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(jié)，用風門調整存在調整時間長、管網(wǎng)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(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(chǎn)的高壓變頻裝置，實現(xiàn)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(lián)疊波升壓技術,可以用較低電壓的成熟器件實現(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，每相5個串聯(lián)，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(lián)，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(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。當某個單元發(fā)生故障而不能繼續(xù)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(fā)生故障時依然可以穩(wěn)定運行。

圖2 功率單元原理圖

二、變頻調速節(jié)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(jié)風機的轉速方式調節(jié)，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(jié)能效果。

　　當所需風量從Q1減小到Q2時，如果采用調節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)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(wǎng)特性并不發(fā)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(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(jīng)常變化，每天調整負荷次數(shù)在40次以上，如果直接起動，系統(tǒng)電壓將被拉低50-100V。利用變頻器根據(jù)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(jié)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(chǎn)的連續(xù)性。為高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強有力的保證。

　　2、起動過程

　　采用變頻調節(jié)后，系統(tǒng)實現(xiàn)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(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(jù)所需負荷的變化，風量和風壓的調節(jié)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(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(chǎn)效率，風量調節(jié)更平穩(wěn)、精確。

　　4、節(jié)能效果

　　1#、2#高爐出鐵時間不同，但依然有一定規(guī)律，生產(chǎn)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(tài)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(jié)電70萬kW.h，經(jīng)濟效益為30余萬元，達到了預期效果。