一、引言

   冶金工業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的能源消耗大戶(hù)，已被列為國家節約資源的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在國務(wù)院提出加快建設節約型社會(huì )的政策環(huán)境下，提高冶金行業(yè)的節能技術(shù)和應用水平，建立節約型冶金工業(yè)體系意義重大。在當前國內外能源供需矛盾突出的情況下，冶金生產(chǎn)企業(yè)必須通過(guò)各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。
 
   在冶金的生產(chǎn)中，風(fēng)機大馬拉小車(chē)現象嚴重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統所需求的風(fēng)量也隨之變化。大部分風(fēng)機采用傳統做法，即調節進(jìn)、出風(fēng)口擋板開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現風(fēng)量調節，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機的效率來(lái)達到要求的，損耗嚴重。風(fēng)機電動(dòng)機如果利用變頻調速技術(shù)改變設備的運行速度，以調節風(fēng)量的大小，可以既滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，又達到節約電能，同時(shí)減少因調節擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失。在冶金行業(yè)中電動(dòng)機負載電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機用的高壓電動(dòng)機在電機中占有很大的比重，目前，行業(yè)普遍認為高壓風(fēng)機電動(dòng)機的變頻調速改造是降耗增效的主要措施。

    二、項目介紹

   2.1項目簡(jiǎn)介

   某鋼鐵公司二期燒結有兩條240㎡燒結機生產(chǎn)線(xiàn)，有四臺燒結主抽風(fēng)機。有四臺燒結主抽風(fēng)機，電機都是4800KW的同步機。燒結主抽風(fēng)機是燒結生產(chǎn)的主要設備，擔負著(zhù)燒結燃燒過(guò)程中持續送風(fēng)功能，并產(chǎn)生負壓，使燒結混勻礦在臺車(chē)中至上而下充分燃燒，從而形成燒結礦。由于受燒結生產(chǎn)中諸多因素（料層厚度、設備漏風(fēng)等）的影響，在生產(chǎn)過(guò)程中常常需要根據燒結機的實(shí)際情況不斷調整主抽風(fēng)機的風(fēng)量、負壓等風(fēng)系統參數，使之滿(mǎn)足燒結生產(chǎn)。原來(lái)為滿(mǎn)足不同的進(jìn)料量和工藝指標，要靠調節風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度調節風(fēng)量。采用此方法調節精度低，能耗高，啟動(dòng)沖擊大。用戶(hù)經(jīng)過(guò)多方調研，將這4臺燒結主抽風(fēng)機改造為用高壓變頻調速系統進(jìn)行調速，節能效果非常顯著(zhù)，調節風(fēng)量方便，精度高，啟動(dòng)平滑無(wú)沖擊，用戶(hù)非常認可。

   2.2電機參數：

                  

                

   2.3運行工況： 傳統形式的燒結主抽風(fēng)系統為，主抽風(fēng)機電機始終工作在工頻電網(wǎng)下，對燒結生產(chǎn)中的風(fēng)量、負壓的調節僅通過(guò)改變風(fēng)機擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現，此種方式已沿用多年，并逐漸暴露出了其內在的不足：

    1、對風(fēng)機擋板控制相對粗略，無(wú)法較準確地調整風(fēng)機的風(fēng)量等系統參數。

    2、風(fēng)機始終工作在工頻狀態(tài)，無(wú)節能效果，提高了燒結礦成本。

    3、風(fēng)機功率巨大，配套軟啟動(dòng)器無(wú)法完全解決電機啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，且連續啟動(dòng)次數僅局限在3次以下。

    采用高壓變頻器之后，對于燒結風(fēng)系統參數的調節，完全可以通過(guò)調整主抽電機轉速來(lái)完成，并能實(shí)時(shí)修改電動(dòng)機的轉速，非常平滑地實(shí)現燒結生產(chǎn)中風(fēng)、負壓的調節功能。與傳統的控制系統相比，其主要優(yōu)勢在于：

    1、風(fēng)機擋板可開(kāi)至100%，生產(chǎn)中僅需調節風(fēng)機轉速即可滿(mǎn)足燒結生產(chǎn)所需系統參數，滿(mǎn)足生產(chǎn)。

    2、由于設計風(fēng)機時(shí)均考慮了功率的富裕量，故在實(shí)際生產(chǎn)中，風(fēng)機僅工作在工頻以下便能滿(mǎn)足生產(chǎn)，從而節省大量電能，降低燒結礦噸耗成本。

   3、高壓變頻啟動(dòng)風(fēng)機電機，對電網(wǎng)無(wú)沖擊，啟動(dòng)曲線(xiàn)平滑，延長(cháng)電機壽命，在啟動(dòng)條件允許的情況下，重復啟動(dòng)次數不受任何限制。

   三、利德華福高壓變頻器原理及主要功能

    3.1原理簡(jiǎn)介：HARSVERT-s系列高壓變頻調速系統采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬“高-高”電壓源型變頻器，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波污染小，總諧波畸變小于4%，直接滿(mǎn)足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用于普通的同步電機， 10kV每個(gè)系統共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串連構成一相，其系統結構如圖1所示。
    
