中压变频器在除尘风机中的应用稳汀

　　[摘 要]：本文介绍了SIMOVERT MV中压变频器在宣钢炼钢厂一次除尘风机中的应用。变频器现场运行情况表明，采用中压变频器对转炉除尘风机进行调速节能获得成功，节能效果明显。

　　一、概述

　　随着交流变频调速技术在各行业的应用发展迅速，变频调速在频率范围、动态响应、低频转矩、功率因数、工作效率等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，并且在节约能源、提高经济效益等方面发挥了巨大作用。

　　转炉炼钢具有显著的的周期性和连续性特点，生产一炉钢需要30-45min，其中供氧(吹炼)过程为15-20min，一半以上为非吹烘烤炉炼时间，此时风机没有必要高速运行，如将其切换至低速节能状态，可节省大量能源，同时减少设备损耗，对提高设备利用率也十分有益。目前国内转炉一次除尘多采用液力耦合器，但由于存在转差损耗等，节能效果不理想，且设备故障率较高。交流变频技术是电气传动技术发展的必然趋势，它不仅调速曲线平滑，调速范围广，效益高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果好，对风机、泵类设备而言是最佳的节能手段，平均节能效果可以达到30%以上。但是在大功率电机上尚未得到推广。究其原因，主要有二：一是大功率电动机供电电压高(3～10 kV)，而目前变频器开关器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题;二是高压大容量变频调速装置技术含量高、维护难度大、造价高，而负载多数情况下都是直接关系生产、生活的重要设备，大多数用户对它的性能和可靠性心存疑虑，不敢大胆采用。

　　我厂通过对多家单位实际应用效果的多方考察，选用了西门子Simovert MV中压变频器。

　　二、系统结构及特点

　　西门子SIMOVERT MV中压变频频器拥有以下显著特点:

　　(1)、SIMOVERT MV系列变频器采用传统的交—直—交变频器结构，整流部分采用12脉冲二极管整流器，逆变部分采用三电平PWM逆变器。该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用耐压较高的HV—IGBT模块，使得串联器件数减少为12个，随着元件数量的减少，成本降低，方案变得简洁，有助于提高可靠性。良好的输入输出波形;满足IEEE-519标准，效率高，使用简单，便于维护，采用高性能的矢汽车海绵量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备较强的过载能力。

　　(2)、SIMOVERT MV系列变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以不可避免地会产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此SIMOVERT MV系列深州变频器的输出侧需要配置输出滤波器，以获得具有低谐波分量的基本正弦电流特性以及较佳的转矩特性，同时电机的损耗可以降到最低。另外HV—IGBT优点是每次通断电的瞬间电流和电压可以完全控制，dV/dt可以调节，从而减轻对电机绝缘的损坏。

　　(3)、系统提供多种控制模式，包括线性V/F控制，平方V/F控制，可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制，无测速矢量控制，闭环矢量控制等。通过速度反馈选板可构成带反馈的矢量控制闭环，从而可大大提高除尘系统的控制精度和稳定性。

　　(4)、当该变频器工作于限流状态时，不受输出短路的影响，这就避免了当发生电机或电缆短路等故障时，造成变频器功率元件损坏的现象。

　　(5)、高性能及成熟的全数字化SIMADYN D控制系统可用作开环控制和闭环控制平台，它具有灵活的标准软件，速度极快的全数字化32位信号处理器，便于操控和观测的良好用户界面，本地诊断程序以及通过调制解调器的远程诊断功能。SIMVOERT MV模块化设计不仅使系统结构十分紧凑，而且也增强了系统的维修便利性，因而提高了系统的可利用率:运行的情况下风扇在半小时内完成更换。不必使用特殊工具，只需5min完成IGBT功率模块的更换工作，光纤触发装置UEL采用可插式结构。SIMADYND控制板以及供选用的调制解调器接口卡也都是插入式。模块错误信息的时序记忆功能可迅速排除整个传动系统的故障，例如:断路器、电网欠电压或过电压、变压器监测、风扇故障、电机监测，IGBT监测、直流环节电压、接地故障监测、辅助电压监测。

　　(6)、该变频器具有强大的通信功能，在风机除尘工艺系统中，炉前工艺吹炼状态识别可通过PLC方便实现。由于采用了现场总线技术，该变频器与上位PLC系统之间只需通过Profibus通信模块和一根通信电缆实现联结，减少了操作台及控制台之间大量的电缆连接及因此带来的诸多问题。

　　三、工艺特点

　　炼钢的工艺过程以及风机特性是我们选择中压变频器的主要原因。

　　炼钢厂氧气顶吹转炉，在吹炼过程中产生大量的烟气，用风机抽取烟气经一文、二文水过滤除尘。大部分国内厂家采用液力耦合器，降低电能消耗，但效果不佳;如果采用中压变频调速，通过网络通信，及时判断炉前吹炼状态，进而改变风机转速来调节输出风量，这不但方便有效，还可节省大量的电能。

　　从风机的工作特性来看，调速控制与风门控制调节风量比较，有着更高的节能效果，通过图1风机的特性曲线可以说明其节能原理。图中，曲线1为风机在恒速(n1)下的风压-风量(H-Q)特性，曲线2为管网风阻特性(风门开度全开)。设工作点为A，输出风量Q1为100%，此时风机轴功率N1与Q1H1的乘积面积AH1OQ1成正比。

　　根据工艺要求，风量需从Q1降至Q2，有两种控制方法：一是风门控制，风机转速不变，调节风门(开度减小)，即增加管网阻力，使管网阻力特性变为曲线3，系统工作点由A移到B。由图可见，风压反而增加，轴功率N2与面积BH2OQ2成正比，减少不多。

图1 风机的特性曲线

　　另一种是调速控制，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的的比例定律，画出在转速n2下的风压-风量(H-Q)特性，如曲线4，工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3与面积CH3OQ2成正比，显著减少，节省的功率损耗ΔN与Q2ΔH的乘积面积成正比，节能效果是十分明显的。

　　由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少，风机转速下降时，其功率低很多。例如，风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率将下降到额定功率的51%。如果风量下降到50%，功率将下降到额定功率的12.5%。考虑到附加控制装置效率的影响，这个节电效果也是很可观的。

　　四、