由于直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩大，調(diào)速性能優(yōu)良，一次投資費(fèi)用較少，在國(guó)內(nèi)水泥廠的回轉(zhuǎn)窯普遍采用直流驅(qū)動(dòng)裝置。
1 裝置構(gòu)成及控制原理
回轉(zhuǎn)窯的主驅(qū)動(dòng)裝置由直流電動(dòng)機(jī)和直流調(diào)速器構(gòu)成。直流電動(dòng)機(jī)現(xiàn)多采用Z4系列回轉(zhuǎn)窯專用電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)普遍采用調(diào)壓調(diào)速方式，即通過(guò)改變電樞的電壓來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變窯轉(zhuǎn)速。
直流調(diào)速器有模擬控制系統(tǒng)及數(shù)字控制系統(tǒng)。
2 選型原則
回轉(zhuǎn)窯有以下特點(diǎn)，即：
回轉(zhuǎn)窯在起動(dòng)時(shí)，由于自身及熱工原因，所需的起動(dòng)力矩較大，相應(yīng)起動(dòng)電流較高，但在正常運(yùn)行時(shí)電流并不高�；剞D(zhuǎn)窯在停窯時(shí)，有回窯現(xiàn)象。在停窯瞬間，窯筒體由于慣性反轉(zhuǎn)，窯轉(zhuǎn)速?gòu)臏p速機(jī)側(cè)傳至電動(dòng)機(jī)，電樞的速度很快，電動(dòng)機(jī)瞬間做發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，如果激磁電流不變，反電勢(shì)很高，在換向器表面會(huì)形成灼痕，甚至?xí)䦟Q向器打出凹坑，對(duì)換向器的使用壽命有影響。
鑒于以上原因，回轉(zhuǎn)窯直流傳動(dòng)，在選擇直流調(diào)速裝置時(shí)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)及直流調(diào)速裝置的元器件以及控制方案均有所要求。
2.1 電動(dòng)機(jī)選型
基于水泥回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn)，各直流電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家一般都有回轉(zhuǎn)窯專用的型號(hào)，如：使用較多的上海南洋電機(jī)廠的ZSN4系列,該系列電動(dòng)機(jī)有較好的動(dòng)態(tài)性能，并有較大的過(guò)載倍數(shù)，其值可達(dá)2.5倍左右。并且，通常由于窯主機(jī)的額定轉(zhuǎn)速不高，如果電動(dòng)機(jī)自帶風(fēng)葉散熱效果不好，通常需要加裝強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)冷卻。
2.2 直流調(diào)速裝置選型
直流調(diào)速裝置的整流元件基本采用可控硅元件，可控硅由于自身的過(guò)流能力較差，在選型時(shí)應(yīng)考慮足夠的裕量。直流調(diào)速器的主要參考值如下：
1)額定電壓：直流調(diào)速裝置的額定輸出電壓一般與直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓相一致�？煽毓柙~定電壓一般是正常工作電壓峰值的2～3倍值。
2)額定電流：廠家生產(chǎn)的直流調(diào)速裝置的額定電流一般是指裝置輸出的平均電流，國(guó)外品牌的元器件的過(guò)流能力一般為1.5倍，但過(guò)流能力與時(shí)間有關(guān)，選型時(shí)應(yīng)注意。如：西門(mén)子的6RA70系列直流調(diào)速器的過(guò)載能力和時(shí)間關(guān)系。
AB公司的直流調(diào)速器的最大過(guò)載能力是1.5倍，時(shí)間為1min。而國(guó)內(nèi)廠家的直流調(diào)速器很少在時(shí)間的前提下提出過(guò)載倍數(shù)。
選取直流調(diào)速器，對(duì)于國(guó)外品牌其額定電流應(yīng)為：Id≥(2.5～3)Ie/k
式中：Ie——直流電動(dòng)機(jī)的額定電流；
k——滿足合適起動(dòng)時(shí)間的直流調(diào)速器的允許過(guò)載倍數(shù)。
對(duì)于國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品額定電流應(yīng)為：Id>Ie。整流裝置所需的過(guò)流能力已從可控硅元件的選擇上做了保證。如：北京整流器廠的KGSF系列可控硅傳動(dòng)裝置在設(shè)備說(shuō)明書(shū)中對(duì)于起動(dòng)性能的描述如下：在任意給定轉(zhuǎn)速下，均可滿負(fù)荷起動(dòng)。
可控硅元件的額定電流：帶較大電感性負(fù)載時(shí)，整流裝置輸出的電流波形連續(xù)，流過(guò)可控硅元件的平均電流為整流輸出平均電流的1/3，即：IT=Id/3。
式中：IT——可控硅元件的平均電流;
