房地產(chǎn)和重大工程建設(shè)項(xiàng)目的持續(xù)升溫，建材行業(yè)也得到空前的發(fā)展。建材行業(yè)作為典型的高能耗產(chǎn)業(yè)，與我國能源短缺，價格高漲形成尖銳的矛盾。降低水泥，玻璃，電解鋁等產(chǎn)業(yè)的耗電量，除了提高管理水平外，必須從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步中來尋找突破口。變頻器作為節(jié)能降耗的一個主要產(chǎn)業(yè)，技術(shù)成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定，價格日益降低，客戶使用維護(hù)水平提升，都為變頻器在建材行業(yè)的大量使用提供了條件。目前除了大批量改造項(xiàng)目以外，新建的建材項(xiàng)目在配置時都已經(jīng)將電機(jī)的變頻調(diào)速作為節(jié)能降耗的首要考慮。麥米電氣變頻器在上述產(chǎn)業(yè)中都有大量成功應(yīng)用，為我國的節(jié)能降耗作出了應(yīng)用的貢獻(xiàn)。
一、變頻器調(diào)速的節(jié)能原理
全世界用電量約有60%是通過電動機(jī)消耗掉的。
生產(chǎn)機(jī)械中電動機(jī)的負(fù)載千差萬別，依照通用分類法則，可將負(fù)載分為平方負(fù)載，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載等。這三種負(fù)載與能耗關(guān)系如下圖（P代表功率，M代表轉(zhuǎn)矩，n代表轉(zhuǎn)速）：
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負(fù)載類型
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恒轉(zhuǎn)矩M=C
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平方轉(zhuǎn)矩M∝n2
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恒功率P=C
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M=f（n）
p=f（n）
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主要設(shè)備
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輸送帶、起重機(jī)械
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各種風(fēng)機(jī)、泵類
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卷取機(jī)，軋機(jī)、
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功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系
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P∝n
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P∝n3
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P=C
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使用變頻器目的
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滿足工藝要求，提高效率
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節(jié)能為主
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滿足工藝要求，提升產(chǎn)品質(zhì)量和效率
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節(jié)電效果
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一般
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顯著
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不
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從節(jié)能角度考慮，我們主要分析平方類負(fù)載，而這類負(fù)載在建材行業(yè)約要消耗70%以上的能量。那么這類負(fù)載為什么會存在節(jié)能控制？
1、設(shè)計(jì)裕量的考慮。建材項(xiàng)目設(shè)計(jì)時要考慮項(xiàng)目運(yùn)行時間長，前后期工藝差異大，必須留有足夠的裕量。如鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)定風(fēng)量要達(dá)到5－10%的裕量，因此在選型設(shè)計(jì)時是以最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕量來作為依據(jù)的，而風(fēng)機(jī)系列是有限的，在選不到合適的型號時只能往上靠，這有電機(jī)選型功率比實(shí)際需要的功率大20－30%就比較常見。
2、在實(shí)際生產(chǎn)操作時，對于靠閥門擋板等進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)負(fù)載，它們增加了系統(tǒng)管路的阻尼系數(shù)，造成電能的浪費(fèi)。而選擇變頻器，則可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行精確的流量調(diào)節(jié)。
二、變頻調(diào)速的理論節(jié)能分析
各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，因P ∝n3，理論上功耗與轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)電效果顯著，下表是為風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q*，轉(zhuǎn)速n*，軸功率P*（額定值的相對值百分?jǐn)?shù)）以某頻率值時的節(jié)電率。
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流量Q*（%）
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100
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90
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80
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70
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60
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50
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40
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轉(zhuǎn)速n*（%）
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100
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90
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80
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70
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60
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50
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40
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頻率值（Hz）
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50
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45
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40
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35
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30
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25
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20
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軸功率P*（%）
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100
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73
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51
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34
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22
