[Zusammenfassung] Dieser Artikel behandelt die weitverbreitete Anwendung von Hochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichtern zur energiesparenden Drehzahlregelung von Hochleistungsventilatoren. Er stellt die Energieeinsparungsprognose und die praktische Anwendung der Nachrüstung von Saugzugventilatoren in großen Drehrohröfen zur Kalzinierung von Aktivasche für die Stahlherstellung in Stahlwerken mittels Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung vor. Im Betrieb mit Motoren im Industriefrequenzbereich führen zu hoher Luftdruck und unzureichende Dämpfereinstellung zu komplexen Produktionsabläufen und Energieverschwendung, wodurch der Bedarf an Drehzahlregelung mittels Hochspannungs-Frequenzumrichtern entsteht. Der Artikel prognostiziert zudem die Vorteile der Drehzahlregelung. Nach Inbetriebnahme des Hochspannungs-Frequenzumrichters werden die Verbesserungen der Betriebsbedingungen und die Energieeinsparungen gemessen und zusammengefasst. [Schlüsselwörter] Hochspannungs-Frequenzumrichter, energiesparender Drehrohrofen 1. Einleitung: Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Wirtschaft meines Landes steigt der inländische Energieverbrauch stetig an. Begrenzt durch die Energiegewinnungskapazität und Importbeschränkungen ist die Energieversorgung meines Landes sehr angespannt. Die Energienutzung in verschiedenen Industriezweigen meines Landes ist jedoch noch relativ unentwickelt, und die Energieverschwendung ist sehr hoch. Die effiziente Energienutzung hat für das Land eine hohe strategische Bedeutung. Große Industrieventilatoren sind auf eine Betriebsdauer von 20 bis 30 Jahren ausgelegt. Unter Berücksichtigung von Verlusten an Ventilatorflügeln, Ofen und Kanälen, Dichtungsänderungen und Störungen des Luftstroms wird ein relativ großer Sicherheitszuschlag gewählt. Insbesondere bei Ventilatoren im Ofenbetrieb ändert sich die Temperatur des Luftstroms nach dem Betrieb von niedrig auf hoch, wodurch der Leistungsbedarf bei gleichem Luftvolumenstrom deutlich sinkt. Die Drosselklappenöffnung liegt häufig zwischen 40 % und 60 %, was durch Drosselung, Luftstromstörungen und Druckverluste zu erheblichen Energieverlusten führt. Die Drehzahlregelung zur Reduzierung verschiedener Verluste und zur Verbesserung der Energieausnutzung ist daher die primäre Methode für den energieeffizienten Betrieb großer Ventilatoren. Mit der Entwicklung moderner Umrichtertechnologie und der Verbesserung der Fertigungsprozesse für Siliziumkomponenten ist die Herstellung von Hochleistungs- und Hochspannungs-Leistungselektronikgeräten zunehmend ausgereift, was zu kontinuierlich verbesserter Leistung und sinkenden Preisen führt. Die Technologie von Hochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichtern, die mit Hochleistungs-IGBTs, CPLDs und DSPs hergestellt werden, ist ausgereift und die Preise sind stetig gesunken, wodurch Hochspannungs-Frequenzumrichter für Unternehmen erschwinglich geworden sind. Sie finden breite praktische Anwendung im Bereich der energiesparenden Drehzahlregelung großer Ventilatoren. Dieser Artikel beschreibt die Anwendung der Hochspannungs-Frequenzumrichtertechnologie im Saugzugventilator eines Kalkdrehrohrofens in Stahlwerken. 2. Vorstellung des Kalkdrehrohrofensystems der Kalkhütte der Valin Lianyuan Iron and Steel Group: (1) Die Kalkdrehrohrofenanlage ist die Kernanlage der Aktivkalk-Produktionslinie der Aktivkalkhütte der Valin Lianyuan Iron and Steel Group Tianhu Company. Das Strukturdiagramm ist wie folgt: Abbildung 1 Schematische Darstellung des Drehrohrofensystems (2) Arbeitsablauf: Drehrohrofen im Standby-Modus → Vorgeheiztes Holz in den Ofen geben → Mit Kerosin zünden → Die Temperatur im Ofen erreicht den Nennwert → Abluftventilator läuft an → Kohlenstaub wird eingespritzt → Kontinuierliche Zufuhr → Kontinuierlicher Austrag → Luftmenge entsprechend der Ofentemperatur anpassen → Regelmäßiges Spülen der Ofenwand → Materialzufuhr gemäß Produktionsplan stoppen → Kohlenzufuhr stoppen → Starke Luftkühlung des Ofenkörpers → Abluftventilator stoppen → Ofen reparieren → Standby (3) Modell des Abluftventilators: Der Ventilator ist vom Typ GW-GR168D mit einem Nenndruck von 8000 Pa. Der Motor ist vom Typ YKK450-2-4 mit einer Leistung von 500 kW. Der Abluftventilator wird mit einem wassergekühlten Anlasser gestartet. Die Wasserlösung im Anlasser fasst zwei Tonnen, und der Temperaturanstieg beim Anlauf beträgt 30 Grad Celsius. (4) Funktionsweise des Saugzugventilators: In der späteren Phase des Holztrocknungsprozesses wird der Saugzugventilator gestartet, um das Kohlenstaub zu entzünden und so die vollständige Verbrennung des Holzes und den Abtransport der Asche zu gewährleisten. Sobald sich die Temperatur im Ofen ausgeglichen hat, wird die Luftmenge reduziert und die kontinuierliche Zufuhr gestartet. Die Luftmenge wird über eine Leitblechklappe reguliert. Unter normalen Bedingungen beträgt der Unterdruck im Drehrohrofen 100–250 Pa, und die Leitblechklappe ist zu etwa 25 % geöffnet. Während der Ofenkühlung beträgt die Öffnung der Leitblechklappe 90 %. Nach Abschluss der Kühlung, in der frühen Phase der Ofenwartung, beträgt die Öffnung der Leitblechklappe 10 %, um die Asche im Ofen zu entfernen. 3. Kurze Einführung in den Betrieb des Saugzugventilators mit Konstantdrehzahl: (1) Anlauf des Saugzugventilators: Das Trägheitsmoment des Saugzugventilators ist hoch. Unter den gegebenen Netzbedingungen ist der Anlaufstrom des Motors beim Direktanlauf sehr hoch, was zum Ansprechen des Hochspannungsschutzes der Zuleitung führt. Daher muss ein Sanftanlaufgerät verwendet werden. Jeder Anlauf führt zu einem Temperaturanstieg des Kühlwasserfilters um 30 bis 40 Grad Celsius. Bei drei aufeinanderfolgenden Anläufen siedet die Kühlflüssigkeit im Kühlwasserfilter, und der Motor springt nicht mehr an. Nach dem Sieden benötigt der Kühlwasserfilter zwei Tage, um wieder auf Normaltemperatur abzukühlen. Aus diesem Grund muss der Motor zweimal täglich angelaufen werden. (2) Betrieb des Saugzugventilators: Aufgrund der großen Toleranz des Motors wird die Leitblecheinstellung im Betrieb häufig auf ca. 25 % angepasst. Unter den Betriebsbedingungen hoher Drehzahl und geringer Last treten starke Vibrationen des Ventilators und ein extrem hoher Geräuschpegel vor Ort auf, wodurch die Arbeitsbedingungen sehr anspruchsvoll sind. Wird die Leitblecheinstellung auf unter 10 % reduziert, führt der dadurch entstehende Unterdruck zu Druckstößen in der Rohrleitung und im vorderen Hochdruck-Staubabscheider, was die Betriebssicherheit der Anlage gefährdet. (3) Betrieb beim Kalkbrennen: Der Drehrohrofen wird mit Kohlenstaub beheizt. Aufgrund des hohen Aschegehalts des Kohlenstaubs lagert sich während der Verbrennung Asche an der Ofenwand ab, die sogenannte Ofenhaut. Sobald sich eine bestimmte Menge an Ofenhaut gebildet hat, wird der Austrag beeinträchtigt. In diesem Fall wird die Kohlekanone gestoppt und die Ofenhaut mit Wasser durch Spülen entfernt. Während des Spülens wird das Leitblech des Saugzuggebläses in die unterste Position gebracht. Bei der Materialaustragung am Morgen und der Materialzufuhr am Nachmittag beträgt die Öffnung des Saugzuggebläses etwa 15 %. Bei der Verbrennung in der Nacht beträgt die Öffnung etwa 25 %. (4) Die Luftmenge des Saugzugventilators wird über die Drosselklappe reguliert. Der Drosselklappenantrieb ist ein elektrischer Antrieb mit hohem Drehmoment, der vom Kontrollraum aus gesteuert wird. 4. Mängel des Saugzugventilators im Dauerbetrieb: (1) Der Saugzugventilator weist erhebliche Leistungsverluste auf: ● Beim Anlauf des Motors entspricht der Stromverbrauch des wassergekühlten Anlassers in etwa dem Stromverbrauch eines Tages im Normalbetrieb. ● Im Normalbetrieb ist die Drosselklappe zu ca. 25 % geöffnet. Der Winddruck beidseitig der Drosselklappe ist hoch, was zu erheblichen Drossel- und