小有限。
四、變頻工作方式
變頻工作方式是指管網特性曲線保持不變，而改變風機的特性曲線。通常采取的方式是保持管網特性曲線不變，即不改變風機出口的大小，而改變風機的特性曲線，即改變風機的轉速，達到改變風量的目的。如圖3所示：
風機工作在A點時，其功率為PA＝H1×Q1/102；風機工作在B點時，其功率為PB＝H2×Q2/102 。
Q2＜Q1，而且H2＞H1，所以PA與為PB的值變化較大，說明采用變頻工作方式時，改變風機的風量，風機的軸功率減小很大，節能效果顯著。
圖3：變頻工作方式時風機的工作特性
由流體力學的原理可知，電機轉速與流量、壓力、耗能的關系如下：
輸出流量Q與轉速n成正比，即：Q1/Q2=n1/n2……（1）
輸出壓力H與轉速n的平方成正比，即：H1/H2=(n1/n2)2 ……（2）
輸出軸功率P與轉速n的立方成正比，即P1/P2=(n1/n2)3……（3）
如果說，100%轉速-100%流量-100%壓力-100%輸出功率，則：80%轉速- 80%流量- 64%壓力- 51%輸出功率。就是說，通過變頻調速方式改變風機風量，風量下降20%時，風機軸功率將下降49%。這也是為什么變頻調速在風機應用上節能十分顯著的原因。
五、利德華福高壓變頻器原理及特點
HARSVERT-VA系列高壓變頻調速系統采用單元串聯多電平技術，屬“高-高”電壓源型變頻器，為單元串聯多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出，它對電網諧波污染小，總諧波畸變小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，6kV為5級模塊串聯，共15個功率單元；10kV每個系統共有24個功率單元，每8個功率單元串連構成一相，其系統結構如圖4所示。
圖4：利德華福高壓變頻器系統結構
逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯各單元的載波之間互相錯開一定電角度，實現多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt 很小。功率單元采用相對較低的開關頻率，以降低開關損耗，提高效率，變頻器額定效率可達98%，考慮輸入變壓器后的總體效率仍在97%以上。由于采用移相式PWM，電機電壓的等效開關頻率大大提高，且輸出電平數增加。6kV系列為5級模塊串聯，輸出相電壓為11電平；10kV系列為8級模塊串聯，輸出相電壓為17電平。電平數和等效開關頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機發熱，噪音和轉矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機。
與普通采用高壓器件直接串聯的電流源型變頻器及三電平電壓源型變頻器相比，由于采用功率單元串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題。功率單元中采用常規IGBT功率模塊，驅動電路簡單，技術成熟可靠。功率單元采用模塊化結構，同一變頻器內的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。由于采用功率單元串聯結構，所以可以采取功率單元旁路選件，當功率單元故障時，控制系統可以將故障單元自動旁路，變頻器仍可降額繼續運行，大大提高了系統的可靠性。
由于采用了高性能DSP芯片和新型一體化計算機，在秉承公司HARSVERT-A系列產品完美無諧波、高可靠性、功率/電壓等級覆蓋范圍廣、控制接口靈活等優良品質的基礎上，HARSVERT-VA系列無速度傳感器矢量控制高壓變頻調速產品能夠實現功能更為豐富、性能更高的高壓大容量交流傳動控制。目前，HARSVERT-VA系列無速度傳感器矢量控制產品的性能指標為：調速范圍100:1，穩態轉速精度0.5%，動態轉矩響應時間小于200ms，啟動轉矩150%額定轉矩，達到國際先進水平。無需安裝復雜且不易維護的測速裝置，HARSVERT-VA系列變頻器僅需對輸出三相電壓、兩相電流進行檢測，即可根據預先自動測定的電機模型，進行異步電動機的磁通和轉矩解耦控制，實現低速大轉矩負載啟動和運行。
六、熟料生產中特殊工藝對變頻器的要求
干法水泥生產線的窯尾高溫風機是保證窯內負壓的重要負載，但是在以往工頻運行、采用液力耦合器調速的高溫風機常見由于管道“塌料”導致高溫風機電機過負荷跳閘，導致生產中斷。而由于變頻器裝置的電力電子器件的過負荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風機過負荷導致的變頻器保護停機現象如無專業技術是不可避免的，將給水泥生產線造成更多的損害。
利德華福作為目前國內最大的高壓變頻器專業生產制造單位，特別針對高溫風機的運行工藝情況進行了大量的調研，對變頻器的核心控制系統進行了相應的設計，專門開發了可矢量運行的高壓變頻調速裝置，成功解決了因為塌料引起的劇烈負載波動問題<
