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     一、引言

   冶金工業(yè)是國民經濟生產中的能源消耗大戶，已被列為國家節(jié)約資源的重點領域之一。在國務院提出加快建設節(jié)約型社會的政策環(huán)境下，提高冶金行業(yè)的節(jié)能技術和應用水平，建立節(jié)約型冶金工業(yè)體系意義重大。在當前國內外能源供需矛盾突出的情況下，冶金生產企業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經濟效益和最高的勞動生產率。
 
   在冶金的生產中，風機大馬拉小車現象嚴重，同時由于工況、產量的變化，系統(tǒng)所需求的風量也隨之變化。大部分風機采用傳統(tǒng)做法，即調節(jié)進、出風口擋板開度大小來實現風量調節(jié)，而該方法是以增加風阻、犧牲風機的效率來達到要求的，損耗嚴重。風機電動機如果利用變頻調速技術改變設備的運行速度，以調節(jié)風量的大小，可以既滿足生產要求，又達到節(jié)約電能，同時減少因調節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經常停機檢修所造成的經濟損失。在冶金行業(yè)中電動機負載電耗就占成本近30％，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，目前，行業(yè)普遍認為高壓風機電動機的變頻調速改造是降耗增效的主要措施。

    二、項目介紹

   2.1項目簡介

   某鋼鐵公司二期燒結有兩條240㎡燒結機生產線，有四臺燒結主抽風機。有四臺燒結主抽風機，電機都是4800KW的同步機。燒結主抽風機是燒結生產的主要設備，擔負著燒結燃燒過程中持續(xù)送風功能，并產生負壓，使燒結混勻礦在臺車中至上而下充分燃燒，從而形成燒結礦。由于受燒結生產中諸多因素（料層厚度、設備漏風等）的影響，在生產過程中常常需要根據燒結機的實際情況不斷調整主抽風機的風量、負壓等風系統(tǒng)參數，使之滿足燒結生產。原來為滿足不同的進料量和工藝指標，要靠調節(jié)風門擋板開度調節(jié)風量。采用此方法調節(jié)精度低，能耗高，啟動沖擊大。用戶經過多方調研，將這4臺燒結主抽風機改造為用高壓變頻調速系統(tǒng)進行調速，節(jié)能效果非常顯著，調節(jié)風量方便，精度高，啟動平滑無沖擊，用戶非常認可。

   2.2電機參數：

                  

                

   2.3運行工況： 傳統(tǒng)形式的燒結主抽風系統(tǒng)為，主抽風機電機始終工作在工頻電網下，對燒結生產中的風量、負壓的調節(jié)僅通過改變風機擋板開度來實現，此種方式已沿用多年，并逐漸暴露出了其內在的不足：

    1、對風機擋板控制相對粗略，無法較準確地調整風機的風量等系統(tǒng)參數。

    2、風機始終工作在工頻狀態(tài)，無節(jié)能效果，提高了燒結礦成本。

    3、風機功率巨大，配套軟啟動器無法完全解決電機啟動時對電網的沖擊，且連續(xù)啟動次數僅局限在3次以下。

    采用高壓變頻器之后，對于燒結風系統(tǒng)參數的調節(jié)，完全可以通過調整主抽電機轉速來完成，并能實時修改電動機的轉速，非常平滑地實現燒結生產中風、負壓的調節(jié)功能。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)勢在于：

    1、風機擋板可開至100%，生產中僅需調節(jié)風機轉速即可滿足燒結生產所需系統(tǒng)參數，滿足生產。

    2、由于設計風機時均考慮了功率的富裕量，故在實際生產中，風機僅工作在工頻以下便能滿足生產，從而節(jié)省大量電能，降低燒結礦噸耗成本。

   3、高壓變頻啟動風機電機，對電網無沖擊，啟動曲線平滑，延長電機壽命，在啟動條件允許的情況下，重復啟動次數不受任何限制。

   三、利德華福高壓變頻器原理及主要功能

    3.1原理簡介：HARSVERT-s系列高壓變頻調速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術，屬“高-高”電壓源型變頻器，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出，它對電網諧波污染小，總諧波畸變小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用于普通的同步電機， 10kV每個系統(tǒng)共有24個功率單元，每8個功率單元串連構成一相，其系統(tǒng)結構如圖1所示。
    