Winddruckverlusten führt. ● Da die Motorlast deutlich unter der Nennlast und der Volumenstrom des Ventilators deutlich unter dem Sollwert liegt, entstehen bei hohem Drehzahlbetrieb starke Störungen, die zu starken Motorvibrationen und einem geringen Wirkungsgrad des Ventilators führen. ● Aufgrund der begrenzten Anzahl an Starts und des hohen Energieverbrauchs beim Anfahren läuft der Saugzugventilator auch bei Störungen anderer Hilfseinrichtungen weiter und erfordert kurzfristige Wartungsarbeiten. Durch das große Luftvolumen und die schnelle Wärmeabfuhr wird nicht nur Energie verbraucht, sondern auch häufiges Nachmahlen zur Aufrechterhaltung der Ofentemperatur notwendig, was den Verbrauch von Kohlenstaub erhöht. (2) Beanspruchte Arbeitsbedingungen: ● Beim Trocknen von Holz im Trockenofen ist das Luftvolumen des Saugzugventilators nach dem Anfahren zu groß, wodurch das Holz zu schnell verbrennt und die Aufheizzeit im Ofen unzureichend ist. Läuft der Saugzugventilator beim Trocknen nicht, wird nicht nur Öl und Zündzeit verschwendet, sondern es entsteht auch viel Rauch, was die Umweltbelastung erhöht. Nach jedem Trocknungsvorgang ist die Werkstatt mit schwarzer Asche bedeckt. ● Beim Spülen der Ofenauskleidung läuft der Saugzugventilator kontinuierlich, was die Gefahr des Spülens erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Verbrennungsunfällen steigert. ● Bei der Ofenreparatur erzeugt der Saugzugventilator ein hohes Luftvolumen, um Systemüberspannungen zu vermeiden. Dies erhöht jedoch die Gefahren der Arbeiten. ● Im Betrieb des Saugzugventilators sind Vibrationen und Geräusche extrem hoch. Dadurch überschreiten die Grenzwerte für Vibrationen und Geräusche im angrenzenden Elektroraum die zulässigen Werte und gefährden die Gesundheit der Bediener. (3) Schäden an der Anlage: ● Der hohe Anlaufstrom verursacht nicht nur Schwankungen in der Stromversorgung des Werks und einen hohen Stromverbrauch, sondern verkürzt auch die Lebensdauer des Motors. ● Die starken Vibrationen im Betrieb führen zu erhöhtem Verschleiß an Motor- und Ventilatorlagern und verkürzen die Lebensdauer des Luftkanals und der Hochdruck-Entstaubungsanlage. ● Der große Druckunterschied zwischen Luft innerhalb und außerhalb der Leitbleche beschleunigt den Verschleiß des Leitblechverstellmechanismus und des Verstellmotors. 5. Energiesparprinzip der Drehzahlregelung: (1) Betriebseigenschaften des Ventilators: Radialventilatoren gehören zu den Lasten mit quadratischem Drehmoment. Die Kennlinie des Ventilators bei Nenndrehzahl ist in der Abbildung dargestellt: H-Q-Kurve: Bei konstanter Drehzahl stellt sie den Zusammenhang zwischen Luftdruck und Luftvolumen dar. N-Q-Kurve: Bei konstanter Drehzahl stellt sie den Zusammenhang zwischen Leistung und Luftvolumen dar. η-Q-Kurve: Bei konstanter Drehzahl stellt sie die Wirkungsgradkennlinie des Ventilators dar. (2) Bestimmung des Volumenstroms: Im Betrieb wirkt der vom Ventilator bei einer bestimmten Drehzahl erzeugte Zentrifugaldruck auf einen Querschnitt. Die pro Zeiteinheit durchströmende Medienmenge wird als Volumenstrom bezeichnet. Im Betrieb stellt sich durch das Zusammenwirken von Ventilatordruck und Rohrleitungswiderstand ein stabiler Volumenstrom ein. Dies wird als Betriebspunkt bezeichnet. Die Kennlinie ist in Abbildung 3 dargestellt: Betriebspunkt M des Ventilators —— Betriebspunkt R —— Rohrleitungswiderstandskurve H —— Druckkennlinie des Ventilators (3) Methode zur Anpassung des Ventilatorvolumenstroms: ● Anpassung der Ventilatorleistung durch Änderung des Rohrleitungswiderstands. Ändert sich der Rohrleitungswiderstand, bleibt die Ventilatordrehzahl konstant, der Luftdruck steigt entsprechend, der Betriebspunkt des Ventilators ändert sich und der Volumenstrom ändert sich entsprechend. Die zugehörige Kennlinie ist in Abbildung 3 dargestellt. Im praktischen Betrieb wird dies durch die Anpassung des Öffnungsgrades der Leitbleche erreicht. Mit