             
                              圖1：高壓變頻器系統結構

   逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯開(kāi)一定電角度，實(shí)現多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個(gè)電平臺階只有單元直流母線(xiàn)電壓大小，所以dv/dt 很小。功率單元采用相對較低的開(kāi)關(guān)頻率，以降低開(kāi)關(guān)損耗，提高效率，變頻器額定效率可達98%，考慮輸入變壓器后的總體效率仍在97%以上

   3.2高壓變頻調速系統和用戶(hù)勵磁柜的協(xié)調控制

   a、高壓變頻調速系統提供給勵磁系統的開(kāi)關(guān)量輸出3路：

   ■勵磁啟動(dòng)/停止指令：表示勵磁系統在接受到此信號后，以當前設定的勵磁電壓、勵磁電流、工作方式立即投入運行，無(wú)此信號時(shí)勵磁系統應處于停止狀態(tài)，此信號為連續信號。

   ■ 增加勵磁信號：表示勵磁系統接受到此信號后，以一定的斜率增大勵磁電壓或勵磁電流，此信號為脈沖信號。

   ■ 減少勵磁信號：表示勵磁系統接受到此信號后，以一定的斜率減少勵磁電壓或勵磁電流，此信號為脈沖信號。

   以上所有數字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC220V、3A/DC24V，1A。

   b、高壓變頻調速系統提供給勵磁系統的模擬量1路：

   ■變頻運行功率因數（需要在勵磁系統柜體上安裝一塊數字顯示的儀表, 顯示范圍可設定）。

   變頻器提供1路4～20mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負載能力均為250Ω。

   c、勵磁系統提供給高壓變頻調速系統的開(kāi)關(guān)量輸出3路：

   ■勵磁系統就緒：表示勵磁系統處于待機狀態(tài)，收到啟動(dòng)信號后即可立即投入運行，此信號為連續信號。

   ■勵磁系統運行/停止：0表示勵磁系統處于停止狀態(tài)，1表示勵磁系統處于運行狀態(tài)，此信號為連續信號。

   ■ 勵磁系統故障：表示勵磁系統有故障，處于停止狀態(tài)時(shí)不能啟動(dòng)，處于運行狀態(tài)時(shí)需要立即停機，此信號為連續信號。

   經(jīng)過(guò)上面的于勵磁系統的改造后，變頻器可以根據電機運行的實(shí)際功率因數自動(dòng)調節勵磁電流。原來(lái)勵磁系統的自動(dòng)調節功能取消，勵磁系統根據變頻調速系統的增勵磁信號和減勵磁信號來(lái)做相應的調整即可。因此用戶(hù)調節風(fēng)量時(shí)，只要調節變頻調速系統的運行頻率即可，變頻調速系統會(huì )自動(dòng)調節勵磁電流。此種方法簡(jiǎn)單可靠，操作方便，應用效果良好。

   3.3上位機控制：上位機控制系統，采用RS485通訊?？煽啃愿?，不受現場(chǎng)復雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠，運行穩定，得到用戶(hù)的好評。操作員可以在上位機上時(shí)刻監視變頻運行情況，并可在上位機進(jìn)行啟動(dòng)、停機、復位、調頻等操作。此系統操作簡(jiǎn)單，中文界面，人機會(huì )話(huà)功能實(shí)用可靠。
   
                  

   四、現場(chǎng)應用效果

   （1）變頻器采用觸摸式人機界面，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀(guān)地顯示電機在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)?？梢圆榭摧敵鲭妷杭拜敵鲭娏鞑ㄐ?，及時(shí)掌握運行情況。

   （2）精確的頻率分辨率和調速精度，完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝工況的需要。

   （3）采用自主研發(fā)的上位機控制系統，可靠性高，不受現場(chǎng)復雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠，運行穩定，得到用戶(hù)的好評。

   （4）具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時(shí)安全可靠。由于變頻調速系統設置的保護值較小，所以用戶(hù)對其電機的保護非常放心。

   （5）電機可實(shí)現軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機的額定電流；電機啟動(dòng)的時(shí)間連續可調，減少了對電網(wǎng)的影響。

   （7）減少配件損耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

   （8）系統效率得到提高，消除了風(fēng)門(mén)擋板的損失，取得節能效果。

   （9）由于風(fēng)機采用轉速調節后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長(cháng)設備使用壽命。

    五、結論

   變頻調速系統在主抽風(fēng)機上的應用，又一次證明了高壓風(fēng)機電動(dòng)機的變頻調速是降耗增效的主要措施。對冶金行業(yè)燒結主抽風(fēng)機進(jìn)行高壓變頻調速節能改造，將使企業(yè)改善工藝，提高調速精度，使生產(chǎn)線(xiàn)設備利用率得到保證，降低設備運行與維護費用，延長(cháng)電機等設備使用壽命，獲得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。