拉法基尼日利亞項目使用了如下施耐德電氣變頻器產品:
柜式變頻器ATV61/71：315-1800kW、690V：6臺
標準變頻器ATV71：0.75-200kW、380V：22臺
軟啟動器ATS48：110-315 kW、 380V：20臺

一、背景介紹
拉法基（Lafarge）集團是世界著名的建材生產商，在水泥、混凝土與骨料、石膏建材和屋面系統四大產品領域位居世界前列，作為世界建材行業的領導者，其四個分支在業內均位處前列：水泥和屋面系統位居世界第一、混凝土與骨料位居世界第二、石膏建材位居世界第三. 集團成立于1833年，總部在法國，企業分布于80多個國家，員工總數超過80000名。拉法基集團和施耐德電氣公司有著良好的合作關系，特別近年來，施耐德電氣變頻器在拉法基水泥廠得到了廣泛應用。

圖1 水泥廠夜景

  在變頻器還未大量使用前，回轉窯主傳動一直使用直流調速。但直流調速電路復雜，維修難度大，操作繁瑣，特別是直流電動機在溫度高、粉塵大的惡劣環境中運行，其電刷、換向器損壞頻繁，需經常維護，對工廠維護帶來較大成本。近年來隨著變頻器控制技術的成熟與普及，加上交流電機維護簡單，回轉窯主傳動愈來愈多的采用交流變頻調速。
近期，在尼日利亞新投資的一個水泥廠中，拉法基采用施耐德電氣雙變頻拖動回轉窯雙主電機，獲得了良好的運行效果。

二、回轉窯傳動原理與控制要求
水泥回轉窯是對物料進行煅燒的大型設備，回轉窯內的物料流是通過改變回轉窯轉速來控制的，物料流的燒成帶溫度又與回轉窯轉速有一相應的關系，所以調速系統的好壞，將直接影響回轉窯的使用壽命、產品質量。
負載具有如下一些特點：啟動時原料處在窯內正下方，整個窯體及原料的慣性極大，所以要求傳動電機和變頻器啟動力矩極大，因此，啟動加速過程是一個克服大慣量負載慣性的過程；當然一旦啟動過程結束，正常運轉的所需力矩就大大降低了。所以在選擇電機和變頻器時要考慮兩個因素，既要有足夠的過載能力保證啟動順利，又要不能功率選擇太大，造成正常運行時過于大馬拉小車，能耗和一次性投資加大。
與此同時，隨著窯體直徑、窯長度的不斷增加，為避免單臺減速機、電機配置配置過大帶來的設備選型、投資、安裝等不利因素，現在多采用雙電機驅動。這就需要兩臺變頻器分別拖動兩臺電機，兩臺電機分別通過減速機共同驅動同一個傳動齒輪。這就要求兩臺變頻器控制要出力大小、作用在齒輪上的驅動力方向要相同，不能出現一臺出力大，造成其中一個電機長期過載，降低使用壽命；極端情況下一臺被拖動運行，輸出力矩方向相反，損壞齒輪箱。

       
   圖2 回轉窯體                                圖3 傳動結構示意圖

當回轉窯采用雙電機、雙變頻器驅動時，一般控制方法有兩種：
1、主從控制：一臺作主機進行速度控制，另一臺從機接受主機力矩輸出作為自身力矩給定，自身作力矩控制，實現速度跟隨，平衡出力的效果，在這種控制方式下，為獲得精確的力矩控制效果，一般要求電機加編碼器實現閉環運行。
這種控制模式的優點是速度控制精度高。缺點是動態過程中從機力矩調整較慢，負載跟隨性較差，容易造成主機加減速過程中過載，同時需要編碼器隨電機安裝在室外平臺上，受環境及振動等因素影響，編碼器容易損壞。
2、利用電機自然特性，調整滑差補償：兩個變頻器均運行在速度模式下，各自根據變頻器自身力矩、電流大小，改變滑差補償，輸出力矩大的電機，減小滑差補償使電機降速，從而減小輸出力矩，反之，輸出力矩小的電機，加大滑差補償使電機升速，使它承擔更多的負載，在動態中達到負荷平衡。施耐德電氣ATV71變頻器已內置負荷平衡功能，達到自動根據負載大小調節滑差補償的大小，在實際應用中取得了滿意的控制效果。
這種控制模式的優點是不需編碼器，加減速響應快，缺點是由于隨時調整滑差補償，導致速度輸出與給定有細微的差別，即速度精度有所降低，但完全滿足回轉窯速度控制的精度要求。