Id——直流調(diào)速裝置輸出的平均電流。
決定可控硅元件允許電流大小的是溫度，具體說(shuō)是指管芯PN結(jié)的溫度。此指標(biāo)主要與電流的有效值有關(guān)。但可控硅的額定電流是指在常溫和正常的冷卻條件下，帶電阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導(dǎo)通時(shí)結(jié)溫不超標(biāo)所允許的最大平均電流。因此需要在電流有效值相等的原則下，將實(shí)際允許的平均電流與額定電流進(jìn)行換算。考慮裕量,可控硅的額定電流：
ITa=(ITd×Kf/1.57)×Kt
式中：ITa——可控硅實(shí)際允許的平均電流，實(shí)際計(jì)算中可選為電動(dòng)機(jī)最大過(guò)載倍數(shù)電流的1/3;
Kf——整流波形系數(shù)（對(duì)于電感性負(fù)載,三相全控整流橋,其值取為1.73）;
Kt——電流裕量系數(shù)，一般可取1.5～2倍。
整流裝置的額定輸出電流的大小應(yīng)與可控硅元件相匹配。
直流調(diào)速器實(shí)際選型中應(yīng)充分考慮回轉(zhuǎn)窯的起動(dòng)特性，調(diào)速器的容量與電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力應(yīng)相一致，從而最大有效地發(fā)揮二者的能力。
直流調(diào)速裝置的選型實(shí)例：
我廠的1、2號(hào)窯為年產(chǎn)熟料35萬(wàn)t的濕法窯�；剞D(zhuǎn)窯的主傳動(dòng)采用雙傳動(dòng)方式，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電樞相串聯(lián)。窯主電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如下：
單機(jī)功率：220kW
電樞電壓:220V；電樞電流：960A
所選的直流調(diào)速裝置如下:
型號(hào):KSF22－1000/440
額定輸入電壓:380V額定輸出電壓:440V
額定輸入電流：816A額定輸出電流:1000A
生產(chǎn)廠商：西安電力整流器廠
從該設(shè)備的選型可見(jiàn)，基本滿足前面所述的選型要求，運(yùn)行情況良好。
四川雙馬水泥集團(tuán)的7號(hào)窯，為年產(chǎn)水泥50萬(wàn)t的濕磨干燒窯，窯中主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用單傳動(dòng)方式，窯主電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：
型號(hào)：ZSN4220kW
額定電樞電壓：440V；額定電樞電流：550A
電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)：2.5～3
雙馬廠選用的直流調(diào)速器為西門(mén)子公司的全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA70系列1200AR產(chǎn)品。
由公式Id≥3Ie/k=3×550/1.5=1100A可見(jiàn),該選型是比較合理的。實(shí)際的運(yùn)行情況也不錯(cuò)。
3 回窯控制方案
直流調(diào)速裝置一般是做雙閉環(huán)運(yùn)行，即流調(diào)、速調(diào)，回轉(zhuǎn)窯在直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常時(shí)，運(yùn)行非常平穩(wěn)。但在停窯時(shí)，由于回窯產(chǎn)生較高反電勢(shì)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定的危害。故控制系統(tǒng)應(yīng)有較為完善的解決方案�，F(xiàn)提出一些觀點(diǎn)，以供商榷：
1)本橋逆變：停窯時(shí)，電動(dòng)機(jī)高速反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的反電勢(shì)較高，此時(shí)可使導(dǎo)通角α>90°,即使整流電路進(jìn)入有源逆變狀態(tài)工作，實(shí)現(xiàn)直流逆變交流，將電能回送電網(wǎng)。
2)減弱激磁：停窯時(shí)，分?jǐn)嘀鹘佑|器，并在同時(shí)將激磁電流大幅減小以限制反電勢(shì)。
3)能耗制動(dòng)：停窯時(shí)，整流裝置封鎖脈沖，主接觸器分?jǐn)�，同時(shí)在電樞主回路中串入能耗制動(dòng)電阻以消耗回窯反電勢(shì)能量。并可與第二種方案作互補(bǔ)控制，進(jìn)一步減小回窯對(duì)直流驅(qū)動(dòng)裝置的影響。
