摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了ABB變頻器在除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，闡述了控制系統(tǒng)的原理及功能，并對(duì)相應(yīng)的節(jié)能原理進(jìn)行了介紹。

1、概要

轉(zhuǎn)爐煉鋼具有顯著的周期性和連續(xù)性特點(diǎn)，生產(chǎn)一爐鋼需要30-45min，其中供氧（吹煉）過程為15-20min，一半以上為非吹煉時(shí)間，此時(shí)風(fēng)機(jī)沒有必要高速運(yùn)行，如將其切換至低速節(jié)能狀態(tài)，可節(jié)省大量能源，同時(shí)減少設(shè)備損耗，對(duì)提高設(shè)備利用率也十分有益。

目前國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)多采用液力耦合器， 但由于存在轉(zhuǎn)差損耗等，節(jié)能效果不理想，且設(shè)備故障率較高。交流變頻技術(shù)不僅調(diào)速平滑，調(diào)速范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果好，對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備而言是最佳的節(jié)能手段，平均節(jié)能效果可以達(dá)到30%以上。

三鋼煉鋼廠原有15t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐三座，采用“三吹三”方式，2000年初，煉鋼廠對(duì)三座轉(zhuǎn)爐進(jìn)行擴(kuò)容改造，采用液力偶合器調(diào)速，但發(fā)現(xiàn)很多問題，液力偶合器需要經(jīng)常更換軸承，造成停產(chǎn)，無法滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要，調(diào)節(jié)時(shí)精度太低，響應(yīng)速度慢;液力偶合器故障時(shí)無法切換至工頻回路;煉鋼新上100t轉(zhuǎn)爐時(shí)決定不再使用液力偶合器調(diào)速，改用ABB中壓變頻器為新轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

2、電機(jī)參數(shù)

額定功率：630KW

額定電壓：690V

額定頻率：50HZ

額定轉(zhuǎn)速：2970轉(zhuǎn)/分

風(fēng)機(jī)參數(shù)：

主軸轉(zhuǎn)速：2974轉(zhuǎn)/分

軸功率：500KW

額定功率因素：0.89

3、ABB中壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ACS800-07變頻器主要由熔斷器單元、輔助控制單元、DSU整流單元及逆變單元組成。系統(tǒng)單線圖見圖1。

（a） 熔斷器單元主要包括進(jìn)線交流熔斷器;

（b） 輔助控制單元包括控制回路的控制元件及控制板RDCU-02C，急?？刂?，變頻的起動(dòng)、停止、復(fù)位，與外部的電路接口等部分;

（c） DSU整流單元是由一個(gè)半控橋式二極管整流供電單元1×D4模塊組成，模塊是一種尺寸，裝有輪子和插接式連接器，為落地式單元，內(nèi)置交流電抗器，直流熔斷器，主開關(guān)和可選的接觸器，具有冷卻風(fēng)機(jī)控制及電源控制，易于服務(wù)和維護(hù);

（d）逆變單元采用2×R8i的兩個(gè)逆變模塊并聯(lián)的方式，兩個(gè)模塊置于同一個(gè)柜體內(nèi)，共用一塊主控板，通過光纖分配單元把控制信號(hào)同時(shí)送至模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)變頻控制的各種功能。逆變的直流母線側(cè)安裝共模濾波器，出線配備du/dt濾波器，抑制了輸出電壓尖峰和快速電壓改變，減小了對(duì)電機(jī)的絕緣性能的影響，同時(shí)降低了電機(jī)電纜的容性漏電流，高頻輻射、高頻損耗和軸承電流。

圖1 傳動(dòng)單線接線圖

煉鋼的工藝過程以及風(fēng)機(jī)特性是我們選擇ABB中壓變頻器的主要原因。

4、控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由變頻調(diào)速器、風(fēng)機(jī)電機(jī)、和工/變頻轉(zhuǎn)換柜等組成。系統(tǒng)中的旁路開關(guān)柜用于工頻、變頻轉(zhuǎn)換,#1風(fēng)機(jī)/#2風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)換,可以選擇一臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,一臺(tái)風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行或者一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行一臺(tái)備用。一旦變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)具備主電源及控制電源的條件,系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)由兩種操作模式可供選擇：工頻運(yùn)行狀態(tài)和變頻運(yùn)行狀態(tài)。

