高壓變頻器在除塵系統的應用

魏立宇 張娟芝 王艷麗

【摘 要】高壓變頻器實現了對除塵風機的無極調速，滿足了生產工藝過程對電機調速控制的要求，達到高效率和高質量的目的，可以大幅度的節約能源，降低成本。

【中圖分類號】TN773.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0159-01

1.引言

在高爐出鐵的過程中，出鐵場會產生大量的灰塵、煙氣以及一些有害物質，除塵系統將這些有害物質進行處理。根據煉鐵工藝，高爐每天平均出鐵12爐，在出完鐵20---30分鐘后，出鐵場基本沒有灰塵，煙氣。安鋼煉鐵廠1號高爐除塵風機采用800KW電機拖動，除塵風機在生產過程中處于工頻狀態運行，風機啟動后電機按額定轉速運行，通過調節風門擋板的開度來調節風量，以滿足生產工藝要求。除塵風機的使用率大約70%左右，造成大量的電能浪費，另外，由于風機直接啟動振動大，而且啟動電流約是額定電流的3—7倍，對電網，電機等沖擊大，因此，對出鐵場除塵風機進行高壓變頻技術改造。

2.變頻改造

目前，主流的高壓變頻器產品主要有三種類型：（1）電流源型； （ 2 ）三電平型變頻器；（3）單元串聯多電平型變頻器。目前在國內，基于低壓 I G B T功率單元串聯的高壓變頻器逐漸成為市場主流。單元串聯多電平型變頻器采用多個低壓的功率單元串聯實現高壓，輸入側的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對電網的諧波污染，使其負載下的電網側功率因數接近1，輸出側采用多電平正 弦PWM技術，可適用于任何電壓的普通電機。另外，在某個功率單元出現故障時，可自動退出系統，而其余的功率單元可繼續保持電機的運行，減少停機造成的損失，并且系統采用模塊化設計，可迅速替換故障模塊。

2.1 電機、變頻器技術參數

（1）電機參數

型號

高壓變頻器主要由變頻單元柜，變壓器柜和旁路柜組成。在原高壓配電室東側新建長14米，寬10米，高5米的配電室。配電室內安裝高壓變頻設備。

（1）變頻單元柜保證整個調速系統的安全可靠運行。功率單元是高壓變頻調速系統的主體部分，電源電壓及頻率的改變在這里完成。功率單元的前端與變壓器連接，接收變壓器供給功率單元的電源，由具有相同結構和功能的多個功率單元串接成星型連接的三相高壓電源，以該電源作為高壓電動機的輸入電源。串接后的三相高壓電源，通過控制機的控制，可以實現頻率及電壓的改變，從而實現對高壓電動機的調速。

（2）變壓器柜是高壓變頻調速系統的供電中心。變壓器柜是一臺特殊結構的干式整流變壓器，其原邊通過旁路柜內的高壓隔離開關與電網相連，而副邊繞組則根據電壓等級和變頻功率單元的級數分為多組，與功率單元內的功率單元連接，為所有功率單元供電。變壓器的多組副邊繞組經過移相向功率單元供電后，可以構成幾十到幾百余脈沖系列的多級移相疊加的整流方式，這樣可以大大改善網側的電流波形，提高網側的功率因數，無需任何功率因數補償及諧波抑制裝置便可將負載下的網側的功率因數提高到0.95以上。

（3）旁路柜接收網側的高壓電源，通過輸入高壓隔離開關向變壓器柜內的變壓器的原邊供電，同時，將功率柜內的功率單元輸出的高壓電源經高壓隔離開關送至高壓電機。在旁路柜內裝有旁路高壓隔離開關系統，以保證在變頻調速系統出現故障時，用戶設備仍可以工作。如圖3所示：

QF：變頻器輸入側的高壓開關柜

KM1、KM2、KM3、KM4：高壓變頻器內置真空接觸器

QS1、QS2：高壓變頻器內高壓隔離開關

旁路柜通過KM3、KM4的控制，可自動或手動在變頻狀態和工頻狀態之間切換。變頻狀態下，KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機；工頻狀態下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機。

3.改造后的效果：

3.1風機變頻改造后，通過計算，節能在38%以上，改造具有顯著的經濟效益。

3.2采用變頻調節后，避免了啟動對電機的沖擊，系統實現軟啟動，電機逐漸加速，基本上沒有對電機的沖擊，并且啟動噪音小。由于啟動緩慢，減輕了啟動機械轉矩對電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。另外，轉速的降低也相應地延長了許多零部件的壽命，特別是軸承的壽命。

3.3采用變頻調節后，啟動時間相應延長，電機啟動電流大大降低，減少了對電網的沖擊。

3.4采用變頻調節后，降低了對電網質量的污染，電機網側功率因素大于0 .9 5，并且變頻器輸入輸出諧波含量非常低，不需要濾波器就可以達到國家標準要求。

3.5改善了工藝，降低了工作強度。由于變頻器可以非常平滑穩定的調速，所以可以根據實際情況，調整電機的運行速度。另外，完善了變頻器相應的保護及故障報警等功能，有遠程控制箱，操作人員在配電室按動按鈕即可啟停電機，變頻器的運行狀況在遠程控制箱有顯示，降低了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，為優化運營提供了可靠保證。