abnehmendem Öffnungsgrad der Leitbleche steigt der Rohrleitungswiderstand entsprechend. Die drei Öffnungsgrade der Leitbleche entsprechen drei Widerstandswerten: R1, R2 und R3. Daher zeigen die Druckkennlinien bei konstanter Ventilatordrehzahl drei Betriebspunkte: M1, M2 und M3. Die drei Volumenströme Q1, Q2 und Q3, die diesen drei Betriebspunkten entsprechen, sind die drei Volumenströme, die den drei Öffnungsgraden der Leitbleche bei konstanter Drehzahl entsprechen. Dies zeigt, dass sich der Volumenstrom des Ventilators durch Verstellen der Prallblechöffnung anpassen lässt. ● Anpassung des Luftstroms durch Drehzahländerung: Mit der Drehzahländerung ändert sich die Druckkennlinie des Ventilators. Bei konstantem Rohrwiderstand entspricht die Kennlinie der Abbildung. Für die Drehzahlen n1, n2 und n3 gilt jeweils eine eigene Druckkennlinie. Bei konstantem Rohrwiderstand R verschieben sich die Betriebspunkte zu M1 und M2, die zugehörigen Volumenströme zu Q1 und Q2. In der Praxis werden Hochspannungs-Frequenzumrichter, interne kaskadierte Drehzahlregler und hydraulische Kupplungen eingesetzt, um die Drehzahl und damit den Volumenstrom bei konstantem Rohrwiderstand anzupassen. (4) Vergleich des Betriebs mit konstanter und variabler Drehzahl des Ventilators bei gleichem Fördervolumenstrom: Bei einer Nenndrehzahl des Ventilators von n1, einem Leitungsdruck von R1 bei vollständig geöffneter Drosselklappe und einem Nennvolumenstrom von Q1 ändert sich der Fördervolumenstrom durch Anpassung des Leitungsdrucks und der Ventilatordrehzahl auf Q2. Die Unterschiede in den Betriebsbedingungen sind in der Abbildung dargestellt: Aus der Abbildung geht hervor, dass bei gleichem Fördervolumenstrom der Betriebspunkt der Drosselklappeneinstellung bei M3 und der Betriebsdruck bei Hf liegt. Der Betriebspunkt der Drehzahleinstellung liegt bei M2 und der Betriebsdruck bei H2. (5) Unterschied im Energieverbrauch zwischen den beiden Methoden zur Luftmengenregelung: Wie oben dargestellt, besteht der größte Unterschied zwischen der Drosselklappen- und der Drehzahlregelung im Luftdruck. Der Unterschied in der von den beiden Betriebsarten aufgenommenen Lüfterwellenleistung beträgt: Gemäß der Theorie der Ähnlichkeit des Lüfterleistungsverbrauchs lässt sich schlussfolgern: Beim Vergleich der Luftmengenregelung mittels Drosselklappe und der Luftmengenregelung mittels Drehzahlregelung zeigt sich, dass mit zunehmender Differenz zwischen tatsächlichem und Nennvolumenstrom des Lüfters auch der Unterschied im Energieverbrauch quadratisch proportional ansteigt. 6. Untersuchung von Modifikationsschemata zur Lüfterdrehzahlregelung: (1) Drehzahlregelung mittels hydraulischer Kupplung: Vorteile: ● Kostengünstige hydraulische Kupplung. ● Einfache Bedienung und Wartung. ● Kein separates Wasserkühlsystem erforderlich; kann direkt mit dem Wasserkühlsystem des Drehrohrofens verwendet werden. Nachteile: ● Geringe Drehzahlregelungseffizienz und geringe Energieeinsparung. ● Mechanisches Übertragungsverfahren mit hoher Ausfallrate und regelmäßigem Nachfüllen von Hydrauliköl. ● Bei der Installation muss die Kupplung zwischen Motor und Lüfter platziert werden, wodurch das Motorfundament erneuert werden muss und es zu Produktionsunterbrechungen kommt. ● Bei einem Problem mit der Hydraulikkupplung während des Betriebs kann die Produktion nur zur Reparatur gestoppt werden. (2) Kaskaden-Drehzahlregelung: Vorteile: ● Moderater Preis. ● Montage auf dem vorhandenen Motorfundament möglich. ● Hoher Wirkungsgrad bei der Drehzahlregelung. Nachteile: ● Motortausch erforderlich. ● Geringer Drehzahlregelbereich, die niedrigste Drehzahl beträgt nur 50 % der Nenndrehzahl. ● Der Motor ist ein Schleifringläufermotor, dessen Kohlebürsten jährlich ausgetauscht werden müssen. (3) Hochspannungs-Frequenzumrichter-Drehzahlregelung: Vorteile: ● Drehzahlregelung über den gesamten Bereich, Anlaufzeit an die Betriebsbedingungen