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3  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理
    HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，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，總體諧波畸變THD小于4%，可滿足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，就可以使用普通的異步電機(jī)，其工作原理如下:
(1) 電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變結(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)每相由7個(gè)功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達(dá)3500V，線電壓達(dá)6kV左右，每個(gè)功率單元承受全部的電機(jī)電流，但只提供1/7相電壓和1/21的輸出功率。
(2) 每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。給功率單元供電的二次繞組每3個(gè)一組，分為7個(gè)不同的相位組。輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真小于1%，輸入的綜合功率因數(shù)可達(dá)0.95以上。
(3) 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)開一定的電角度，實(shí)現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波，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，功率單元采用較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗，提高效率，由于采用移相式PWM，電機(jī)電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。以6kV輸出電壓等級(jí)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，輸出相電壓均為11電平，線電壓均為21電平，輸出等效開關(guān)頻率為6kHz，電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，因此對(duì)電機(jī)沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機(jī)。6kV高壓變頻器電路原理圖如4所示。

                         圖4    6kV高壓變頻器電路原理圖

4  設(shè)備運(yùn)行情況

    2003年中我公司向北京利德華福電氣技術(shù)有限公司定購(gòu)了一臺(tái)型號(hào)為HARSVERT-A06/085的高壓變頻器，2003年6月20日變頻器開始安裝就位，6月24日調(diào)試完畢，2003年11月9日正式投入使用，筆者認(rèn)為該變頻器的安裝、調(diào)試周期都很短，總共僅有5天的時(shí)間，為750高爐按時(shí)投產(chǎn)提供了有力的保證。
同原來老高爐除塵風(fēng)機(jī)比較，引進(jìn)北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) 運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。2003年11月正式投產(chǎn)以來至今，連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行一年多，為750高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
(2) 節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
(3) 電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停運(yùn)，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，降低了電機(jī)的故障次數(shù)。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在共振點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸承磨損減少，延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機(jī)的利用率。
(4) 變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)。
(5) 變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的無(wú)縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測(cè)定，可以為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流指示。
(6) 適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，有時(shí)電網(wǎng)電壓高達(dá)6.6kV，變頻器仍能正常運(yùn)行。

5  節(jié)能分析

5.1 節(jié)能原理
當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)的相似定律，變速前后風(fēng)量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1—風(fēng)機(jī)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量、壓力、功率;
Q2、H2、P2—風(fēng)機(jī)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似工況條件下的風(fēng)量、壓力、功率。
    假如轉(zhuǎn)速降低一半，即:n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。
    當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，50Hz滿載時(shí)功率因數(shù)為0.96，工作電流比電機(jī)額定電流值要低許多，電流降為52A。由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。
(3) 節(jié)能計(jì)算
    根據(jù)變頻器的運(yùn)行記錄，統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)在一天中高低速度段的運(yùn)行時(shí)間(風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)間占40%)，全年工作時(shí)制按8600h計(jì)算,得到如下運(yùn)行數(shù)據(jù):
P高速=1.732×6×52×0.96×8600×40%=178.4
P原來=1.732×6×82.9×0.8×8600=592.7
年節(jié)電率:(P原來-P高速)÷P原來=69.8%

6  應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果

(1) 改善了工藝
    投入變頻器運(yùn)行后除塵風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了效率。
(2) 延長(zhǎng)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命
    一般除塵風(fēng)機(jī)均為離心式風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大(約6～8倍額定電流)，對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的機(jī)械沖擊力很大，嚴(yán)重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停車，對(duì)電機(jī)幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。
(3) 減少磨損
    減少閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。減少了風(fēng)機(jī)振動(dòng)和軸承磨損。延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時(shí)間。
(4) 減少了維護(hù)費(fèi)用和檢修工作量
    原除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，經(jīng)常造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的損壞，維護(hù)工作量大，檢修費(fèi)用高。自改變頻調(diào)節(jié)后保證了風(fēng)機(jī)在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。
(5) 便于實(shí)現(xiàn)除塵控制系統(tǒng)自動(dòng)化。
    除塵系統(tǒng)的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過去用擋板調(diào)節(jié)時(shí)，存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線性問題。往往由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線性問題，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在0.1～0.01Hz的高精度范圍內(nèi)工作，為實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的自動(dòng)化創(chuàng)造優(yōu)越條件。

7  結(jié)束語(yǔ)

    HARSVERT-A系列高壓變頻器在重鋼煉鐵廠750高爐除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的。該系列變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)。在各行各業(yè)，對(duì)于許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持。