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1、高压变频器在高炉除尘风机上的应用与理论 align=center图1：三种高压变频器框图/align无论何类变频器，判定其优劣，首先要看其输出沟通电压的谐波对电机的影响;其次要看对电网的谐波污染和输入功率因数;再次要看其本身的能量损耗即效率怎样。无论何类型的高压变频器在特定的工艺要求下，其节能的上风都是很明显的。在以往的大功率电机的节能调速，一般采用以下几种方式：星/角接启动器、自耦降压启动、配套电容补赏器，进步功率因数终端电压、配套电磁调速器合适于无级调速，减少启动时机械冲击等。以上几种节能调速，节能效果均不明显，并且调速范围窄，转速不稳定、电机的效率低，损耗大、经常出现故障，不能知足连续消
2、费的需要、调节精度低，响应慢等。高压变频器以节能为目的典型应用是风机调速、泵类调速，为了保证消费的可靠性，各种消费机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的充裕量。当电机不能在满负荷下运行时，除到达动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或者出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流经过中。当使用变频调速时，假如流量要求减小，通过降低泵或者风机的转速即可知足要求由流体力学可知，P功率=Q流量H压力，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，
3、假如水泵或者风机的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，进而到达节电的目的，同时又可进步系统可靠性及稳定性。3.案例剖析如今已2006年河南济钢6#高炉出铁场除尘风机采用的北京利德华福电气技术有限公司消费的高压变频器为例，从工艺、变频器构造、节能原理以及节能效果进展具体的分析介绍。3.1工艺高炉在消费经过中，出铁场产生大量的烟囱，污染环境，根据国家
4、法规，需要除尘处理。除尘风机是一个间隙性的工作制度，即高炉出铁时使用，不出铁时不用，使用率大约在60%左右。图2为高炉炼铁出铁场工艺周期。align=center图2：高炉炼铁出铁场工艺周期/align图2中：A到B、E到F为高炉冶炼时间，B到C、F到G为升速时间，可以调节，C到D、G到H为高炉出铁时间，D到E、H到I为减速时间，可以调节。每次高炉出铁时间约50分钟，为高速段，定为45Hz,可以调节;高炉冶炼时间约30分钟，为低速段，定为5Hz,可以调节。3.2方案选择根据以上工艺要求，又由于除尘风机所配电机为高压电机，不允许频繁启停。假如风机长期采用工频运行，通过调节风门的出口挡板调节风量来
5、知足消费工艺要求，大量电能白白浪费在阀门上。假如采用液力耦合器调速，那么由以往经历可知，液力耦合器存在以下主要缺点：1调速范围有限，为5095%，转速不稳定，高速段减小了设备的出力才能，低速段影响节能效益的发挥;2调速越低时效率越低，低速时发热厉害;3调速精度低，线性度差，响应慢，不大适应自动控制要求;4电机固然可以不带载启动，但仍然有5倍左右的冲击电流，影响电网稳定;5必须串入电机和机械的连接轴中，不合适于设备改造;液力耦合器故障时，没有工频旁路系统，负载机械将无法运转，必须停机检修;6漏油严重，对环境污染大;可靠性差，维修难度大，严重浪费人力及影响消费。经过以上的分析，既要知足工艺要求，又
6、要到达调速节能的目的，采用高压变频器对电机进展拖动控制最为理想。方案定为一拖一方案，如图3所示。变频器选用专业制造高压变频的北京利德华福电气技术有限公司消费的HARSVERT-A系列高压变频器。align=center图3：高压变频器一拖一方案/align3.3HARSVERT-A系列高压变频器根本构造原理HARSVERT-A系列高压变频器为交直交电压源型变频器，采用直接“高-高变换形式，为单元串联多电平拓扑构造，主体构造由多组功率模块串联而成，进而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，输入电流谐波畸变小于4%，电网输入电压谐波畸变小于2%，直接知足IEEE519-1992的
7、谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好，输出电流谐波畸变小于2%，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，变频器每个系统共有21个功率单元，每7个功率单元串连构成一相，其系统构造如图4所示。其中1为高压开关;2为干式移相隔离变压器;3为电动机;4为功率单元;5为主控箱;6为人机接口;7为可编程控制器;8为电流霍尔;9为电压检测。align=center图4：HARSVERT-A系列高压变频器系统构造/align3.4变频调速节能原理1变频调速的方法沟通异步电动机的输
8、出转速由下式确定：n=60f1S/p式中：n-电动机的输出转速;f-输入的电源频率;S-电动机的转差率;p-电机的极对数。由公式可知，变频调速就是通过改变输入到沟通电机的电源频率，进而到达调节沟通电动机的输出转速的目的。变频调速系统是从电网直接接收工频50Hz的沟通电，经过交-直-交变频方式，将输入的工频沟通电变换成为频率和幅值都可调节的沟通电直接输出到沟通电动机，实现沟通电动机的变速运行。2变频调速的节能原理除尘风机作为一种根本的风机类负载的工作特性如图5所示。align=center图5：除尘风机的工作特性/align曲线为负载按转速Nsub1/sub工作时的特性曲线，曲线为负载按转速Ns
