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　　前言

　　遼寧省凌源鋼鐵公司以往風機出力調整采用風門調節，用風門調整存在調整時間長、管網波動較大 缺點，而且電能損失很大，特別是低負荷時損失更大。同時異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的4～7倍，對電網形成沖擊，凌鋼電網負載率較高，電網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機的使用壽命。凌鋼煉鐵廠出鐵場除塵采用了北京合康億盛科技有限公司生產的高壓變頻裝置，實現了高壓電動機的變頻調速，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，主電路開關元件為IGBT。本裝置采用了功率單元串聯疊波升壓技術,可以用較低電壓的成熟器件實現高電壓輸出，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，每相5個串聯，相輸出Y接，中性點懸浮，得到驅動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

　　由于采用多個功率單元串聯，得到多個電壓等級，每個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。當某個單元發生故障而不能繼續工作時，該單元及其另外兩相相應位置上的單元將自動旁路，退出運行，每相由四個單元工作，變頻器輸出性能不變，使得電機在某個單元發生故障時依然可以穩定運行。

圖2 功率單元原理圖

　　二、變頻調速節能原理

　　從流體力學的原理得知，使用鼠籠型感應電機驅動的風機，軸功率P與風量Q，風壓H的關系為：

　　P∝Q×H

　　當風機轉速從N1變化到N2時，在空氣密度相同的情況下，功率P、風量Q、風壓H與轉速關系為：

　　Q2=Q1×N2/N1

　　H2=H1×（N2/N1）2

　　P2=P1×（N2/N1）3

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

　　當所需風量從Q1減小到Q2時，如果采用調節閥門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調速控制方式，風機轉速由N1下降到N2，其管網特性并不發生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率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的實際應用情況

　　1、工況

　　高爐生產為周期性間斷出鐵，高爐在出鐵時鐵水溫度可以達到1000℃，與空氣中氧氣發生反應，產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。凌鋼煉鐵廠出鐵場風機組同時為兩座高爐出鐵場除塵，工作負荷經常變化，每天調整負荷次數在40次以上，如果直接起動，系統電壓將被拉低50-100V。利用變頻器根據高爐實際需要對除塵風機進行變頻調速控制，既保證和改善了工藝，又達到了節能降耗的目的。出鐵時，變頻器高速運行，高速定為50Hz（可調）;不出鐵時，變頻器低速運行，低速定為20Hz（可調）。不用停機，保證了高爐生產的連續性。為高爐安全可靠生產提供了強有力的保證。

　　2、起動過程

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

　　3、運行調整

　　以往，煉鐵廠除塵風機在運行過程中，根據所需負荷的變化，風量和風壓的調節要靠調整風門開度來完成，一次風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RS485接口通訊，電機轉速的改變只要通過微機設定即可，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，風量調節更平穩、精確。

　　4、節能效果

　　1#、2#高爐出鐵時間不同，但依然有一定規律，生產周期大約為1.5小時，出鐵時間為1小時，間隔約為30分鐘，除塵風機電機額定功率為630kW，額定電流為70A，出鐵時電壓頻率設定為45Hz，電流因空氣密度、除塵器工作狀態影響，每次高頻時有所變化，在48A-53A之間，不出鐵時在20Hz低速運行，電流約為27A，與未安裝高壓變頻的電動機比較，年節電70萬kW.h，經濟效益為30余萬元，達到了預期效果。