中壓變頻器在燒結廠主引風機同步電動機中的應用

江西省新余新鋼建設公司 徐 亮

中壓變頻器在燒結廠主引風機同步電動機中的應用

江西省新余新鋼建設公司 徐 亮

當前，國家對鋼鐵企業的宏觀調控政策不斷出臺，其中，節能減排是重中之重，符合當前的環保理念。很明顯，在冶金行業中，鋼鐵企業是節能減排工作的重點。主引風機在燒結生產當中發揮重要作用，其風壓、風量發生變動會對燒結生產一定程度的影響。此部分電能消耗較大，對引風機進行合理控制，就能起到良好的節能作用。

中壓變頻器；引風機；同步電動機

當前，市場化進程不斷深化，鋼鐵行業的競爭較為激烈，應該引進相應的新技術，實施有效的能耗管理，對企業的生產成本進行合理控制，如此才能在競爭中獲得優勢。在燒結生產當中，引風機等設備電能消耗較大，使用中壓變頻器對其進行改造，能夠起到良好的節能效果。

1 節能降耗需求分析

引風機的風量調節主要依靠風門擋板，但運行一段時間后，往往風門擋板的調節功能存在缺陷。在調節風量的過程中，風門擋板讓風道的阻力特性發生變動，但此時的驅動源電力的輸出功率并未發生變化，節流損失相對較大，很多電能被浪費；實際，擋風板兩側存在壓力差，容易損壞風門，繁重任務全力運轉后，由于震動較為劇烈、噪音大、損耗強、軸承磨損強烈；無法在調節的過程中達到很精確的目的，線性度較差，動態響應速度無法符合實際要求；水電阻只能在電機運行之后產生作用，風機調節風量仍然需要在風門的輔助之下才能實現，電機能耗依舊較高，水電阻維護量偏大。

2 風機風量調節以及變頻原理分析

2.1 風機相似理論

風機的流量、運轉壓力、軸功率和轉速之間存在較為復雜的聯系，其負荷受環境參數變化干擾而產生相應的變化。在正式研究中，參照風機運轉曲線展開大概的參數計算，被稱為風機相似理論，具體如下：

對上式進行分析，Q表示風量，也就是單位時間內流經風機的空氣量；H表示風壓，也就是空氣通過風機的時候，對每立方米空氣施加的總能量；P表示軸功率，也就是風機運轉的整體有效功率。

2.2 變頻節能原理研究

根據流體力學知識可知，風機的軸功率、風量、風壓三者之間的關系為：

電動機的轉速會發生變化，從n1變到n2的時候，上述三個參數與電機轉速之間的關系為：

分析上式可知，Q與n成正比，P和n的特定立方形式成正比。所以，如果在工作中需要將額定風量限定為80%，可調電機轉速為80%，即將頻率設定為40Hz，實際上此時需要的功率只是額定功率的51.2%，對電機實施變頻之后的節能效果如圖1所示。

圖1 風機運轉曲線

從圖1分析可知，當風量從Q2降低到Q1之后，倘若運用調整風門擋板的方式，管網阻力會持續增強，其曲線就會產生上移的情況，整個體系運轉工況點從A變動到B的時候，需要的軸功率P2和面積OQ2BH2呈現整理比關系。在使用變頻調速方式的情況下，轉速由n1降低到n2，相應的管網特征并沒出現改變，但是風機特征相應的曲線出現下移的情況，此時工況點從A變動到C。這種情況需要的軸功率P3和OQ2CHB表示的面積呈現正比例關系。與此同時，調速好風機效率不變，保證高效運轉，但是風門調整使相應的效率發生改變，與額定點之間的偏差逐漸增大，表明效率逐步降低。綜合考慮減速造成的效率降低和調整過程中的損失，在調整支護節能可能達到30%-60%。