9、ub2/sub工作时的特性曲线，为管网的阻力曲线。在第一种负载工况下，负载工作在A点，流量为Qsub1/sub，压力为H1。假如负载仍然按Nsub1/sub速度定速运行，用挡板将流量调节为Qsub2/sub时，压力将上升到Hsub3/sub，负载工作点移到B点。由于挡板的截流作用，管网阻力曲线由变为。在A、B两点，负载功率分别为PsubA/sub=Hsub1/subQsub1/sub，PsubB/sub=Hsub3/subQsub2/sub，固然Qsub2/subHsub1/sub，实际减小的功率有限。假如不采用挡板调节，这时管网阻力特性保持曲线不变，改用调节负载速度来减小流量，负载改按速度N
10、2运行，工作特性为曲线，负载工作在C点，流量仍然为Qsub2/sub，但压力为Hsub2/sub。相比B、C两点，负载减少的轴功率为：P=PsubB/sub-PsubC/sub=Hsub3/subHsub2/subQsub2/sub在风道阻力特性不变的情况下，离心式风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间知足如下关系相似定理：QN，HNsup2/sup,PNsup3/sup所以有：就是讲，通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，在不考虑到效率的情况下，风机轴功率将下降87.5%。这也是为什么变频调速在风机应用上节能特别显著的原因。另外，工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很
11、大，估算其启动一次的损耗:Ws=0.5Jwo&supsup2/sup;1+r1/r2Tsubm/sub/Tsubm/sub-TsubL/sub，风机类负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线局部相似，可以Tsubm/sub/Tsubm/sub-TsubL/sub=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述Ws特别之一，那么每年的起动节能也是很可观的。当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近l,工作电流比电机额定电流值要低很多,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。3.5.运行效果分析6#高炉出铁场除尘风机电机参数：额定功率710kW，额定
12、电压6000V，额定电流89A，功率因数0.816，额定转速740r/min.目前带变频器时运行实际输入值为：电机高速时45Hz电流为5055A左右，电机低速时5Hz电流为1.36A。根据公式：变频器出入电压U1变频器输入电流I1变频器本身功率因数=变频器输出电压U2工频电流I2电机功率因数，以上实际运行工频电流为：电机高速时59-65A，电机低速时为18A。电机高速时，输入电流55A，输入电压6450V，转速740r/min，电机低速时，输入电流1.3A，输入电压540V，转速76r/min。实际不用变频器时工频电流为65A，这可能与变频器读数显示不准有关，现仅以变频器显示数据为根据进展节能
13、核算。炼铁出铁时间与不出铁时间按60%对40%考虑。每年按8000小时考虑。电机工频状态下，每年耗电量为UeIcos=1.7326.450650.816=592.5kWh每度电按0.5元算，592.580000.5=2370124元。电机带变频时：转速与频率成正比，功率与转速关系为P/Psube/sub=n/nsube/subsup3/sup，所以电机高速时：P=Psube/subn/nsube/subsup3/sup/0.96=739.5kWh，电费为：739.5800060%0.5=1774800元，电机低速时：P=Psube/subn/nsube/sub3/0.96=0.74KW/h，电
14、费为：0.74800040%0.5=1184元。一年省去电费为：2370124-1774800-1184=594140元，节省比例为：594140/2370124=0.25，耗电节省为25%，1年半能收回本钱。3.6应用高压变频调速系统产生的其他效果1维护量减少采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低电机的转速。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了很多零部件的寿命;同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。2工作强度降低由于调速系统在运转设备与备用设备之间
15、实现计算机联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操纵工作由手动转变为监控，完全实现消费的无人操纵，大大降低了劳动强度，进步了消费效率，为优化运营提供了可靠保证。3减少了对电网的冲击采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。4完毕语高压变频调速系统是直接串联于高压电源与高压电机之间的变频调速设备，以其平安、良好的运行性能正快速的替换其它调速产品，全面的进入到各个行业的节能工程中。利用高压变频调速技术的目的是改变设备的运行速度，以实现调节现场工况，大大进步了系统的自动化程度，既知足了消费要求，又到达了节约电能，同时使维护量大大降低，为企业带来可观的效益。在电机系统的节能中，高压变频器以其节能的力度，起着重要的作用。