變頻與傳動——高壓變頻器原理及應用

　　（14）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.應用實例：IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器在 煉鐵廠沖渣泵上的應用

　　5.1 應用概況

　　永峰鋼廠是萊鋼集團公司的一個主要生產(chǎn)廠，負責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，在此時間內要求水沖渣系統(tǒng)的水泵滿負荷工作，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節(jié)閥門在30%來調節(jié)水流量(此時電機電流25A)，耗電功率214kW，一方面導致大量的節(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)電機的轉速調節(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管)的導通和關斷，使輸出頻率連續(xù)可調。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，即負荷大時轉速大， 輸出功率大，負荷小時轉速小，輸出功率也小。

　　由流體力學：：Q′=Q(n′/n) 、H′=H(n′/n)2 、P′=P(n′/n)3 可知: 當泵機低于額定轉速時節(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)過反復多種測試各運行參數(shù)一直正常，變頻器質量性能良好，安全可靠，各項指標均達到了設計要求.

　　(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標準。

　　(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，功能設置和調整簡單方便。

　　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 結論

　　通過對沖渣泵系統(tǒng)的變頻調速的技術改造，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、技術先進，說明國內自主開發(fā)的高壓變頻器在技術上已經(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，為高壓變頻調速技術在廠內其它工序的技術改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領域具有極大的推廣價值。