實(shí)例：西門(mén)子的6RA70系列產(chǎn)品本身就具有方案1和方案2的功能，其中方案1為此套系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)功能，無(wú)需外加器件，即可完成；方案2也無(wú)需外加器件，只要通過(guò)對(duì)直流調(diào)速裝置內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定來(lái)完成，從而達(dá)到主回路一掉電，勵(lì)磁電流成倍減少，從而成倍減少反電勢(shì)。2種方案可以同時(shí)運(yùn)用，以達(dá)最佳效果。在四川雙馬水泥廠的6號(hào)和7號(hào)線上均運(yùn)用了此2種回窯控制方案，效果比較理想。
4 直流驅(qū)動(dòng)裝置故障分析
1)電流波動(dòng)，窯速不穩(wěn)。由直流調(diào)速理論可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(窯速)電流與整流電壓、激磁磁通都有關(guān)系，二者發(fā)生故障對(duì)窯速和電流均有影響。
①電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的激磁電源線有破損，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中隨著電動(dòng)機(jī)振動(dòng)有瞬時(shí)碰殼現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)速降低，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生困難，現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為窯速波動(dòng)。
實(shí)例：我廠4號(hào)窯窯速波動(dòng)，時(shí)不時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)困難。當(dāng)時(shí)一度懷疑觸發(fā)裝置故障，但在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，觸發(fā)脈沖完全正常，后拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)是激磁線破損，處理完后開(kāi)機(jī)正常。
�、谟捎谡{(diào)速裝置整流柜上的冷卻風(fēng)機(jī)引起的振動(dòng)，造成電路印制板上的相關(guān)元件焊點(diǎn)松了，或是相關(guān)的電子元件發(fā)生故障，脈沖時(shí)有時(shí)無(wú)，可控硅元件的觸發(fā)不可靠，用示波器觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓波形1個(gè)以上的波頭不穩(wěn)定、閃動(dòng)的情況。
此故障在我廠的3、4號(hào)窯多次發(fā)生，尤其是在每年的夏季，天氣炎熱、潮濕，我廠收塵效果又不是太好，粉塵相對(duì)較大，對(duì)電氣元件的影響較大。
③外部給定信號(hào)，由于電氣元件的接觸不可靠，從而造成觸發(fā)脈沖不可靠，引起電流和窯速的波動(dòng)。
2)窯速突然下降，但之后窯主機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行
造成這種情況主要是以下2種原因：1)觸發(fā)脈沖丟失，比如觸發(fā)回路的相關(guān)器件脫焊，相應(yīng)的可控硅回路無(wú)法導(dǎo)通，造成輸出整流電壓下降；2)可控整流橋橋臂上的可控硅元件故障，或是熔斷器熔斷，造成輸出電壓下降，常見(jiàn)故障的有一臂、兩臂及一相斷開(kāi)，其對(duì)整流輸出電壓的影響。
3)窯主電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)
此種情況有以下原因：①外部聯(lián)鎖控制設(shè)備故障，主電動(dòng)機(jī)控制回路無(wú)法接通；②多個(gè)整流元件或是觸發(fā)回路故障，輸出電壓低，整流裝置提供的起動(dòng)電流太小，起動(dòng)力矩不夠，不能起動(dòng)。③由于檢修后觸發(fā)脈沖出線接線不慎，造成可控橋整流元件的觸發(fā)順序混亂，電壓波形異常。
實(shí)例1：我廠的4號(hào)窯主電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)裝置柜的控制脈沖分配板上的觸發(fā)脈沖出線由于整流柜上的風(fēng)機(jī)振動(dòng)，多個(gè)接線松動(dòng)，造成不能開(kāi)機(jī)。后將出線插頭全部改成焊接，此類故障大大減少。
實(shí)例2：我廠的1號(hào)窯主電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)裝置檢修完后，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，將裝置帶上電爐作負(fù)荷，觀察電壓波形，發(fā)現(xiàn)波形紊亂，另?yè)Q上1塊脈沖分配板，故障依舊。測(cè)脈沖分配器所產(chǎn)生的脈沖，幅度及移相均正常，仔細(xì)檢查脈沖分配板的出線，發(fā)現(xiàn)6個(gè)脈沖的出線有順序接反的現(xiàn)象。將誤接線糾正，重測(cè)波形正常。
