遼寧省凌源鋼鐵公司以往風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，用風(fēng)門調(diào)整存在調(diào)整時間長、管網(wǎng)波動較大 缺點(diǎn)，而且電能損失很大，特別是低負(fù)荷時損失更大。同時異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的4～7倍，對電網(wǎng)形成沖擊，凌鋼電網(wǎng)負(fù)載率較高，電網(wǎng)抗沖擊能力相對較弱，而且強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重影響電機(jī)和風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)了高壓電動機(jī)的變頻調(diào)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(guān)元件為IGBT。本裝置采用了功率單元串聯(lián)疊波升壓技術(shù),可以用較低電壓的成熟器件實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，而且具有很高的可靠性。
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電壓疊加示意圖為：
破碎機(jī) 制砂機(jī) 球磨機(jī) 磨粉機(jī) 制砂機(jī) 破碎機(jī) 油漆 女孩 裝修知識 建材城 磨粉機(jī) 破碎機(jī) 制砂機(jī) 選礦設(shè)備 crusher cone crusher impact crusher jaw crusher mobile crusher hammer mill stone crusher rock crusher impact crusher stone crusher impact crusher raymond mill grinding machine ball mill ball mill grinding machine grinding equipment jaw crusher
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(diào)制（PWM）方式，輸出單相脈寬調(diào)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(dāng)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(yīng)位置上的單元將自動旁路，退出運(yùn)行，每相由四個單元工作，變頻器輸出性能不變，使得電機(jī)在某個單元發(fā)生故障時依然可以穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2 功率單元原理圖
二、變頻調(diào)速節(jié)能原理
從流體力學(xué)的原理得知，使用鼠籠型感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為：
P∝Q×H
當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從N1變化到N2時，在空氣密度相同的情況下，功率P、風(fēng)量Q、風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速關(guān)系為：
Q2=Q1×N2/N1
H2=H1×(N2/N1)2
P2=P1×(N2/N1)3
從流體力學(xué)的原理得知，使用鼠籠型感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為：
P∝Q×H
當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從N1變化到N2時，在空氣密度相同的情況下，功率P、風(fēng)量Q、風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速關(guān)系為：
Q2=Q1×N2/N1
H2=H1×(N2/N1)2
P2=P1×(N2/N1)3
風(fēng)量Q和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N是成正比關(guān)系，風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速平方成正比關(guān)系。所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要的額定風(fēng)量降低時，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方式調(diào)節(jié)，所需功率則呈立方下降。功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系如下圖所示，從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)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(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由N1下降到N2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。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。
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)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(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由N1下降到N2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。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。
2、起動過程
采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動，輸出到電動機(jī)的電壓頻率從0Hz逐漸上升至設(shè)定頻率，電壓也隨之逐漸升高，電機(jī)啟動電流始終小于額定電流，并且電機(jī)的起動時間可以調(diào)整為5s～1600s，啟動時間相應(yīng)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(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷，有效地延長了電機(jī)的使用壽命。
3、運(yùn)行調(diào)整
以往，煉鐵廠除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，根據(jù)所需負(fù)荷的變化，風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)要靠調(diào)整風(fēng)門開度來完成，一次風(fēng)量的改變通常要反復(fù)調(diào)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(jī)轉(zhuǎn)速的改變只要通過微機(jī)設(shè)定即可，大大降低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，風(fēng)量調(diào)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(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率為630kW，額定電流為70A，出鐵時電壓頻率設(shè)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(yùn)行，電流約為27A，與未安裝高壓變頻的電動機(jī)比較，年節(jié)電70萬kW.h
，經(jīng)濟(jì)效益為30余萬元，達(dá)到了預(yù)期效果。
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(dá)到1000℃，與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)，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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)組同時為兩座高爐出鐵場除塵，工作負(fù)荷經(jīng)常變化，每天調(diào)整負(fù)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(shí)際需要對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，既保證和改善了工藝，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。出鐵時，變頻器高速運(yùn)行，高速定為50Hz(可調(diào))；不出鐵時，變頻器低速運(yùn)行，低速定為20Hz(可調(diào))。不用停機(jī)，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(qiáng)有力的保證。
、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(diǎn)懸浮，得到驅(qū)動電機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。