由于直流電動機(jī)的起動力矩大，調(diào)速性能優(yōu)良，一次投資費用較少，在國內(nèi)水泥廠的回轉(zhuǎn)窯普遍采用直流驅(qū)動裝置。
1 裝置構(gòu)成及控制原理
回轉(zhuǎn)窯的主驅(qū)動裝置由直流電動機(jī)和直流調(diào)速器構(gòu)成。直流電動機(jī)現(xiàn)多采用Z4系列回轉(zhuǎn)窯專用電動機(jī)，現(xiàn)普遍采用調(diào)壓調(diào)速方式，即通過改變電樞的電壓來改變電動機(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，即：
回轉(zhuǎn)窯在起動時，由于自身及熱工原因，所需的起動力矩較大，相應(yīng)起動電流較高，但在正常運(yùn)行時電流并不高�；剞D(zhuǎn)窯在停窯時，有回窯現(xiàn)象。在停窯瞬間，窯筒體由于慣性反轉(zhuǎn)，窯轉(zhuǎn)速從減速機(jī)側(cè)傳至電動機(jī)，電樞的速度很快，電動機(jī)瞬間做發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，如果激磁電流不變，反電勢很高，在換向器表面會形成灼痕，甚至?xí)䦟Q向器打出凹坑，對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，在選擇直流調(diào)速裝置時，對于直流電動機(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 電動機(jī)選型
基于水泥回轉(zhuǎn)窯的特點，各直流電動機(jī)生產(chǎn)廠家一般都有回轉(zhuǎn)窯專用的型號，如：使用較多的上海南洋電機(jī)廠的ZSN4系列,該系列電動機(jī)有較好的動態(tài)性能，并有較大的過載倍數(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流能力較差，在選型時應(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機(jī)的額定電壓相一致。可控硅元件額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，國外品牌的元器件的過流能力一般為1.5倍，但過流能力與時間有關(guān)，選型時應(yīng)注意。如：西門子的6RA70系列直流調(diào)速器的過載能力和時間關(guān)系。
AB公司的直流調(diào)速器的最大過載能力是1.5倍，時間為1min。而國內(nèi)廠家的直流調(diào)速器很少在時間的前提下提出過載倍數(shù)。
選取直流調(diào)速器，對于國外品牌其額定電流應(yīng)為：Id≥(2.5～3)Ie/k
式中：Ie——直流電動機(jī)的額定電流；
k——滿足合適起動時間的直流調(diào)速器的允許過載倍數(shù)。
對于國內(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系列可控硅傳動裝置在設(shè)備說明書中對于起動性能的描述如下：在任意給定轉(zhuǎn)速下，均可滿負(fù)荷起動。
可控硅元件的額定電流：帶較大電感性負(fù)載時，整流裝置輸出的電流波形連續(xù)，流過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——可控硅實際允許的平均電流，實際計算中可選為電動機(jī)最大過載倍數(shù)電流的1/3;
Kf——整流波形系數(shù)（對于電感性負(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)速器實際選型中應(yīng)充分考慮回轉(zhuǎn)窯的起動特性，調(diào)速器的容量與電動機(jī)的過載能力應(yīng)相一致，從而最大有效地發(fā)揮二者的能力。
直流調(diào)速裝置的選型實例：
我廠的1、2號窯為年產(chǎn)熟料35萬t的濕法窯�；剞D(zhuǎn)窯的主傳動采用雙傳動方式，2臺電動機(jī)的電樞相串聯(lián)。窯主電動機(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: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，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號窯，為年產(chǎn)水泥50萬t的濕磨干燒窯，窯中主傳動電動機(jī)采用單傳動方式，窯主電動機(jī)參數(shù)如下：
型號：ZSN4220kW
額定電樞電壓：440V；額定電樞電流：550A
電動機(jī)過載倍數(shù)：2.5～3
雙馬廠選用的直流調(diào)速器為西門子公司的全數(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,該選型是比較合理的。實際的運(yùn)行情況也不錯。
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)動系統(tǒng)正常時，運(yùn)行非常平穩(wěn)。但在停窯時，由于回窯產(chǎn)生較高反電勢，會對系統(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。現(xiàn)提出一些觀點，以供商榷：
1)本橋逆變：停窯時，電動機(jī)高速反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的反電勢較高，此時可使導(dǎo)通角α>90°,即使整流電路進(jìn)入有源逆變狀態(tài)工作，實現(xiàn)直流逆變交流，將電能回送電網(wǎng)。
2)減弱激磁：停窯時，分?jǐn)嘀鹘佑|器，并在同時將激磁電流大幅減小以限制反電勢。
3)能耗制動：停窯時，整流裝置封鎖脈沖，主接觸器分?jǐn)�，同時在電樞主回路中串入能耗制動電阻以消耗回窯反電勢能量。并可與第二種方案作互補(bǔ)控制，進(jìn)一步減小回窯對直流驅(qū)動裝置的影響。
實例：西門子的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，無需外加器件，即可完成；方案2也無需外加器件，只要通過對直流調(diào)速裝置內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定來完成，從而達(dá)到主回路一掉電，勵磁電流成倍減少，從而成倍減少反電勢。2種方案可以同時運(yùn)用，以達(dá)最佳效果。在四川雙馬水泥廠的6號和7號線上均運(yùn)用了此2種回窯控制方案，效果比較理想。
4 直流驅(qū)動裝置故障分析
1)電流波動，窯速不穩(wěn)。由直流調(diào)速理論可知，直流電動機(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)生故障對窯速和電流均有影響。
�、匐妱訖C(jī)內(nèi)部的激磁電源線有破損，在電動機(jī)運(yùn)行中隨著電動機(jī)振動有瞬時碰殼現(xiàn)象，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)速降低，電動機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)生困難，現(xiàn)場表現(xiàn)為窯速波動。
實例：我廠4號窯窯速波動，時不時發(fā)生轉(zhuǎn)動困難。當(dāng)時一度懷疑觸發(fā)裝置故障，但在現(xiàn)場檢測中，觸發(fā)脈沖完全正常，后拆開電動機(jī)發(fā)現(xiàn)是激磁線破損，處理完后開機(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，造成電路印制板上的相關(guān)元件焊點松了，或是相關(guān)的電子元件發(fā)生故障，脈沖時有時無，可控硅元件的觸發(fā)不可靠，用示波器觀察會發(fā)現(xiàn)電壓波形1個以上的波頭不穩(wěn)定、閃動的情況。
此故障在我廠的3、4號窯多次發(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，粉塵相對較大，對電氣元件的影響較大。
③外部給定信號，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。
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，常見故障的有一臂、兩臂及一相斷開，其對整流輸出電壓的影響。
3)窯主電動機(jī)無法起動
此種情況有以下原因：①外部聯(lián)鎖控制設(shè)備故障，主電動機(jī)控制回路無法接通；②多個整流元件或是觸發(fā)回路故障，輸出電壓低，整流裝置提供的起動電流太小，起動力矩不夠，不能起動。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。
實例1：我廠的4號窯主電動機(jī)直流傳動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，多個接線松動，造成不能開機(jī)。后將出線插頭全部改成焊接，此類故障大大減少。
實例2：我廠的1號窯主電動機(jī)直流傳動裝置檢修完后，發(fā)現(xiàn)電動機(jī)不能起動，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，另換上1塊脈沖分配板，故障依舊。測脈沖分配器所產(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個脈沖的出線有順序接反的現(xiàn)象。將誤接線糾正，重測波形正常。
