摘 要：本文結(jié)合電爐生產(chǎn)的實際工況，介紹了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司研制生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器在湖北新冶鋼鐵廠4#電爐除塵風(fēng)機中的應(yīng)用。通過改造，實現(xiàn)了電爐除塵風(fēng)機的**運行，達到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高壓大功率變頻器 單元串聯(lián)多電平 節(jié)能

Abstract: The paper introduces the application of the cell cascaded high voltage inverter produced by Shandong Xin Fengguang Electronic Technology Develops Co.,Ltd, and in the No 4 electric cooker fan of Hubei Xinye Steel Factory. The reconstruction realizes high effect of the electric cooker fans, achieves the purpose retrenching energy.

Key words: High voltage high power inverter Multi-level inverter cell cascaded Energy-saving

1．引言：

　　隨著世貿(mào)組織的加入和市場經(jīng)濟的不斷加劇，節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得該項技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業(yè)。湖北新冶鋼鐵有限公司二煉鋼廠正是在這種形勢下，對電爐除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)研究改造的。

　　電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，根據(jù)不同的鋼種要求，可以接受高炭鉻鐵水，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供煉鑄用。電爐在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量煙塵，污染環(huán)境，根據(jù)國家法規(guī)，需除塵處理。電爐冶煉一般分熔化期、氧化期和還原期，其中氧化期強化脫炭，在上述三個冶煉期中，氧化期產(chǎn)生的煙氣量*大，含塵濃度和煙氣溫度*高。因此，電爐除塵系統(tǒng)按照氧化期的*大煙塵排量進行設(shè)計，吹氧時期占整個煉鋼周期的40％左右。此時風(fēng)機處于滿載運行，而其它時間風(fēng)機處于輕載工況。改造前，不論電爐處于哪一個冶煉周期中，除塵風(fēng)機均全速運行，風(fēng)量調(diào)節(jié)采用入口擋板開度調(diào)節(jié)，效率低，功耗大，大量的電能白白浪費在擋板上，急需對原電爐除塵風(fēng)機進行節(jié)能改造。

2．原系統(tǒng)工藝簡介

　　湖北新冶鋼鐵有限公司二煉鋼廠4#電爐為10t偏芯交流電爐，除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器。4#電爐的煉鋼周期為2小時20分鐘，其中裝料5~10分鐘，送電熔化40~60分鐘，吹氧50~80分鐘，出鋼3~5分鐘，在電爐不同的生產(chǎn)階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴散，不污染環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多的帶出爐體熱量，以保證煉鋼周期。而在吹氧周期，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時將煙塵排出，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸氣和少量廢氣。

　　該電爐除塵系統(tǒng)工藝流程如下圖1示：

圖1　電爐除塵系統(tǒng)工藝流程

　　通過對4#電爐冶煉工藝分析：電爐在煉鋼不同的階段對除塵風(fēng)量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉*大，加料除塵為*小，鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機的運行方式和設(shè)備特點，對除塵風(fēng)機的控制制定了改造方案。原系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如下：

2.1原系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

除塵風(fēng)機參數(shù)：

型號 CTY20-246-12

流量 380000m³/h

風(fēng)壓 37000Pa

軸轉(zhuǎn)速 730r/min

軸功率 630KW

電動機參數(shù)

型號 YKS500-8-8

額定功率 630KW

額定電壓 6000V

額定電流 76.5A

額定轉(zhuǎn)速 740r/min

額定功率因數(shù) 0.82

額定頻率 50Hz

熱變電阻柜參數(shù)

型號 HTR3-100/6

額定電壓 6000V

額定電流 90A

額定頻率 50Hz

額定功率 700KW

3．高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　湖北新冶鋼鐵有限公司經(jīng)多方考察，比較性價比，*終選定我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-800F功率單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器，對4#電爐除塵風(fēng)機進行調(diào)速改造。

3.1　風(fēng)光牌JD-BP37-800F高壓變頻器主要性能指標(biāo)：

變頻器功率 800KW

額定輸出電流 100A

輸入頻率 50Hz±5Hz

額定輸入電壓 6KV

允許電壓波動 ±20%

輸入功率因數(shù) ≥0.98

輸出頻率范圍 0~50Hz

輸出電壓范圍 0~6KV

頻率分辨率 0.01Hz

加速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

減速時間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

變頻器效率 ≥96%

過載能力 **連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S

防護等級 IP20

3.2 JD-BP37型高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)性能

3.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須**輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。

3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計，維護簡單，互換性好。

3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。

3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強弱電隔離，**可靠。

3.2.6 完善的故障檢測，**的故障保護及準(zhǔn)確的定位顯示和報警。

3.2.7 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制，適應(yīng)現(xiàn)場多變需求。

3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是**正弦波。

3.2.9 控制電源與高壓電相互獨立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現(xiàn)場調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護。

3.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。

3.2.11 功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150％負載試驗，可靠性高。

3.2.12 中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面**友好和完善，系統(tǒng)包括上位機（商用PC機）、下位機（工控機）、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行**操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運行操作、運行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機（商用PC機）放在總控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。

