前言

　　遼寧省凌源鋼鐵公司以往風(fēng)機出力調整采用風(fēng)門(mén)調節，用風(fēng)門(mén)調整存在調整時(shí)間長(cháng)、管網(wǎng)波動(dòng)較大 缺點(diǎn)，而且電能損失很大，特別是低負荷時(shí)損失更大。同時(shí)異步電動(dòng)機在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達到電機額定電流的4～7倍，對電網(wǎng)形成沖擊，凌鋼電網(wǎng)負載率較高，電網(wǎng)抗沖擊能力相對較弱，而且強大的沖擊轉矩嚴重影響電機和風(fēng)機的使用壽命。凌鋼煉鐵廠(chǎng)出鐵場(chǎng)除塵采用了北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的高壓變頻裝置，實(shí)現了高壓電動(dòng)機的變頻調速，取得良好效果。

　　一、高壓變頻原理

　　這臺高壓變頻裝置采用的是交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開(kāi)關(guān)元件為IGBT。本裝置采用了功率單元串聯(lián)疊波升壓技術(shù),可以用較低電壓的成熟器件實(shí)現高電壓輸出，而且具有很高的可靠性。

　　1、主電路

　　主回路主要由隔離變壓器和功率單元組成，隔離變壓器為三相干式整流變壓器，原邊為Y形接法，輸入6000V電壓，副邊繞組為15組，延邊三角形接法，功率單元共15個(gè)，每相5個(gè)串聯(lián)，相輸出Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到驅動(dòng)電機所需的可變頻三相高壓電源。

　　電壓疊加示意圖為：

圖1 輸出電壓疊加圖

　　由于采用多個(gè)功率單元串聯(lián)，得到多個(gè)電壓等級，每個(gè)單元的電壓等級都較低，保證了變頻器的性能。

　　2、功率單元

　　功率單元原理見(jiàn)圖2，采用空間矢量正弦波脈寬調制（PWM）方式，輸出單相脈寬調制波形。經(jīng)過(guò)疊加得到單相正弦波形。

　　合康高壓變頻裝置的功率單元具有旁路功能。當某個(gè)單元發(fā)生故障而不能繼續工作時(shí)，該單元及其另外兩相相應位置上的單元將自動(dòng)旁路，退出運行，每相由四個(gè)單元工作，變頻器輸出性能不變，使得電機在某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)依然可以穩定運行。

圖2 功率單元原理圖

　　二、變頻調速節能原理

　　從流體力學(xué)的原理得知，使用鼠籠型感應電機驅動(dòng)的風(fēng)機，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為：

　　P∝Q×H

　　當風(fēng)機轉速從N1變化到N2時(shí)，在空氣密度相同的情況下，功率P、風(fēng)量Q、風(fēng)壓H與轉速關(guān)系為：

　　Q2=Q1×N2/N1

　　H2=H1×（N2/N1）2

　　P2=P1×（N2/N1）3

　　風(fēng)量Q和風(fēng)機的轉速N是成正比關(guān)系，風(fēng)壓與風(fēng)機的轉速平方成正比關(guān)系。所需的軸功率P與轉速的立方成正比關(guān)系。所以當需要的額定風(fēng)量降低時(shí)，通過(guò)調節風(fēng)機的轉速方式調節，所需功率則呈立方下降。功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系如下圖所示，從風(fēng)機的運行曲線(xiàn)圖來(lái)分析采用變頻調速后的節能效果。

　　當所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調節閥門(mén)的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì )增加，管網(wǎng)特性曲線(xiàn)上移，系統的運行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運行工況點(diǎn)B點(diǎn)運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調速控制方式，風(fēng)機轉速由N1下降到N2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機的特性曲線(xiàn)將下移，因此其運行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與面積H3×Q2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率（P）與H2H3CB的面積成正比。

　　三、合康高壓變頻器在我廠(chǎng)的實(shí)際應用情況

　　1、工況

　　高爐生產(chǎn)為周期性間斷出鐵，高爐在出鐵時(shí)鐵水溫度可以達到1000℃，與空氣中氧氣發(fā)生反應，產(chǎn)生大量的含氧化鐵的棕紅色煙塵，對空氣造成污染。利用除塵風(fēng)機對氧化鐵回收，既可以避免污染，又可以二次利用。凌鋼煉鐵廠(chǎng)出鐵場(chǎng)風(fēng)機組同時(shí)為兩座高爐出鐵場(chǎng)除塵，工作負荷經(jīng)常變化，每天調整負荷次數在40次以上，如果直接起動(dòng)，系統電壓將被拉低50-100V。利用變頻器根據高爐實(shí)際需要對除塵風(fēng)機進(jìn)行變頻調速控制，既保證和改善了工藝，又達到了節能降耗的目的。出鐵時(shí)，變頻器高速運行，高速定為50Hz（可調）;不出鐵時(shí)，變頻器低速運行，低速定為20Hz（可調）。不用停機，保證了高爐生產(chǎn)的連續性。為高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強有力的保證。

　　2、起動(dòng)過(guò)程

　　采用變頻調節后，系統實(shí)現軟啟動(dòng)，輸出到電動(dòng)機的電壓頻率從0Hz逐漸上升至設定頻率，電壓也隨之逐漸升高，電機啟動(dòng)電流始終小于額定電流，并且電機的起動(dòng)時(shí)間可以調整為5s～1600s，啟動(dòng)時(shí)間相應延長(cháng)，對電網(wǎng)和變壓器無(wú)大的沖擊，電網(wǎng)的系統電壓基本不發(fā)生變化，減輕了起動(dòng)機械轉矩對電機機械損傷，有效地延長(cháng)了電機的使用壽命。

　　3、運行調整

　　以往，煉鐵廠(chǎng)除塵風(fēng)機在運行過(guò)程中，根據所需負荷的變化，風(fēng)量和風(fēng)壓的調節要靠調整風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)完成，一次風(fēng)量的改變通常要反復調節多次才能完成。變頻改造后，高壓變頻裝置與PLC通過(guò)RS485接口通訊，電機轉速的改變只要通過(guò)微機設定即可，大大降低了勞動(dòng)強度，提高了生產(chǎn)效率，風(fēng)量調節更平穩、精確。

　　4、節能效果

　　1#、2#高爐出鐵時(shí)間不同，但依然有一定規律，生產(chǎn)周期大約為1.5小時(shí)，出鐵時(shí)間為1小時(shí)，間隔約為30分鐘，除塵風(fēng)機電機額定功率為630kW，額定電流為70A，出鐵時(shí)電壓頻率設定為45Hz，電流因空氣密度、除塵器工作狀態(tài)影響，每次高頻時(shí)有所變化，在48A-53A之間，不出鐵時(shí)在20Hz低速運行，電流約為27A，與未安裝高壓變頻的電動(dòng)機比較，年節電70萬(wàn)kW.h，經(jīng)濟效益為30余萬(wàn)元，達到了預期效果。