變頻與傳動(dòng)高壓變頻器原理及應(yīng)用

（6）系統(tǒng)的 整流單元、逆變單元設(shè)計(jì)，選用組合模塊化積木結(jié)構(gòu)，整機(jī)占地面積小、重量輕，便于安裝、維護(hù);

（7）裝置可在本機(jī)上操作，也可實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇;

（8）系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)通訊接口RS232或RS422、RS485，可方便 的與用戶(hù)DCS系統(tǒng)或工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個(gè)系統(tǒng)的工作站，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工控系統(tǒng)的全閉環(huán)監(jiān)控，從而獲得更加完善的、可靠自動(dòng)化運(yùn)行;

（10）具備全面的故障監(jiān)測(cè)、可靠的故障報(bào)警保護(hù)功能;

（11）輸入功率因數(shù)高，輸出電壓諧波 含量小，無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波抑制器;

（12）輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波形，對(duì)電纜和電動(dòng)機(jī)的絕緣無(wú)損害，減輕電動(dòng)機(jī)的軸承和葉片 等機(jī)械部分震動(dòng)和磨損，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，輸出至電動(dòng)機(jī)的線纜長(zhǎng)度可達(dá)20km;

（13）采用獨(dú)特的抗共模電壓技術(shù)，使系統(tǒng)*模電壓≤1000V，無(wú)需再提高電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)，無(wú)需專(zhuān)用電機(jī);

（14）易于實(shí)現(xiàn)能量回饋和四象限運(yùn)行;并可直接引出直流 進(jìn)行直流輸電;

（15）對(duì)用戶(hù)的高壓異步電動(dòng)機(jī)無(wú)任何特殊要求。不但適用于新舊異步電動(dòng)機(jī)，也適用于同步電動(dòng)機(jī)。

5.應(yīng)用實(shí)例：IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器在 煉鐵廠沖渣泵上的應(yīng)用

5.1 應(yīng)用概況

永峰鋼廠是萊鋼集團(tuán)公司的一個(gè)主要生產(chǎn)廠，負(fù)責(zé)公司所需鐵水和鐵塊冶煉。高爐冶煉鐵水過(guò)程中產(chǎn)生大量的熔渣，通常是用大流量的中壓水將其降溫并 沖散，同時(shí)輸送到水渣池回收，作為煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品。高爐生產(chǎn)是不間斷的，一般情況下每天出鐵15次，在高爐出鐵前、后各放一次渣，兩次出渣時(shí)間約 30min，在此時(shí)間內(nèi)要求水沖渣系統(tǒng)的水泵滿(mǎn)負(fù)荷工作，其余時(shí)間水泵只需保持約30%水流量防止管道堵塞即可。4#-高爐使用ZGB-300型沖渣泵，原系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)前管道進(jìn)出水閥門(mén)關(guān)閉，起動(dòng)后閥門(mén)開(kāi)度約90%，機(jī)組全速運(yùn)行，電網(wǎng)電壓6300V，電機(jī)運(yùn)行電流33A，功率因數(shù)81.6%，耗電功率294kW。不需沖渣水時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)在30%來(lái)調(diào)節(jié)水流量(此時(shí)電機(jī)電流25A)，耗電功率214kW，一方面導(dǎo)致大量的節(jié)能損失，另一方面頻繁操作閥門(mén)，致使其使用壽命大大降低，增加了停產(chǎn)更換閥門(mén)的時(shí)間，為此公司決定對(duì)4#高爐沖渣泵進(jìn)行改造。

5.2 改造方案

由電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f×(1-s)/p可知:只要改變電機(jī)的頻率f，就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，高電壓大功率變頻器通過(guò)控制IGBT(絕緣柵雙極型電力場(chǎng)效應(yīng)管)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使輸出頻率連續(xù)可調(diào)。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓、功率都將發(fā)生變化，即負(fù)荷大時(shí)轉(zhuǎn)速大， 輸出功率大，負(fù)荷小時(shí)轉(zhuǎn)速小，輸出功率也小。

由流體力學(xué)：：Q′=Q(n′/n) 、H′=H(n′/n)2 、P′=P(n′/n)3 可知: 當(dāng)泵機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)節(jié)電為：E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)

可見(jiàn)，通過(guò)變頻改造，沖渣泵流量Q、壓力H及軸功率P都將發(fā)生較大的改 變，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。根據(jù)沖渣泵的實(shí)際特性對(duì)其進(jìn)行了具體改造，沖渣泵在沖渣時(shí)工作在49.5Hz，在不沖渣時(shí)工作在25Hz，考慮 到工藝對(duì)調(diào)速精度要求不是很高，本系統(tǒng)只采用開(kāi)環(huán)控制并在高爐值班室操作，需沖渣時(shí)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個(gè)“1”的信號(hào)，電機(jī)高速運(yùn)行，不需沖渣時(shí)將此信號(hào)取消，電機(jī)低速運(yùn)行，取得了很好的節(jié)能效果。

5.3 改造后的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況

根據(jù)18個(gè)月的運(yùn)行，經(jīng)過(guò)反復(fù)多種測(cè)試各運(yùn)行參數(shù)一直正常，變頻器質(zhì)量性能良好，安全可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.

(1)諧波抑制效果良好。電壓諧波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。

(2)各種保護(hù)功能完善。過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、故障保 護(hù)等功能可靠，并且考慮了外部電網(wǎng)的防雷擊等多環(huán)節(jié)保護(hù)功能。

(3)各種指示功能完備。具有輸入、輸出電流和電壓、運(yùn)行頻率、故障顯示、運(yùn)行狀態(tài)指示等功能。

(4)操作簡(jiǎn)便。同普通的低壓變頻器的功能操作方式相似，功能設(shè)置和調(diào)整簡(jiǎn)單方便。

5.4改造效益

機(jī)組49.5Hz運(yùn)行和無(wú)變頻器運(yùn)行相比可節(jié)省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW；

機(jī)組25Hz運(yùn)行和無(wú)變頻器運(yùn)行相比可節(jié)省功率ΔP2=214kW-P25=132kW；

年節(jié)電量:ΔW= (H1ΔP1+H2ΔP2)=365(7.5×80+16.5×132)=1013970kWh；

(注:每年按365天 計(jì)H1:沖渣時(shí)間=15×30/60=7.5小時(shí);H2:不沖渣時(shí)間=24-7.5=16.5小時(shí))；

經(jīng)濟(jì)效益:ΔW電價(jià)=1013970×0.56=567823元(注:萊鋼廠工業(yè)電價(jià)0.56元/kWh)；

實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)功能，延長(zhǎng)了電機(jī)壽命，大大減少了沖渣泵故障發(fā)生率；

提高了自動(dòng)化水平，節(jié)約了大量工業(yè)用水；

由上述可知，綜合經(jīng)濟(jì)效益每年可達(dá)60多萬(wàn)元，一年即可全部收回成本。

5.5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)沖渣泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速的技術(shù)改造，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行檢驗(yàn)，證明該產(chǎn)品性能可靠、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)，說(shuō)明國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的高壓變頻器在技術(shù)上已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。由于IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器無(wú)輸入輸出變壓器、體積小、性?xún)r(jià)比高、綜合性能好等方面均超過(guò)了國(guó)內(nèi)外其它產(chǎn)品，是新一代高性能高 壓變頻產(chǎn)品的代表，為高壓變頻調(diào)速技術(shù)在廠內(nèi)其它工序的技術(shù)改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領(lǐng)域具有極大的推廣價(jià)值。