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13
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6.5
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節(jié)電率N
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0
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27
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49
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66
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78
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87
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9
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可以看到，當(dāng)流量降低時，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以達(dá)到很高的節(jié)電率 。
三、水泥廠變頻器應(yīng)用
1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
我國的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風(fēng)機(jī)（產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線立窯上配套使用的風(fēng)機(jī)功率更大），傳統(tǒng)的風(fēng)量控制方法是依靠放風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較為恒定，而煅燒時根據(jù)窯內(nèi)情況需要隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時，是通過放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電能消耗占60%左右，隨著電價的調(diào)整（整體上是上升趨勢），電費(fèi)在水泥生產(chǎn)中所占生產(chǎn)成本的比重將越來越高。因此降低鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。
水泥生產(chǎn)工藝要求風(fēng)量隨窯內(nèi)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，對羅茨風(fēng)機(jī)可由變頻器改變風(fēng)機(jī)的供電電源頻率來進(jìn)行無級調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，給變頻器的應(yīng)用與節(jié)能留下較大的空間。實(shí)踐中也證明確實(shí)如此：某2KT/D水泥廠132KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝麥米電氣MV300變頻器后，節(jié)電率高達(dá)60%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15度下降為安裝后6度；某1KT/D水泥廠在水泥熟料旋窯生產(chǎn)線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝變頻器后，節(jié)電率高達(dá)70%，日耗電量由原來的600度下降到安裝以后的180度，日節(jié)電420度。
紅星水泥廠在風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器前后的電耗的對比表：
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設(shè)備名稱
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功率
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平均電流
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功率消耗
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節(jié)能效果
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經(jīng)濟(jì)分析
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KW
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使用前
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使用后
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使用前
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使用后
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萬度/年
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萬元/年
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一室風(fēng)機(jī)
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45
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58.3
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39.0
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34.2
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17.6
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13.8
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9.6
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二室風(fēng)機(jī)
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75
|
71.2
|
30.2
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41.6
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18.1
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18.0
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12.6
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三室風(fēng)機(jī)
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75
|
85.6
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45.1
|
50.6
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26.8
|
18.3
|
12.8
|
|
三室風(fēng)機(jī)
|
75
|
85.0
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52.4
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49.7
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25.8
|
18.5
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13.0
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吹煤風(fēng)機(jī)
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132
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142.6
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56.8
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82.1
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33.0
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38.6
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27.0
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蓖冷風(fēng)機(jī)
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30
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26.4
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8.2
