變頻與傳動——高壓變頻器原理及應(yīng)用

　?。?4）易于實現(xiàn)能量回饋和四象限運行;并可直接引出直流 進行直流輸電;

　?。?5）對用戶的高壓異步電動機無任何特殊要求。不但適用于新舊異步電動機，也適用于同步電動機。

　　5.應(yīng)用實例：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公司的一個主要生產(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，兩次出渣時間約 30min，在此時間內(nèi)要求水沖渣系統(tǒng)的水泵滿負(fù)荷工作，其余時間水泵只需保持約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)運行時，起動前管道進出水閥門關(guān)閉，起動后閥門開度約90%，機組全速運行，電網(wǎng)電壓6300V，電機運行電流33A，功率因數(shù)81.6%，耗電功率294kW。不需沖渣水時通過調(diào)節(jié)閥門在30%來調(diào)節(jié)水流量(此時電機電流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，致使其使用壽命大大降低，增加了停產(chǎn)更換閥門的時間，為此公司決定對4#高爐沖渣泵進行改造。

　　5.2 改造方案

　　由電機轉(zhuǎn)速公式n=60f×(1-s)/p可知:只要改變電機的頻率f，就可以實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，高電壓大功率變頻器通過控制IGBT(絕緣柵雙極型電力場效應(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)荷大時轉(zhuǎn)速大， 輸出功率大，負(fù)荷小時轉(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)泵機低于額定轉(zhuǎn)速時節(jié)電為：E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)

　　可見，通過變頻改造，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)備運行性能。根據(jù)沖渣泵的實際特性對其進行了具體改造，沖渣泵在沖渣時工作在49.5Hz，在不沖渣時工作在25Hz，考慮 到工藝對調(diào)速精度要求不是很高，本系統(tǒng)只采用開環(huán)控制并在高爐值班室操作，需沖渣時給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個“1”的信號，電機高速運行，不需沖渣時將此信號取消，電機低速運行，取得了很好的節(jié)能效果。

　　5.3 改造后的系統(tǒng)實際運行狀況

　　根據(jù)18個月的運行，經(jīng)過反復(fù)多種測試各運行參數(shù)一直正常，變頻器質(zhì)量性能良好，安全可靠，各項指標(biāo)均達到了設(shè)計要求.

　　(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)各種保護功能完善。過流、過壓、欠壓、故障保 護等功能可靠，并且考慮了外部電網(wǎng)的防雷擊等多環(huán)節(jié)保護功能。

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

　　(4)操作簡便。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)整簡單方便。

　　5.4改造效益

　　機組49.5Hz運行和無變頻器運行相比可節(jié)省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW；

　　機組25Hz運行和無變頻器運行相比可節(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H1:沖渣時間=15×30/60=7.5小時;H2:不沖渣時間=24-7.5=16.5小時)；

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

　　實現(xiàn)電機軟起動功能，延長了電機壽命，大大減少了沖渣泵故障發(fā)生率；

　　提高了自動化水平，節(jié)約了大量工業(yè)用水；

　　由上述可知，綜合經(jīng)濟效益每年可達60多萬元，一年即可全部收回成本。

　　5.5 結(jié)論

　　通過對沖渣泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速的技術(shù)改造，經(jīng)過較長時間的運行檢驗，證明該產(chǎn)品性能可靠、功能齊全、技術(shù)先進，說明國內(nèi)自主開發(fā)的高壓變頻器在技術(shù)上已經(jīng)處于世界先進水平。由于IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器無輸入輸出變壓器、體積小、性價比高、綜合性能好等方面均超過了國內(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值。