工頻運(yùn)行狀態(tài)：若系統(tǒng)需要工頻運(yùn)行，則操作臺(tái)狀態(tài)選擇開關(guān)置于工頻位置，這時(shí)相應(yīng)的斷路器和接觸器斷開，用操作臺(tái)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的工頻運(yùn)行及停機(jī)。

變頻運(yùn)行狀態(tài)：若系統(tǒng)需要變頻運(yùn)行，則操作臺(tái)狀態(tài)選擇開關(guān)置于變頻運(yùn)行位置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻運(yùn)行與停止，變頻器頻率的高低根據(jù)壓力情況實(shí)行閉環(huán)控制（也可以組成開環(huán)調(diào)節(jié)），閉環(huán)或速度上升時(shí)間均由主機(jī)設(shè)置。

5、節(jié)能原理及效益分析

圖2 風(fēng)機(jī)的特性曲線

從風(fēng)機(jī)的工作特性來看，調(diào)速控制與風(fēng)門控制調(diào)節(jié)風(fēng)量比較，有著更高的節(jié)能效果，通過圖2風(fēng)機(jī)的特性曲線可以說明其節(jié)能原理。圖中，曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速 （n1）下的風(fēng)壓-風(fēng)量（H-Q）特性，曲線2為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門開度全開）。設(shè)工作點(diǎn)為A，輸出風(fēng)量Q1為100%，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸功率N1與Q1H1的 乘積，即和AH1OQ1所包圍的面積成正比。

根據(jù)工藝要求，風(fēng)量需從Q1降至Q2，有兩種控制方法：一是風(fēng)門控制，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)風(fēng)門（開度減?。?，即增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變?yōu)榍€3，系統(tǒng)工作點(diǎn)由A移到B。由圖1可見，風(fēng)壓反而增加，軸功率N2與面積BH2OQ2成正比，減少不多。

另一種是調(diào)速控制，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓-風(fēng)量（H-Q）特性，如曲線4，工作點(diǎn)由原來的A點(diǎn)移到 C點(diǎn)。可見在相同風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3與面積CH3OQ2成正比，顯著減少，節(jié)省的功率損耗ΔN與Q2ΔH的乘積成正比，節(jié)能 效果是十分明顯的。

由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其消耗的功率降低很多。例如，風(fēng)量下降到80%，轉(zhuǎn)速也下降到80%，軸功率將下降到額定功率的51.2%。如果風(fēng)量下降到50%，其軸功率將下降到額定功率的12.5%。考慮到附加控制裝置效率的影響，這個(gè)節(jié)電效果也是很可觀的。

6、風(fēng)機(jī)工藝分析

吹煉工藝周期 ，具體如下圖：

t1到t2：兌鐵加廢鋼時(shí)間,約60S。

t2到t3：風(fēng)機(jī)加速時(shí)間，90S，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可以更改。

t3到t4：吹氧時(shí)間，約15分鐘。

t4：風(fēng)機(jī)開始減速， 180S，可以調(diào)節(jié)。

t4到t5：倒?fàn)t測(cè)溫取樣時(shí)間，約120S。

t5到t6：出鋼時(shí)間，約120S。

t6到t7：濺渣時(shí)間，約180S。

整個(gè)吹煉工藝周期約30分鐘，高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié);低速定為20Hz,可以調(diào)節(jié)。

7、小結(jié)

除塵風(fēng)機(jī)在不吹煉時(shí)，只需要很低的轉(zhuǎn)速，根本不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用中壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻運(yùn)行，既保證和改善了工藝，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。自投入運(yùn)行以來，實(shí)現(xiàn)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。