一、引言

冶金工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，已被列為國(guó)家節(jié)約資源的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在國(guó)務(wù)院提出加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的政策環(huán)境下，提高冶金行業(yè)的節(jié)能技術(shù)和應(yīng)用水平，建立節(jié)約型冶金工業(yè)體系意義重大。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，冶金生產(chǎn)企業(yè)必須通過(guò)各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

在冶金的生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化。大部分風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)做法，即調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口擋板開度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機(jī)的效率來(lái)達(dá)到要求的，損耗嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)如果利用變頻調(diào)速技術(shù)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，可以既滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時(shí)減少因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失。在冶金行業(yè)中電動(dòng)機(jī)負(fù)載電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，目前，行業(yè)普遍認(rèn)為高壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速改造是降耗增效的主要措施。

二、項(xiàng)目介紹

2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某鋼鐵公司二期燒結(jié)有兩條240㎡燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)線，有四臺(tái)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)。有四臺(tái)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)，電機(jī)都是4800KW的同步機(jī)。燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著燒結(jié)燃燒過(guò)程中持續(xù)送風(fēng)功能，并產(chǎn)生負(fù)壓，使燒結(jié)混勻礦在臺(tái)車中至上而下充分燃燒，從而形成燒結(jié)礦。由于受燒結(jié)生產(chǎn)中諸多因素（料層厚度、設(shè)備漏風(fēng)等）的影響，在生產(chǎn)過(guò)程中常常需要根據(jù)燒結(jié)機(jī)的實(shí)際情況不斷調(diào)整主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、負(fù)壓等風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，使之滿足燒結(jié)生產(chǎn)。原來(lái)為滿足不同的進(jìn)料量和工藝指標(biāo)，要靠調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板開度調(diào)節(jié)風(fēng)量。采用此方法調(diào)節(jié)精度低，能耗高，啟動(dòng)沖擊大。用戶經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，將這4臺(tái)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)改造為用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，節(jié)能效果非常顯著，調(diào)節(jié)風(fēng)量方便，精度高，啟動(dòng)平滑無(wú)沖擊，用戶非常認(rèn)可。

2.2電機(jī)參數(shù)：

2.3運(yùn)行工況： 傳統(tǒng)形式的燒結(jié)主抽風(fēng)系統(tǒng)為，主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)始終工作在工頻電網(wǎng)下，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)中的風(fēng)量、負(fù)壓的調(diào)節(jié)僅通過(guò)改變風(fēng)機(jī)擋板開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，此種方式已沿用多年，并逐漸暴露出了其內(nèi)在的不足：

1、對(duì)風(fēng)機(jī)擋板控制相對(duì)粗略，無(wú)法較準(zhǔn)確地調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等系統(tǒng)參數(shù)。

2、風(fēng)機(jī)始終工作在工頻狀態(tài)，無(wú)節(jié)能效果，提高了燒結(jié)礦成本。

3、風(fēng)機(jī)功率巨大，配套軟啟動(dòng)器無(wú)法完全解決電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，且連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)僅局限在3次以下。

采用高壓變頻器之后，對(duì)于燒結(jié)風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，完全可以通過(guò)調(diào)整主抽電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)完成，并能實(shí)時(shí)修改電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，非常平滑地實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)中風(fēng)、負(fù)壓的調(diào)節(jié)功能。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)勢(shì)在于：

1、風(fēng)機(jī)擋板可開至100%，生產(chǎn)中僅需調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速即可滿足燒結(jié)生產(chǎn)所需系統(tǒng)參數(shù)，滿足生產(chǎn)。

2、由于設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時(shí)均考慮了功率的富裕量，故在實(shí)際生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)僅工作在工頻以下便能滿足生產(chǎn)，從而節(jié)省大量電能，降低燒結(jié)礦噸耗成本。