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13.0
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5.1
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6.0
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4.2
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窯頭排風(fēng)機(jī)
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90
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121.6
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50.0
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72.0
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29.1
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33.7
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23.6
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2、離心風(fēng)機(jī)，水泵類設(shè)備上的應(yīng)用
除羅茨風(fēng)機(jī)外，水泥廠還存在大量的用離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)的地方，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過風(fēng)門開度對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對離心式風(fēng)機(jī)，水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備流量與轉(zhuǎn)速成正比。因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時，如降低20%流量或風(fēng)量，功耗將下降近50%，但是轉(zhuǎn)速與壓力成平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時壓力將下降36%，這是與羅茨風(fēng)機(jī)不一樣的地方，改造時需要考慮。
供水泵使用變頻器后，是通過安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器與變頻器內(nèi)部設(shè)置的壓力構(gòu)成閉環(huán)自動控制回路，使整個系統(tǒng)自動控制流量保持壓力恒定，使供水泵在節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，這與傳統(tǒng)帶有儲水池的供水設(shè)備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
3、 空壓機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用
空氣壓縮機(jī)恒壓供氣使用變頻器與壓力構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動降到1%以下，此外還具有降低噪音，減少震動，保證設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，從而減少設(shè)備維護(hù)，延長設(shè)備使用壽命。變頻調(diào)速改造以前壓力波動比較大，并且要求空壓機(jī)不能帶壓啟動?，F(xiàn)在變頻器可以在任何壓力下隨意啟動，啟動電流大大降低。通過變頻器的實(shí)際應(yīng)用，多數(shù)壓縮機(jī)的節(jié)電率在25%以上。但是壓縮機(jī)的電機(jī)功率都較大，從幾十個千瓦到幾百個千瓦，變頻器的應(yīng)用使控制的品質(zhì)大幅提高，同時經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。
4、 卸料機(jī)/選粉機(jī)上的應(yīng)用
立窯卸料機(jī)上一般采用18.5—30KW滑差調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速通?？刂圃?00-1000RPM（工藝上要求）?；铍姍C(jī)的特性就是轉(zhuǎn)速越低，效率越低，且特性很軟。采用變頻器調(diào)速取代原來的滑差調(diào)速，經(jīng)過幾家的應(yīng)用結(jié)果證明平均節(jié)能在４０％左右?；铍姍C(jī)原理如下：
由此可見滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，能源效率越低，而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在400RPM左右運(yùn)行，因此應(yīng)用變頻器調(diào)速的方法取得４０％以上的節(jié)能效果是必然的。
選粉機(jī)設(shè)備原來使用75KW滑差電機(jī)拖動，設(shè)備簡單，價格低廉。但是電機(jī)本體噪音高，震動大，能耗高，無功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊，多次出現(xiàn)無法調(diào)速，突然失速等故障，現(xiàn)場維護(hù)量大，影響整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電機(jī)運(yùn)行在594RPM，現(xiàn)場測試的電氣參數(shù)輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，輸入功率為40KW，經(jīng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造后（配MV300G-4T75變頻器），現(xiàn)場測量參數(shù)為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92，輸入功率為11KW（變頻器標(biāo)配直流電抗器）。因此滑差電機(jī)調(diào)速更改為變頻調(diào)速后，設(shè)備節(jié)能效果明顯，大大降低維護(hù)量。
5、在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前，預(yù)加水成球工藝技術(shù)在立窯中已經(jīng)非常普遍。該工藝在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量取得比較明顯的效果。利用變頻器自身良好的系統(tǒng)集成性，通過現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP與上位機(jī)進(jìn)行總線通信，利用集中控制實(shí)現(xiàn)雙回路調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)水料比例自動跟蹤調(diào)節(jié)。使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用，提高成球質(zhì)量，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。
四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場分析
變頻器在水泥廠的應(yīng)用不僅僅在以上幾個方面，在回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)、卸料機(jī)、圓盤給料機(jī)、雙管絞刀、群板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機(jī)等需要進(jìn)行交流調(diào)速部分。隨著國家在環(huán)保方面制度不斷出臺，對環(huán)保的要求也會越來越高。旋風(fēng)除塵，布袋式除塵器等產(chǎn)品應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目將更加明顯。
五、總結(jié)分析
從以上理論結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：
1、滿足工藝要求，MV300G矢量控制變頻器調(diào)速范圍達(dá)到100:１，而水泥工藝過程中調(diào)速范圍在10:1范圍內(nèi)即可滿足工藝要求。
2、變頻器的使用便于進(jìn)行集中控制，提高工廠的自動化水平。麥米電氣MV300G不僅標(biāo)配RS485通訊接口，支持MODBUS協(xié)議，而且支持PROFIBUS-DP，CANOPEN等現(xiàn)場總線，通過內(nèi)置的專用通信卡，和DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，使設(shè)備的集中監(jiān)控成為可能，大大降低人員維護(hù)費(fèi)用提高設(shè)備可靠性。
3、變頻器產(chǎn)品平滑的調(diào)速特性，精確的速度控制大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。麥米電氣變頻器自身在適應(yīng)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境，現(xiàn)場環(huán)境等方面都進(jìn)行了針對的處理，如專門的防電網(wǎng)沖擊電路，瞬停不停功能，以及電路/散熱的分離設(shè)計(jì)，三防漆處理都手段，既提高了變頻器可靠性，也保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時變頻器具備的軟啟動特性，也減輕了電流沖擊和機(jī)械沖擊的磨損。
4、變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，降低成本消耗，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