anpassbar. ● Hoher Wirkungsgrad und hoher Leistungsfaktor. ● Fortschrittliche Technologie; geringe Motortemperaturerhöhung und geringe Geräuschentwicklung im Niedrigdrehzahlbetrieb, was die Lebensdauer des Motors verlängert. ● Ermöglicht häufiges Anlaufen, wobei der Anlaufstrom innerhalb des Nennstroms bleibt. Nachteile: ● Relativ teuer. ● Zahlreiche Betriebsparameter; Bedienerschulung erforderlich. (4) Berechnung des Energieeinsparungseffekts nach Drehzahlregelung: ● Geräteparameter: Das Modell des Saugzugventilators ist GW-GR168D (IDF), und seine Leistungsparameter sind: ● Unter Anwendung der Ähnlichkeitstheorie zur Analyse der Betriebsdaten der Drehzahlregelung des Saugzugventilators im Drehrohrofen ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand des Ventilators nach der Drehzahlregelung: Qa = QA n / n0 Pa = PA ( n / n0 )2 ( ρ / ρ0 ) Qb = QB n / n0 Pb = PB ( n / n0 )2 ( ρ / ρ0 ) Zur Vereinfachung der Berechnung wird die Leistungskurve näherungsweise als linear angenommen, d. h.: ( Pc – Pb )/ (Qc – Qb ) = ( Pa – Pb )/ (Qa – Qb ) Ventilatordrehzahl und Betriebsstrom: Ia = IA ( n / n0 )3 ● Der Betriebszustand der Drehzahl Der Regelungsbetrieb wird anhand der ursprünglichen Betriebsdaten und der oben genannten Formel berechnet: ● Basierend auf der obigen Berechnung des Drehzahlregelungsbetriebs beträgt der spezifische Stromverbrauch im Konstantdrehzahlbetrieb 280,32 kWh und nach der Drehzahlregelung 61,8 kWh, was einer stündlichen Stromeinsparung von 212,52 kWh entspricht. ● Die oben genannten Werte stellen die Energieeinsparung unter idealen Bedingungen dar. Im praktischen Einsatz muss aufgrund des Wirkungsgrads der Anlage und der Verluste des Drehzahlreglers ein zusätzlicher Verbrauchskoeffizient von 0,85 berücksichtigt werden. Die tatsächliche Energieeinsparung beträgt somit 180 kWh. ● Bei einem normalen Jahresbetrieb von 300 Tagen ergibt sich eine Gesamtenergieeinsparung von 1.296.000 kWh. ● Bei einem Strompreis von 0,57 Yuan pro kWh beträgt die jährliche Energieeinsparung 738.720 Yuan. (6) Endgültiges Auswahlverfahren: Nach der obigen Demonstration des Drehzahlregelungsverfahrens und der Berechnung des Energieeinsparungseffekts führten wir Vor-Ort-Besichtigungen bei den Herstellern durch, die die drei oben genannten Modifikationen vorgenommen hatten. Unter Berücksichtigung der tatsächlichen Prozessanforderungen des Drehrohrofens wählten wir das Hochspannungs-Frequenzumrichter-Drehzahlregelungsverfahren als Modifikationsschema für die Drehzahlregelung des Saugzugventilators im Drehrohrofen der Kalkhütte. 7. Leistungsparameter des Hochspannungs-Frequenzumrichters: (1) Arten von Hochspannungs-Frequenzumrichtern: ● Dreistufiger Hochspannungs-Frequenzumrichter (Hoch-Niedrig-Hoch) ● Direkter Serien-Frequenzumrichter mit Leistungselektronik ● Mehrstufiger Serien-Frequenzumrichter mit überlagerter Spannungsquelle ● Serien-Frequenzumrichter mit Stromquelle (SGCT) (2) Auswahl des Frequenzumrichtertyps: ● Neben der Berücksichtigung einiger konventioneller Leistungsindikatoren achten wir auch auf Folgendes: ob die Konstruktion eigene Merkmale aufweist, ob die ausgewählten Komponenten stabil und ausgereift sind, ob die erzeugten Oberschwingungskomponenten die relevanten Normen erfüllen und wie stark sich kurzzeitige Stromausfälle auf die Stromversorgung auswirken. und die Fähigkeit, den Kurzzeitbetrieb bei Ausfall einzelner Komponenten aufrechtzuerhalten. ● Unter den oben genannten Typen ist der Stromfrequenzumrichter der SGCT-Geräteserie der fortschrittlichste, wird jedoch nicht im Inland hergestellt und ist ausschließlich ein Importprodukt. Der Frequenzumrichter der PowerFlex M7000-Serie von Rockwell Automation aus Kanada zeichnet sich durch hervorragende Leistung und hohe Anpassungsfähigkeit an die Gegebenheiten vor Ort aus, ist aber zu teuer. ● In China sind mehrstufige, in Reihe geschaltete Spannungsquellenumrichter am fortschrittlichsten. Bei Feldtests