水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑广泛用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。回转窑由筒体、支承装置、带档轮支承装置、传动装置、活动窑头、复合式碎石机、窑尾密封装置、喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如图6-9所示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承，并有控制窑体上下窜动的档轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，带动回转窑转动。
图6-9 回转窑回转部分
一、回转窑负载分析
1．回转窑为大惯性负载
水泥厂回转窑过去均为直流电动机拖动，因直流调速电路复杂，维修难度大，操作繁琐，增加了操作人员的看火难度；直流电动机在温度高、粉尘大的恶劣环境中工作，其电刷、换向器损坏严重，一方面维修费用高，另一方面维修费时，严重影响生产。因此，回转窑采用变频器驱动，是克服直流电动机驱动缺陷的最佳方案。
回转窑负载的特点分析：起动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的过程中，整个窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也随着变化，当物料偏转角达到90°时（见图6-10b），此时物料所引起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的3～4倍。此时变频器的输出频率上升到10~13Hz。
起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转矩及功率就很小了。根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。
图6-10 回转窑起动
a)回转窑初始位置b）回转窑起动位置
2．变频器选择原则
根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型和容量选择上有其特殊性。
1)变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量，否则变频器将不能正常起动。
2)变频器是在起动时的低速区(10~13 Hz)电流最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力大、具有低频转矩补偿的变频器。
3)提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动比，以提高起动时的低频转矩。
二、应用实例
1．变频器容量选择
有一水泥厂的回转窑改造项目，原来选用55kW电动机调速驱动，因回转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重，使起动及工作电流增大，电动机经常堵转，不能正常运转。
改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55kW、4极电动机转速为1500r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速为800r/min左右，当非正常运行时转速更低。因为电动机是由自己的同轴风扇吹风散热，当电动机的转速下降较大时，电动机的散热效果很差，造成电动机发热严重。
根据以上情况，将此回转窑拖动改为90kW、6极电动机，选择惠丰HF - G7 - 90T3型通用变频器，该变频器功率90kW，额定电流180A。当电动机正常运转在800r/min时，变频器的输出频率为40Hz左右，因而避免了由于4极电动机运转在800r/min时电动机散热不良的问题。但是由于其他因素的影响，变频器频率控制为模拟电位器调速。
2．调试出现的问题
1)变频器选择HF - G7 - 90T3，起动正常，但在运行中频繁跳“OC”过电流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使变频器产生瞬间过电流。瞬时峰值电流达340A。而HF - G7 - 90T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流，故不能正常工作。根据这一现场情况，经反复论证计算，最后变频器选择为HF - G9 - 160T3型，该变频器额定功率160kW，额定电流320A。
2)变频器选择为HF - G9 -160T3，额定电流为320A，过载能力为1.5~1.8倍，过载极限电流为480~ 570A。电动机仍为90kW，变频器的输出电流是电动机额定电流的280%~300%，是瞬时峰值电流340A的140%～160%，因此，足可以克服负载瞬时波动产生的峰值电流，回转炉运行正常，不再跳“OC”过电流。
3)变频器在正常停机的情况下，起动困难，借助辅助设备才有可能起动。分析其情况，判断为起动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，即加大变频器的低频起动力矩，解决了正常停机的起动问题。
在以上反复确定变频器的容量时，根据就是电动机的瞬态电流，当变频器的瞬态电流超过了变频器的最大过载电流时，变频器就跳闸。改造前选用55kW的电动机都能工作，可驱动变频器后来增加到160kW（电动机增加为90kW），就是因为电动机工作时有很大的瞬态电流，这就是冲击性负载变频器选择功率时为什么会比实际功率大很多。
3．变频器控制电路
变频器控制电路如图6-11所示，采用外接电位器作为变频器的频率控制。因为变频器和控制台分开安装，采用了输出频率指示表头作为变频器的输出频率指示，采用声光报警和远程复位开关。操作、指示、报警、复位等都安装在控制室内，变频器安装在防尘控制柜中。
图6-11 变频器控制电路
为了防止变频器的电磁干扰以及减少电动机的发热，变频器要安装电磁滤波器和电抗器。
4．回转窑变频应用效果
1)变频调速在回转窑拖动的应用，其调速范围为0~50Hz，而回转窑调速为0~40Hz、转速为0~975r/min，正常运行时仅有700~800r/min，运行频率为40Hz左右，因此，变频调速完全能满足回转窑工况的要求。
2)变频调速具有完善的保护功能，运行中如出现过电流、过载、过电压、断相及过热时，变频器能及时对电机进行保护，并通过操作面板显示故障原因，因而缩短了维修时间。
3)原直流调速及滑差电动机调速时，不能在较低的速度下运行，起动过程设备振动大。变频器起动电动机无冲击、运行平稳，减小了对设备的冲击，系统故障率显著降低，为稳定回转窑的热工参数创造了必要条件。
4)变频器运行故障率低，大大减少了维修工作量及费用，同时也提高了回转窑的运转率，直接和间接节能效果显著。