             
                              圖1：高壓變頻器系統(tǒng)結構

   逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯開一定電角度，實現多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt 很小。功率單元采用相對較低的開關頻率，以降低開關損耗，提高效率，變頻器額定效率可達98%，考慮輸入變壓器后的總體效率仍在97%以上

   3.2高壓變頻調速系統(tǒng)和用戶勵磁柜的協(xié)調控制

   a、高壓變頻調速系統(tǒng)提供給勵磁系統(tǒng)的開關量輸出3路：

   ■勵磁啟動/停止指令：表示勵磁系統(tǒng)在接受到此信號后，以當前設定的勵磁電壓、勵磁電流、工作方式立即投入運行，無此信號時勵磁系統(tǒng)應處于停止狀態(tài)，此信號為連續(xù)信號。

   ■ 增加勵磁信號：表示勵磁系統(tǒng)接受到此信號后，以一定的斜率增大勵磁電壓或勵磁電流，此信號為脈沖信號。

   ■ 減少勵磁信號：表示勵磁系統(tǒng)接受到此信號后，以一定的斜率減少勵磁電壓或勵磁電流，此信號為脈沖信號。

   以上所有數字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為AC220V、3A/DC24V，1A。

   b、高壓變頻調速系統(tǒng)提供給勵磁系統(tǒng)的模擬量1路：

   ■變頻運行功率因數（需要在勵磁系統(tǒng)柜體上安裝一塊數字顯示的儀表, 顯示范圍可設定）。

   變頻器提供1路4～20mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負載能力均為250Ω。

   c、勵磁系統(tǒng)提供給高壓變頻調速系統(tǒng)的開關量輸出3路：

   ■勵磁系統(tǒng)就緒：表示勵磁系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，收到啟動信號后即可立即投入運行，此信號為連續(xù)信號。

   ■勵磁系統(tǒng)運行/停止：0表示勵磁系統(tǒng)處于停止狀態(tài)，1表示勵磁系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，此信號為連續(xù)信號。

   ■ 勵磁系統(tǒng)故障：表示勵磁系統(tǒng)有故障，處于停止狀態(tài)時不能啟動，處于運行狀態(tài)時需要立即停機，此信號為連續(xù)信號。

   經過上面的于勵磁系統(tǒng)的改造后，變頻器可以根據電機運行的實際功率因數自動調節(jié)勵磁電流。原來勵磁系統(tǒng)的自動調節(jié)功能取消，勵磁系統(tǒng)根據變頻調速系統(tǒng)的增勵磁信號和減勵磁信號來做相應的調整即可。因此用戶調節(jié)風量時，只要調節(jié)變頻調速系統(tǒng)的運行頻率即可，變頻調速系統(tǒng)會自動調節(jié)勵磁電流。此種方法簡單可靠，操作方便，應用效果良好。

   3.3上位機控制：上位機控制系統(tǒng)，采用RS485通訊。可靠性高，不受現場復雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠，運行穩(wěn)定，得到用戶的好評。操作員可以在上位機上時刻監(jiān)視變頻運行情況，并可在上位機進行啟動、停機、復位、調頻等操作。此系統(tǒng)操作簡單，中文界面，人機會話功能實用可靠。
   
                  

   四、現場應用效果

   （1）變頻器采用觸摸式人機界面，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)。可以查看輸出電壓及輸出電流波形，及時掌握運行情況。

   （2）精確的頻率分辨率和調速精度，完全可以滿足生產工藝工況的需要。

   （3）采用自主研發(fā)的上位機控制系統(tǒng)，可靠性高，不受現場復雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠，運行穩(wěn)定，得到用戶的好評。

   （4）具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。由于變頻調速系統(tǒng)設置的保護值較小，所以用戶對其電機的保護非常放心。

   （5）電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機的額定電流；電機啟動的時間連續(xù)可調，減少了對電網的影響。

   （7）減少配件損耗，提高勞動生產效率。

   （8）系統(tǒng)效率得到提高，消除了風門擋板的損失，取得節(jié)能效果。

   （9）由于風機采用轉速調節(jié)后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。

    五、結論

   變頻調速系統(tǒng)在主抽風機上的應用，又一次證明了高壓風機電動機的變頻調速是降耗增效的主要措施。對冶金行業(yè)燒結主抽風機進行高壓變頻調速節(jié)能改造，將使企業(yè)改善工藝，提高調速精度，使生產線設備利用率得到保證，降低設備運行與維護費用，延長電機等設備使用壽命，獲得顯著的經濟效益。