3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。

3.2.14 可打印輸出運行報表。

3.3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換方式，屬電壓源型，采用功率單元多電平串聯(lián)方式，以*新型西門子IGBT為主控器件，全數(shù)字化控制，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標(biāo)的**變頻調(diào)速器。它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于1%，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)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、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。

其系統(tǒng)由移相變壓器，功率單元和控制器組成。其結(jié)構(gòu)如圖2示。其工作試驗方法如下：

圖2高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

　　（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)，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)每相由6個功率單元串聯(lián)而成，每個功率單元承受**的電機電流、提供1/6相電壓和1/18的輸出功率。

　?。?）每個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，實現(xiàn)多重化，以達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個一組，分為6個不同的相位組。輸入電流波形非常接近于正弦波，總的諧波電流失真小于1%，輸入的綜合功率因數(shù)可達0.98以上。

　?。?）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開**的電角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近于正弦波，每個電平臺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**率，由于采用移相式PWM，電機電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。風(fēng)光牌JD-BP37-800F高壓變頻器，輸出相電壓均為13電平，線電壓均為25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，由諧波引起的電機發(fā)熱、噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低，因此對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機。

4．系統(tǒng)控制方案

　　湖北新冶鋼鐵有限公司二煉鋼廠4#煉鋼電爐，配套除塵風(fēng)機一臺（功率為630KW）。除塵風(fēng)機為滿足電爐不同運行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)，對除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式，分六段進行控制。變頻器運行頻率分別設(shè)定為20Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz。

　　除塵風(fēng)機電氣系統(tǒng)主回路接線圖如圖3示，為一拖一控制，設(shè)置工/變頻切換柜，以保證除塵風(fēng)機**可靠運行。

圖3 電氣系統(tǒng)主回路接線圖

DL 高壓斷路器

K11、K12、K21、K22 隔離開關(guān)

BPQ JD-BP37-800F高壓變頻器

RZ 高壓熱變電阻起動柜

M 高壓電動機

　　當(dāng)系統(tǒng)變頻運行時，斷開隔離開關(guān)K21、K22，合隔離開關(guān)K11、K12，由變頻器起停風(fēng)機，進行變頻變風(fēng)量調(diào)節(jié)；當(dāng)變頻線路檢修時，系統(tǒng)切換到工頻運行方式，斷開隔離開關(guān)K11、K12，合隔離開關(guān)K21、K22，由原系統(tǒng)高壓熱變電阻起動柜啟動風(fēng)機，入口擋板控制風(fēng)量。

　　變頻器實現(xiàn)就地/遠程調(diào)速控制。當(dāng)選擇遠程操作時，控制權(quán)交給電爐現(xiàn)場操作室；當(dāng)選擇就地時，控制權(quán)交給變頻器，可實現(xiàn)多段速調(diào)節(jié)，各種參數(shù)均可在觸摸屏上顯示，操作簡單明了。

5．現(xiàn)場運行情況

　　2004年2月，湖北新冶鋼鐵有限公司和我公司簽定高壓變頻器購貨合同，型號為JD-BP37-800F。2004年3月13日，開始安裝就位；2004年3月18日，調(diào)試完畢；2004年3月23日，正式投入運行，整個變頻器安裝調(diào)試周期都很短，為4#電爐正常生產(chǎn)提供了有利的保證。

　　高壓變頻器控制除塵風(fēng)機，與原電爐除塵風(fēng)機比較，主要有以下優(yōu)點：

（1）提高了電爐除塵風(fēng)機系統(tǒng)運行效率，實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的*佳工況運行。

（2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)電爐生產(chǎn)工藝的要求，可適時改變除塵風(fēng)量，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，提高出鋼品質(zhì)。

（3）縮短煉鋼時間，提高了出鋼產(chǎn)量。據(jù)實測，每煉鋼周期平均比以前減少了10分鐘左右，提高了生產(chǎn)效率。

（4）減少了維護工作量和維護費用，延長了設(shè)備的使用壽命。

　　原舊電爐除塵風(fēng)機在運行過程中，風(fēng)機和電機始終滿負荷運行，維護工作量大，檢修費用高。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，除塵設(shè)備隨生產(chǎn)工藝變負荷運行，大大降低了除塵設(shè)備負荷率，延長了除塵風(fēng)機、電機、除塵器等設(shè)備的使用壽命。

（5）變頻器具有多項保護功能，**完善。

　　與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更**地保護了電機。

（6）調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。

　　除塵風(fēng)機的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化，與過去擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量相比較，采用變頻拖動風(fēng)機可以在2~50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)頻率波動可保持在0.1~0.01Hz范圍內(nèi)，便于實現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。

（7） 節(jié)能效果顯著，大大降低了噸鋼電耗。

為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價，在系統(tǒng)投入正常運行一年后對設(shè)備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。隨機抽取一個正常工作日，將系??切換工頻運行采用入口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，網(wǎng)側(cè)計量耗電量，然后將系統(tǒng)切換變頻運行，，計量耗電量，具體數(shù)據(jù)如下表：