3 中壓變頻器應用方案

3.1 Ariert-F中壓變頻器性能特點

通過結合燒結廠的實際情況，決定選用Ariert-F中壓變頻器。該變頻器是由金自天正聯合美國艾默生公司合作研發的新型電機節能設備，質量和性能較佳。

Ariert-F中壓變頻器可以在風機、泵、研磨機等設備當中進行應用，實現變頻調速的目的，能夠滿足工藝控制要求，控制電機能量消耗，符合現有的節能環保理念。而且設備的操作比較簡單，維護便捷，提升電機的可靠性，并達到節能效果，讓電機的耐久性得到加強。

設備的功率范圍，10KV：500-9000KVA，此種類型匹配的電機為370-7200KW；6KV：400-5600KVA，與315-4500KW的電機匹配。

有/無速度傳感器矢量控制，可以應用在高性能通用變速驅動中；能夠順應安排好的多段速曲線運轉，段速之多能夠安置16個，鄰近2個段速間的加減速斜率需要參照現實情況進行設置；輸入電壓產生偏差之后，可以對PWM調制比進行重新安排，確保輸出電壓穩定而不影響正常設備運轉；當設備在V/F的控制模式運轉時，變頻器可以參照設置好的轉差系數可以達到轉差補償的目的；變頻器可能在運轉的過程中出現輸入側故障、輸出側故障、配置故障、通信故障等，當這些故障出現時，變頻器會自動開啟保護，也會做出相應的警報提示；當設備處于V/F運行模式時，如果電機處于加減速以及穩定運轉之中，可以根據設備的需求開啟手/自動轉矩提升功能，在保證電機輸出不過流前提下提升電機輸出轉矩，增強設備動態性能。

圖2 一拖一中壓變頻主回路示意圖

3.2 主引風機同步電機改進方案

使用Ariert-F中壓變頻器對主引風機進行一拖一變頻改進，經過改進之后，主引風機既可以工頻運轉，也可以實現變頻運轉，一旦主引風機出現故障，就可以切換到工頻模式順利實現不間斷運轉。

此方案需要使用變頻器、旁路柜、高壓開關以及電動機，具體如圖2所示。其中，QS1、QS2、QS3代表三個高壓隔離開關，當QS3處于斷開狀態，另外2個開關閉合，變頻開始發揮作用；當QS3閉合，另外2個開關斷開時，設備處于工頻運行狀態。其中，QS2和QS3兩者之間屬于機械互鎖邏輯關系，無法在同一時間閉合。

改進操作箱，保留原功能基礎上添加變頻器控制接口，將變頻器的合、分閘、故障跳閘信號接入變電所的中壓斷路器的控制回路之中，保留了電氣開啟的方式，不改變中壓電機繼電保護，而且讓變頻器處于更強的保護之中，讓變頻器和同步電動機的運轉處于更加安全的狀態。

4 應用中壓變頻器效果分析

4.1 經濟效益

新鋼燒結廠使用中壓變頻器對主引風機同步電動機進行改進，對其運行15天的運行狀態記錄，發現其調速范圍較大，及時電網電壓變化較大仍然能夠正常工作。改造之前的每天耗電量為29100kW·h，改進之后為10200KW·h；改進前運轉電流為92A，改造之后則為39A。以0.5元/kW·h的電費標準進行計算，一臺主引風機每年可以節省電費3449250元，由此可見，使用中壓變頻器之后，節約了大量電能和資金。

4.2 主引風機同步電機改進的企業優勢

經過變頻之后，電動機實現軟啟動，整個過程十分穩定，減輕了電機啟動瞬間的電流沖擊，讓電機使用壽命得以延長，節約了維修成本；網側功率明顯提升，在沒有無功補償裝置的輔助也可以順利降低無功功率出現的頻率，節省上游設備的資金消耗；在使用中壓變頻器之后，變頻設備操作便利，出現故障也能很容易得到發現和處理。

5 總結

冶煉行業的能耗問題早已引起各界的重視，節能不僅能夠節省企業成本，也會獲得良好的社會效益，符合節能環保理念。對燒結廠的主引風機進行改造，降低原高能耗，讓同步電機高效運行，改造后燒結廠的經濟效益與社會效益均有明顯提升。

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