zeigten sie einen stabilen Betrieb, eine gute Energieeffizienz und einen hohen Leistungsfaktor. Nach einem Vergleich wurde die Entscheidung für mehrstufige, in Reihe geschaltete Spannungsquellenumrichter getroffen. (3) Leistung von mehrstufigen, in Reihe geschalteten Spannungsquellenumrichtern: Nach einem Vergleich der Angebote inländischer Hersteller von mehrstufigen und einstufigen, in Reihe geschalteten Spannungsquellenumrichtern wurde schließlich Harbin Jiuzhou Electric Co., Ltd. ausgewählt. Produktmerkmale: ● Breiter Drehzahlregelbereich, der eine stufenlose Einstellung von Stillstand bis zur Netzfrequenz ermöglicht. ● Es ermöglicht einen sanften Anlauf großer Motoren mit geringem Strom. Anlaufzeit und -methode lassen sich an die jeweiligen Feldbedingungen anpassen. ● Die Frequenzanpassung basiert auf dem Spannungs-Frequenz-Verhältnis des Motors bei niedriger Frequenz in Bezug auf Ausgangsspannung und -frequenz. Bei niedriger Drehzahl erzeugt der Motor nicht nur wenig Wärme, sondern benötigt auch eine niedrige Eingangsspannung, was die Alterung der Motorisolierung reduziert. ● Durch die Anwendung der seriellen Mehrstufen-Überlagerungstechnologie wird eine echte Hoch-zu-Hoch-Leistungswandlung ohne Abwärts- und Aufwärtswandlung realisiert. Dies reduziert die Geräteverluste, erhöht die Zuverlässigkeit und löst die Probleme der Hochspannungs-Leistungswandlung. Die Anwendung der seriellen Multiplex-Überlagerungstechnologie eröffnet neue Wege zur Erzeugung reiner Sinuswellen und zur Eliminierung von Netzoberwellen. ● Der hohe Leistungsfaktor von über 0,95 macht zusätzliche Leistungsfaktorkorrekturgeräte überflüssig und vermeidet Strafgebühren für Blindleistung. ● Hoher Wirkungsgrad von über 96 %, deutlich besser als herkömmliche Thyristor-Drehzahlregler. ● Erfüllt die strengen Anforderungen der IEEE-Norm 519-1992, erzeugt keine Oberschwingungen im Stromnetz und benötigt keine Filter. ● Keine Oberschwingungen im Motor, wodurch die Wärmeentwicklung effektiv reduziert wird; der Geräuschpegel ist vergleichbar mit dem bei Netzfrequenzversorgung. ● Sehr geringe Drehmomentimpulse verhindern Resonanzen in Motoren und anderen mechanischen Geräten und reduzieren den Verschleiß von Getrieben. ● Perfekte Ausgangswellenform mit einer Verzerrung von unter 1 %. ● Die elektrische Belastung des Motors ist vergleichbar mit der bei Netzfrequenzversorgung, wodurch Spezialmotoren überflüssig werden. ● Die Motorverbindung ist nicht durch die Kabellänge begrenzt. ● Nutzt eine CPLD-Schaltung (Large-Scale Gate Array) für hohe Echtzeitfähigkeit, Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der PWM-Steuerung. ● Die patentierte Zwei-Faser-Echtzeitübertragungstechnologie ermöglicht eine schnellere und zuverlässigere Kommunikation zwischen Steuer- und Leistungseinheit. ● Die speziell entwickelte H-Brücken-Wechselrichterschaltung ist ebenfalls patentiert und gewährleistet die Zuverlässigkeit des Systembetriebs. ● Die patentierte Bypass-Technologie für die Leistungseinheit trägt zusätzlich zur erhöhten Zuverlässigkeit des Systembetriebs bei. Die Steuerung nutzt leistungsstarke DSP- und FPGA-Chips, was die Leistung des Regelsystems deutlich verbessert, eine konstante Spannungs-/Drehzahl- und Drehmomentregelung ermöglicht und die Boost-Charakteristik an die Anforderungen verschiedener mechanischer Anlauf- und Betriebsvorgänge anpasst. ● Das exzellente mathematische Modell der DSP-Software optimiert die Echtzeitfähigkeit und Effizienz des Systembetriebs erheblich. 