　　通過上表可以得出通過上表可以得出以下結(jié)論：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了38.49 KW·h，節(jié)電率高達48％，節(jié)能效果顯著。

６．結(jié)束語

　　總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-800F高壓大功率變頻器在湖北新冶鋼鐵有限公司二煉鋼廠4#號電爐除塵風(fēng)機上的改造是成功的，它不僅滿足了電爐除塵系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，改善了電爐炊煉工藝，節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運行可靠。鑒于風(fēng)光牌JD-BP37型高壓大功率變頻器在冶金行業(yè)的出色表現(xiàn)，同時改造的１#電爐、3#電爐、6#電爐除塵風(fēng)機系統(tǒng)，湖北新冶鋼鐵公司也采用我公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器。

參考文獻

[1]山東新風(fēng)光電子 高壓變頻器用戶使用手冊[Z]. 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

[2]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司新冶鋼高壓變頻器調(diào)試大綱。

[3]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司新冶鋼高壓變頻器驗收報告。

[4]沈才芳等編著，電弧爐煉鋼工藝與設(shè)備（第2版）．北京：冶金工業(yè)出版社，2001。

劉海鵬（1975-） 男 工程師 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司技術(shù)支持部部長

首先我們要知道不是在**情況下都能正常使用，因此用戶有必要對負載、環(huán)境要求和變頻器有更多了解。共分為七個注意的地方：

1、長期低速動轉(zhuǎn)，由于電機發(fā)熱量較高，風(fēng)扇冷卻能力降低，因此必須采用加大減速比的方式或改用6級電機，使電機運轉(zhuǎn)在較高頻率附近。

2、變頻器安裝地點必需符合標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的要求，否則易引起故障或縮短使用壽命；變頻器與驅(qū)動馬達之間的距離一般不超過50米，若需更長的距離則需降低載波頻率或增加輸出電抗器選件才能正常運轉(zhuǎn)。

3、負載類型和變頻器的選擇：所帶動的負載不一樣，對變頻器的要求也不一樣。

4、風(fēng)機和水泵是***普通的負載：對變頻器的要求***為簡單，只要變頻器容量等于電動機容量即可(空壓機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉需加大容量)。

5、起重機類負載：這類負載的特點是啟動時沖擊很大，因此要求變頻器有**余量。同時，在重物下放肘，會有能量回饋，因此要使用制動單元或采用共用母線方式。

6、不均行負載：有的負載有時輕，有時重，此時應(yīng)按照重負載的情況來選擇變頻器容量，例如軋鋼機械、粉碎機械、攪拌機等。

7、大慣性負載：如離心機、沖床、水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯，此類負載慣性很大，因此啟動時可能會振蕩，電動機減速時有能量回饋。應(yīng)該用容量稍大的變頻器來加快啟動，避免振蕩。配合制動單元**回饋電能。

***-專業(yè)分析儀器服務(wù)平臺,實驗室儀器設(shè)備***,儀器行業(yè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)宣傳媒體。

相關(guān)熱詞：

等離子清洗機,反應(yīng)釜,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,高精度溫濕度計,露點儀,**液相色譜儀價格,霉菌試驗箱,跌落試驗臺,離子色譜儀價格,噪聲計,高壓**器,集菌儀,接地電阻測試儀型號,柱溫箱,旋渦混合儀,電熱套,場強儀**材料試驗機價格,洗瓶機,勻漿機,耐候試驗箱,熔融指數(shù)儀,透射電子顯微鏡。

變頻器是一種常用的電能控制系統(tǒng)，應(yīng)用的范圍是很廣泛的。所有的儀器在使用的過程中都是會出現(xiàn)故障的，變頻器也是不例外的，變頻器出現(xiàn)故障以后是什么原因引起的是用戶***需要了解的，下面就來為大家具體介紹一下變頻器出現(xiàn)故障的原因吧。 1、整流模塊損壞 通常是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部短路情況下，更換整流橋。在現(xiàn)場處理故障時，應(yīng)**檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機等對電網(wǎng)有污染的設(shè)備等。 2、逆變模塊損壞 通常是由于電機或電纜損壞及驅(qū)動電路故障引起。在修復(fù)驅(qū)動電路之后，測驅(qū)動波形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現(xiàn)場服務(wù)中更換驅(qū)動板之后，須注意檢查馬達及連接電纜。在確定無**故障下，才能運行變頻器。 3、上電無顯示 通常是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟動電阻損壞，操作面板損壞同樣會產(chǎn)生這種狀況。 4、顯示過電壓或欠電壓 通常由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。解決方法是找出其電壓檢測電路及檢測點，更換損壞的器件。 濕度傳感器探頭，不銹鋼電熱管 PT100 傳感器，鑄鋁加熱器，加熱圈 流體電磁閥 5、顯示過電流或接地短路 通常是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運放電路等。 6、電源與驅(qū)動板啟動顯示過電流 通常是由于驅(qū)動電路或逆變模塊損壞引起。 7、空載輸出電壓正常，帶載后顯示過載或過電流 通常是由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或驅(qū)動電路老化，模塊損壞引起。