3、高壓變頻啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，啟動(dòng)曲線平滑，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，在啟動(dòng)條件允許的情況下，重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)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(jiǎn)介：HARSVERT-s系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬“高-高”電壓源型變頻器，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對(duì)電網(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(jī)， 10kV每個(gè)系統(tǒng)共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，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(cuò)開一定電角度，實(shí)現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個(gè)電平臺(tái)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(duì)較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗，提高效率，變頻器額定效率可達(dá)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(diào)速系統(tǒng)和用戶勵(lì)磁柜的協(xié)調(diào)控制

a、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)提供給勵(lì)磁系統(tǒng)的開關(guān)量輸出3路：

■勵(lì)磁啟動(dòng)/停止指令：表示勵(lì)磁系統(tǒng)在接受到此信號(hào)后，以當(dāng)前設(shè)定的勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、工作方式立即投入運(yùn)行，無(wú)此信號(hào)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)處于停止?fàn)顟B(tài)，此信號(hào)為連續(xù)信號(hào)。

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

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

以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC220V、3A/DC24V，1A。

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

■變頻運(yùn)行功率因數(shù)（需要在勵(lì)磁系統(tǒng)柜體上安裝一塊數(shù)字顯示的儀表, 顯示范圍可設(shè)定）。

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

c、勵(lì)磁系統(tǒng)提供給高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)量輸出3路：

■勵(lì)磁系統(tǒng)就緒：表示勵(lì)磁系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，收到啟動(dòng)信號(hào)后即可立即投入運(yùn)行，此信號(hào)為連續(xù)信號(hào)。

■勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行/停止：0表示勵(lì)磁系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)，1表示勵(lì)磁系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，此信號(hào)為連續(xù)信號(hào)。

■ 勵(lì)磁系統(tǒng)故障：表示勵(lì)磁系統(tǒng)有故障，處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)不能啟動(dòng)，處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)需要立即停機(jī)，此信號(hào)為連續(xù)信號(hào)。

經(jīng)過(guò)上面的于勵(lì)磁系統(tǒng)的改造后，變頻器可以根據(jù)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際功率因數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。原來(lái)勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能取消，勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)變頻調(diào)速系統(tǒng)的增勵(lì)磁信號(hào)和減勵(lì)磁信號(hào)來(lái)做相應(yīng)的調(diào)整即可。因此用戶調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，只要調(diào)節(jié)變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行頻率即可，變頻調(diào)速系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。此種方法簡(jiǎn)單可靠，操作方便，應(yīng)用效果良好。

3.3上位機(jī)控制：上位機(jī)控制系統(tǒng)，采用RS485通訊?？煽啃愿?，不受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠(yuǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，得到用戶的好評(píng)。操作員可以在上位機(jī)上時(shí)刻監(jiān)視變頻運(yùn)行情況，并可在上位機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、復(fù)位、調(diào)頻等操作。此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，中文界面，人機(jī)會(huì)話功能實(shí)用可靠。

四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

（1）變頻器采用觸摸式人機(jī)界面，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)?？梢圆榭摧敵鲭妷杭拜敵鲭娏鞑ㄐ?，及時(shí)掌握運(yùn)行情況。

（2）精確的頻率分辨率和調(diào)速精度，完全可以滿足生產(chǎn)工藝工況的需要。

（3）采用自主研發(fā)的上位機(jī)控制系統(tǒng)，可靠性高，不受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境的干擾，傳輸距離遠(yuǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，得到用戶的好評(píng)。

（4）具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)安全可靠。由于變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)置的保護(hù)值較小，所以用戶對(duì)其電機(jī)的保護(hù)非常放心。

（5）電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)的影響。

（7）減少配件損耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

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

（9）由于風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設(shè)備工況得到改善，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

五、結(jié)論

變頻調(diào)速系統(tǒng)在主抽風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，又一次證明了高壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是降耗增效的主要措施。對(duì)冶金行業(yè)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造，將使企業(yè)改善工藝，提高調(diào)速精度，使生產(chǎn)線設(shè)備利用率得到保證，降低設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)電機(jī)等設(shè)備使用壽命，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。