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　　前言

　　遼寧省凌源鋼鐵公司以往風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，用風(fēng)門調(diào)整存在調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、管網(wǎng)波動(dòng)較大 缺點(diǎn)，而且電能損失很大，特別是低負(fù)荷時(shí)損失更大。同時(shí)異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的4～7倍，對(duì)電網(wǎng)形成沖擊，凌鋼電網(wǎng)負(fù)載率較高，電網(wǎng)抗沖擊能力相對(duì)較弱，而且強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重影響電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。凌鋼煉鐵廠出鐵場(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(xiàn)了高壓電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，取得良好效果。

　　一、高壓變頻原理

　　這臺(tái)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(xiàn)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(qū)動(dòng)電機(jī)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(jí)，每個(gè)單元的電壓等級(jí)都較低，保證了變頻器的性能。

　　2、功率單元

　　功率單元原理見圖2，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，輸出單相脈寬調(diào)制波形。經(jīng)過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(dāng)某個(gè)單元發(fā)生故障而不能繼續(xù)工作時(shí)，該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動(dòng)旁路，退出運(yùn)行，每相由四個(gè)單元工作，變頻器輸出性能不變，使得電機(jī)在某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)依然可以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 功率單元原理圖

　　二、變頻調(diào)速節(jié)能原理

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

　　P∝Q×H

　　當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腘1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(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)速N是成正比關(guān)系，風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速平方成正比關(guān)系。所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要的額定風(fēng)量降低時(shí)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方式調(diào)節(jié)，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(jī)的運(yùn)行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

　　當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由N1下降到N2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)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(jié)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的實(shí)際應(yīng)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(dá)到1000℃，與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量的含氧化鐵的棕紅色煙塵，對(duì)空氣造成污染。利用除塵風(fēng)機(jī)對(duì)氧化鐵回收，既可以避免污染，又可以二次利用。凌鋼煉鐵廠出鐵場(chǎng)風(fēng)機(jī)組同時(shí)為兩座高爐出鐵場(chǎng)除塵，工作負(fù)荷經(jīng)常變化，每天調(diào)整負(fù)荷次數(shù)在40次以上，如果直接起動(dòng)，系統(tǒng)電壓將被拉低50-100V。利用變頻器根據(jù)高爐實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，既保證和改善了工藝，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。出鐵時(shí)，變頻器高速運(yùn)行，高速定為50Hz（可調(diào)）;不出鐵時(shí)，變頻器低速運(yùn)行，低速定為20Hz（可調(diào)）。不用停機(jī)，保證了高爐生產(chǎn)的連續(xù)性。為高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保證。

　　2、起動(dòng)過程

　　采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓頻率從0Hz逐漸上升至設(shè)定頻率，電壓也隨之逐漸升高，電機(jī)啟動(dòng)電流始終小于額定電流，并且電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間可以調(diào)整為5s～1600s，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)和變壓器無大的沖擊，電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓基本不發(fā)生變化，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效地延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

　　3、運(yùn)行調(diào)整

　　以往，煉鐵廠除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，根據(jù)所需負(fù)荷的變化，風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)要靠調(diào)整風(fēng)門開度來完成，一次風(fēng)量的改變通常要反復(fù)調(diào)節(jié)多次才能完成。變頻改造后，高壓變頻裝置與PLC通過RS485接口通訊，電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變只要通過微機(jī)設(shè)定即可，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，風(fēng)量調(diào)節(jié)更平穩(wěn)、精確。

　　4、節(jié)能效果

　　1#、2#高爐出鐵時(shí)間不同，但依然有一定規(guī)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(jī)電機(jī)額定功率為630kW，額定電流為70A，出鐵時(shí)電壓頻率設(shè)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(yùn)行，電流約為27A，與未安裝高壓變頻的電動(dòng)機(jī)比較，年節(jié)電70萬kW.h，經(jīng)濟(jì)效益為30余萬元，達(dá)到了預(yù)期效果。