8. Geräteinstallation und Systeminbetriebnahme: Im März 2005 wurde der Hochspannungs-Frequenzumrichter in der Werkstatt installiert. (1) Systemkreislauf: ● Fügen Sie dem Systemkreislauf ein Bypass-System hinzu, damit der Saugzugventilator bei Ausfall des Frequenzumrichters weiterläuft. ● Behalten Sie die ursprüngliche Hochspannungsschutzeinstellung bei. ● Integrieren Sie den Wasserwiderstandsstarter in das Bypass-System, um den Saugzugventilator im Bypass-Betrieb zu starten. ● Basierend auf den obigen Anforderungen und nach Optimierung und Analyse ist der Hauptkreislauf in der Abbildung dargestellt: (2) Installationsprozess des Frequenzumrichters: ● Errichten Sie das Fundament des Frequenzumrichters gemäß den Installationsanforderungen. ● Installieren Sie den Frequenzumrichter. ● Verlegen Sie die Hochspannungsverriegelungskabel. ● Schließen Sie die Steuerverriegelungsleitungen an. ● Schließen Sie die Steuerstromkabel an. ● Nach der Inbetriebnahme des Steuerkreises schließen Sie die Hauptrückleitung an. (3) Inbetriebnahme: ● Die primären und sekundären Betriebsmittel für den Frequenzumrichter werden installiert und konfiguriert. ● Der Transformator im Frequenzumrichterschrank wird einer Spannungsfestigkeitsprüfung und einer Gleichstromwiderstandsmessung unterzogen. ● Das 6-kV-Kabel, die Porzellanisolatoren im Schaltschrank des Frequenzumrichters, der Überspannungsableiter usw. wurden geprüft. ● Alle Verkabelungen wurden auf korrekten und festen Sitz überprüft. ● Die Parameter des Frequenzumrichters wurden korrekt eingestellt. ● Mechanische Komponenten wie der Saugzugventilator sind für den Probebetrieb bereit. ● Prüfung der Schalterverriegelungsfunktion: Hauptsächlich werden die mechanische Verriegelung des Ausgangsschalters und des Bypass-Schalters, die Verriegelung „Hochspannung erlaubt Schließen“ sowie die Funktion zur Verhinderung des unbeabsichtigten Schließens des Schalters unter Last geprüft. ● Statische Inbetriebnahme: Die Steuerstromversorgung des Frequenzumrichters wird eingeschaltet und der Saugzugventilator in den Testzustand versetzt. Der Schaltzustand wird bei lokaler Steuerung (Digitaltastatur) und Fernsteuerung (LCD-Touchscreen, Fernbedienung) geprüft. Außerdem wird überprüft, ob die Statusanzeigen am Frequenzumrichter und auf dem Touchscreen korrekt übereinstimmen. ● Dynamische Fehlersuche: Der Saugzugventilator und der Frequenzumrichterschrank werden offiziell eingeschaltet. Prüfen Sie, ob Start, Stopp und Einstellung des Saugzugventilators und des Frequenzumrichters am Frequenzumrichter-Bedienfeld und an der Fernbedienung sowohl im „Netzfrequenz-Bypass“- als auch im „Frequenzumrichter-Steuerungsmodus“ ordnungsgemäß funktionieren und ob Drehzahl und Stromstärke korrekt sind. Prüfen Sie außerdem, ob die Drehrichtung in beiden Modi übereinstimmt und ob die simulierten Fehlerschutzmaßnahmen und -signale im „Frequenzumrichter-Steuerungsmodus“ korrekt sind. ● Lasttest: Ermitteln Sie Luftmenge, Stromstärke und Drehzahl (Frequenz) des Saugzugventilators und des Frequenzumrichters unter normalen Betriebsbedingungen. Prüfen Sie die Motordrehzahl und die Frequenzumrichterfrequenz bei Nennausgangsstrom des Frequenzumrichters. 9. Betrieb nach der Änderung der Drehzahlregelung des Saugzugventilators im Drehrohrofen: Der Saugzugventilator im Drehrohrofen der Kalkhütte wurde am 18. März 2005 in Betrieb genommen. Die Drehzahl des Saugzugventilators wird über einen Hochspannungs-Frequenzumrichter geregelt. (1) Änderungen der Betriebsparameter des Kalkdrehrohrofens: ● Die Anlaufzeit des Frequenzumrichters ist auf 120 Sekunden eingestellt. Während des Anlaufs läuft der Motor ruhig, und der Motorstrom bleibt unter 60 A. ● Beim Trocknen von Holz im Drehrohrofen läuft der Saugzugventilator mit einer Frequenz von 8 Hz. Der Ventilator arbeitet sehr leise, und das Luftvolumen ist in diesem Moment ausreichend, um eine vollständige Verbrennung des Holzes zu gewährleisten, ohne die Verbrennungsgeschwindigkeit zu erhöhen. ● Bei Volllastbetrieb läuft der Motor mit 25 Hz, wodurch die Ventilatorvibrationen deutlich reduziert werden. Im angrenzenden Technikraum sind keine nennenswerten Ventilatorvibrationen spürbar. ● Beim Spülen der Ofenauskleidung oder bei kurzfristigen Wartungsarbeiten läuft der Ventilator mit 2 Hz oder schaltet sich ab. Dadurch wird nicht nur der Stromverbrauch des