三、傳動系統解決方案 
1、配置方案及系統原理圖
  現場回轉窯配置兩臺電機，每臺電機配置一臺變頻器。
  窯主雙驅動電機參數：(兩臺)            
   型號: YVF450-6 TH  
   額定功率:630KW；   
額定電壓: 690V；   
額定電流: 652A； 
額定頻率：50HZ；

   根據回轉窯負載特點，要求變頻器選擇恒轉矩應用變頻器，并要求過載2倍以上，并考慮到電機功率比較大，為有效降低諧波污染，要求選用12脈沖整流方式，根據上述要求，我們選用施耐德電氣ATV71系列恒轉矩12脈沖整流柜式變頻器，其過載能力為1.5倍電流維持1分鐘。
變頻器參數：(兩臺)

型號：ATV71EXA2M10Y-S459
額定功率:1000KW；   
額定電壓: 690V； 
額定電流: 1010A；1010*1.5/652=2.32>>2
額定頻率：50/60HZ；

        
圖4 窯體傳動部分                                               圖5 變頻器

圖6 傳動系統原理圖

變頻器設置本地控制，現場就地控制和中控室遠程控制。其中本地控制借助于安裝在柜門上的控制面板，完成柜門操作起停、復位、加減速和參數調整；現場就地操作利用現場電機旁的操作箱，操作起停、加減速按鈕，由中控室采集信號，處理后通過通訊方式控制變頻器速度，I/O硬接線控制起停。中控室遠程控制是在中控室控制界面上直接操作，再通過通訊方式控制變頻器速度，I/O硬接線控制起停。通訊方式采用Profibus-DP總線協議，組合模式為I/O模式。
2、控制要點的實現
1)雙電機負荷平衡控制
兩臺電機經過減速機和窯體傳動齒輪耦合后，實際上在機械上已達到嚴格的速度同步，這時運行中要求變頻器嚴格控制每個電機出力平衡尤為重要，這是保證正常工藝生產的前提，現場客戶沒有配置電機編碼器反饋，所以選用ATV71固有的負荷平衡應用功能，方便的實現了雙電機直接齒輪連接下的負荷平衡控制。

圖7 負荷平衡原理

2)大力矩、小沖擊啟動
針對回轉窯大慣量的特點，要求低速啟動力矩要大，啟動平穩，我們設置變頻器控制模式為電壓矢量控制方式，合理設置最低輸出頻率，借助ATV71優越的低速性能，適當加大加減速斜坡時間，獲得了極好的控制效果。
3)動態過程中的直流母線電壓波動
由于窯體慣量過大，在加減末端，減速過程中、動態調整過程中經常出現窯體憑借自身慣量拖動電機，使電機過渡到發電狀態，而回轉窯是單相旋轉，起停快速性無特殊要求，一般不配置制動單元、回饋單元等能量回饋裝置，這時變頻器直流母線電壓急劇升高，很可能觸發過壓、超速等故障，所以要盡量延長加速時間，并激活減速斜坡自適應功能，使變頻器根據母線電壓自動調節減速時間，有效避免了過壓、超速等故障。    
3、ATV71應用的優勢
    回轉窯雙電機傳動采用ATV71變頻器，其優異的產品性能得到了充分體現：
1)重載應用，150％額定電流過載1分鐘，保證了變頻器和電機有足夠的力矩輸出；
2)ATV71應用功能－負荷平衡保證兩臺電機運行中出力均衡，無需主從控制。
3)優越的低速控制性能
4)12脈沖整流有效的降低了變頻器諧波。減小了對電網的污染

四、結束語
    在目前回轉窯驅動系統中，直流調速系統越來越多的被交流傳動系統所取代，各個變頻器廠家都在搶占這個領域，此次施耐德電氣變頻器在此項目上的成功應用，特別是雙電機傳動控制，必將會使我們的變頻器在這一領域獲得更多的應用，大大提高我們變頻器在拉法基集團的地位。