削减能源成本和实施能源需求控制策略对提高工业设施的底线大有帮助，尤其是当峰值需求费用高达工厂能源账单的25%时。
实现能源成本降低的方法有很多，包括为机器安装监控单元，大型能源企业管理(EEM)软件系统，或指定正确的驱动器和电机组合。美国水泥制造商豪瑞(Holcim)在其整体制造足迹中发现了一个可以节省大量成本的小部件:为其大型冷却风扇供电的电机提供变频驱动器。
豪瑞通过工业规模的窑炉生产大量水泥，这些窑炉需要持续的气流。产生这种气流的风扇需要大量的能量，因为生产过程非常严格。熟料是制造水泥的关键矿物化合物。它是由石灰石，氧化铝，铁和二氧化硅原料混合和研磨成混合物，在回转窑炉中加热而制成的。在窑的出料端，热熟料落入冷却器，通过“空气淬火”——使用大风扇对熟料吹气，直到熟料冷却——温度迅速降低到100摄氏度左右。
豪瑞Ste。位于密苏里州布卢姆斯代尔的Genevieve工厂每年可生产400多万吨水泥，每天可生产1.2万吨熟料。豪瑞电气和过程控制经理肯德尔•瓦尔登(Kendall Walden)表示:“窑炉必须在速度、温度和气流方面严格控制，以优化熟料制造过程。”“否则，能源和运营效率低下会增加工厂的运营成本。”
启动时的高涌流
几个风扇马达，最高可达350马力，用于在冷却器中产生适当的气流。最初安装时，电机使用跨线起动器，在启动时对电机端子施加全电压的阻尼器。结果，电机经历了高启动涌流，是满载安培的五到六倍。此外，在一年的大部分时间里，阻尼器的工作状态都低于100%。
Walden说，这种组合提供了提高整体效率的机会，并避免了电机启动时因电流消耗过大而产生的公用事业需求费用。
对于这个改造项目，Holcim将工程分配给其电气可靠性工程师Michael Ifurung，他负责监督丹麦Danfoss VLT drives变频驱动器(vfd)的实施。
“众所周知，变频器可以显著降低风扇应用中的能源成本，”Ifurung说。“例如，如果速度可以降低20%，那么由于电机亲和定律的物理特性，千瓦消耗可以减少高达50%。关键的工程决策是为应用选择和配置合适的变频器。”
holcim公司是北美最大的单窑水泥工厂，在这种工业环境下，需要15台VLT自动化驱动FC 302驱动器，用于几个460 VAC电机:5台300马力，8台250马力和2台150马力。
“这些都是可变扭矩型驱动器，”Ifurung解释道。“速度越快，风扇面临的压力就越大。这需要更大的扭矩来旋转风扇。转矩减小量随速度的立方而变化，每次减小转矩，都可以减小rpm。此外，这意味着你可以以指数方式削减千瓦。”
在操作过程中，软启动驱动器可以改变电流频率从0到32千赫，以提供各种交流电机速度。然后，电机速度可以匹配所需的风扇RPM，以保持过程质量，并在不需要全扭矩的情况下减少电力消耗。
plc驱动驱动器
为了利用这些定性和定量的好处，驱动器使用DeviceNet网络标准与可编程逻辑控制器(plc)通信。专有的过程控制软件处理压力和温度数据，并指示plc根据需要告诉变频器改变风扇转速和排序。
plc还接收来自压力和温度传感器的4-20 mA信号作为备份。驱动器和plc通过控制室的人机界面(HMI)面板进行管理。Walden说:“驱动器以开环模式运行，速度精度为+8 rpm -这使得微调气流变得容易。”“这种精度为我们提供了可靠的风扇控制，以调节气体流量和环境空气进入冷却器的速度，以达到适当的熟料温度。”
豪瑞还使用丹佛斯的谐波失真计算器来确定变压器的k因子需求。“k因子是谐波负载电流如何影响变压器中热量积聚的度量，”伊夫隆说。“知道了k系数，我们在变压器上省了一些钱。”变频器还包括一个内置的直流线圈，以确保非常低的谐波干扰电源。
驱动器的另一个特点是安全/停止功能，适用于3类安装，符合EN 954-1标准。
VFD实施的最大好处是节省了大量的能源。“在我们的案例中，结果是显著的，”瓦尔登说。“这项技术提高了我们整个工厂的电力效率。由于节省了这些费用，我们的项目投资回收期不到两年。而且，我们的工厂连续第二年获得了环境保护局的能源之星评级，以表彰其超高的能源效率。”