Saugzugventilators reduziert, sondern auch das Luftvolumen verringert, was den Temperaturabfall im Drehrohrofen verlangsamt. Für Arbeiten, die in relativ kurzer Zeit abgeschlossen werden, ist keine Kohlenstaubheizung erforderlich. ● Durch die präzise Anpassung der Frequenzumrichterfrequenz wird die Ofentemperatur während der Beschickung und Entladung optimal gehalten. (2) Stromverbrauch nach Drehzahlregelung des Saugzugventilators: ● Statistische Daten zum Betrieb des Frequenzumrichters vom 17. bis 23. Juni ● Nach der Hochspannungs-Frequenzumrichterumrichterung konnte der Ventilatorstrom bei Einhaltung des Unterdrucks im Drehrohrofen deutlich von 25–35 A auf 11–23,5 A reduziert werden. Der Eingangsstrom des Frequenzumrichters sank auf unter 6 A. Der durchschnittliche stündliche Stromverbrauch des Ventilators reduzierte sich ebenfalls von 280,32 kWh auf 54,5 kWh, was einer Energieeinsparung von 80,1 % entspricht. (3) Änderungen im Betrieb der zugehörigen Anlagen nach der Hochspannungs-Frequenzumrichterumrichterung: ● Vermeidung von Stoßschäden am Motor und am Stromnetz beim Anlauf des Motors. ● Verbesserung der automatischen Regelung des Saugzugventilators. ● Reduziert die Vibrationen des Saugzugventilators und des Hochdruck-Entstaubers. ● Durch die reduzierte Drehzahl wird die Lebensdauer des Laufrads und der Lager des Ventilators verlängert. ● Die Prallplatte bleibt vollständig geöffnet, wodurch der Verschleiß und die Anzahl der Schaltvorgänge des Drehmomentantriebs reduziert und somit die Ausfallrate gesenkt wird. 10 Energieeinsparung und Vorteile des frequenzgeregelten Betriebs des Saugzugventilators im Drehrohrofen einer Kalkhütte: 1) Betriebszeit des Saugzugventilators: ● Der Produktionszyklus des Drehrohrofens in einer Kalkhütte beträgt zwölf Tage, davon zehn Tage für die aktive Kalkproduktion und zwei Tage für die Ofenreparatur. ● Monatliche Betriebszeit des Saugzugventilators: 24 Stunden × 30 Tage × 10 Tage / 12 Tage = 600 Stunden ● Jährliche Betriebszeit des Saugzugventilators: 600 Stunden × 11 Monate = 6600 Stunden ● Energieeinsparung pro Betriebseinheit des Saugzugventilators: 280,32 kWh - 54,5 kWh = 225,82 kWh ● Monatliche Energieeinsparung des Saugzugventilators: 225,82 × 600 = 135492 kWh ● Jährliche Energieeinsparung des Saugzugventilators: 225,82 × 6600 = 1490412 kWh ● Strompreis in der Kalkwerkstatt: 0,57 Yuan pro kWh ● Stündliche Energieeinsparung des Saugzugventilators im Frequenzumrichterbetrieb: 225,82 × 0,57 = 128,72 Yuan ● Monatliche Energieeinsparung durch den Betrieb des Saugzugventilators mit Frequenzumrichter: 135492 × 0,57 = 77230,44 Jährliche Stromeinsparung durch den Betrieb von Saugzugventilatoren mit variabler Frequenz: 1.490.412 × 0,57 = 849.534 Yuan. 11. Fazit: Der Einsatz von Hochspannungs-Frequenzumrichtern in Drehrohröfen für Branntkalk verdeutlicht die alarmierende Energieverschwendung durch traditionelle Betriebsmethoden von Ventilatoren in chinesischen Unternehmen und hebt den Unterschied im Stromverbrauch zwischen Drehzahlregelung mit variabler Frequenz und Betrieb mit fester Drehzahl hervor. Einige ausländische Wirtschaftswissenschaftler haben festgestellt, dass China trotz Energieknappheit enorme Energiemengen verschwendet, während ausländische Unternehmen Hochspannungs-Frequenzumrichter – ein modernes leistungselektronisches Produkt – zu überhöhten Preisen an China verkaufen und damit hohe Gewinne erzielen. Inländische Hochspannungs-Frequenzumrichter sind in der Entwicklung und Produktion im mittleren Leistungsbereich ausgereift und können mit ausländischen Produkten konkurrieren. Da mein Land weiterhin Fortschritte bei Hochleistungs- und Ultrahochleistungs-Hochspannungs-Frequenzumrichtern erzielt, werden deren Preise günstiger werden, was darauf hindeutet, dass dieses Hightech-Produkt der modernen Leistungselektronik in meinem Land im Bereich der energieeffizienten Nutzung eine breitere Anwendung finden wird.