高壓變頻器在同步電機上的應用

王哲

摘要：主抽風機是燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備之一。其風壓、風量的變化，對燒結(jié)機生產(chǎn)的影響很大，某鋼1號、2號燒結(jié)主抽風機采用4600kW/6KV同步電動機，通過改變風門開度來滿足燒結(jié)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)，由于電動機轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，造成能源浪費，增加了生產(chǎn)成本；水電阻啟動電流大，不能連續(xù)起動，啟動時對電網(wǎng)的沖擊壓力也較大。新系統(tǒng)采用北京利德華福HARSVERT-A系列高壓變頻實現(xiàn)對同步電機的啟動和優(yōu)化調(diào)節(jié)控制。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；同步電機上應用

中圖分類號：TF046.4； TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2018）07-0053-02

Abstract： the main air extractor is one of the main equipment in sintering production. The change of wind pressure and air volume has a great influence on the sintering machine production. The 4600kW/6KV synchronous motor is used in the sintering main exhaust machine of a certain steel No. 1 and No. 2 sintering machine. By changing the throttle opening to meet the regulation of the sintering process， because the motor speed can not be adjusted， resulting in energy waste， increasing the production cost， the water resistance starting current is too large to start continuously. The new system adopts HARSVERT-A series high voltage frequency conversion to realize the start up and optimal control of synchronous motor.

Key words： high voltage inverter； application of synchronous motor

1 系統(tǒng)的組成和功能特點

系統(tǒng)考慮由兩套高壓變頻器分別驅(qū)動兩臺高壓電動機，當其中一臺變頻器出現(xiàn)故障時，正常運行的變頻器可作為故障變頻器所驅(qū)動電動機的軟啟動并將其同步投切到電網(wǎng)。

因此，主抽風機高壓變頻系統(tǒng)考慮兩臺分別驅(qū)動、二拖二軟啟動、變頻與工頻同步投切的功能。整套變頻調(diào)速系統(tǒng)由2套變壓器柜、2套功率柜、兩套電抗器+激磁涌流抑制柜、二套控制柜、一套協(xié)調(diào)控制柜（HCU）、八臺高壓開關(guān)柜（QF3～QF6、QF10～QF13）組成。

1.1二拖二互為備用和在線切換功能

兩臺風機變頻調(diào)速裝置可以互為備用和在線切換，當一臺故障時，另一臺可以啟動故障變頻調(diào)速裝置所帶的電機的要求；以兩臺變頻調(diào)速裝置分別對應拖動兩臺風機運行，當TF1變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障的工況為例，系統(tǒng)切換過程如下：協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出同步切換至工頻請求→TF2拖動M2提速至50Hz后實時檢測對比TF2電源輸入側(cè)與變頻調(diào)速裝置輸出側(cè)電壓幅值、相位角度、頻率，經(jīng)過計算并調(diào)整后當電壓幅值誤差≤2%；相位誤差≤3°；頻率誤差≤0.05Hz時向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換合閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF14合閘，合閘完成后由TF2向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換分閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF8分閘，M2完全轉(zhuǎn)換為工頻直接拖動→協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出的同步切換請求指令撤銷，同時向QF13發(fā)合閘指令，由TF2拖動M1→協(xié)調(diào)控制單元向TF2發(fā)出同步切換至工頻請求→TF2拖動M1提速至50Hz后實時檢測對比TF2電源輸入側(cè)與變頻調(diào)速裝置輸出側(cè)電壓幅值、相位角度、頻率，經(jīng)過計算并調(diào)整后當電壓幅值誤差≤2%；相位誤差≤3；頻率誤差≤0.05Hz時向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換合閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF7合閘，合閘完成后由TF2向協(xié)調(diào)控制單元發(fā)出同步切換分閘指令→協(xié)調(diào)控制單元控制QF13分閘，M1完全轉(zhuǎn)換為工頻直接拖動。

1.2采用HCU協(xié)調(diào)控制技術(shù)

HCU協(xié)調(diào)控制技術(shù)是指在高壓變頻應用系統(tǒng)中實現(xiàn)工頻與變頻運行方式之間，以及同系統(tǒng)設(shè)備之間的一種綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)。該項技術(shù)從根本上解決了高壓變頻器在生產(chǎn)系統(tǒng)應用過程中對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響，進一步優(yōu)化系統(tǒng)工藝，提高節(jié)能效果。真正實現(xiàn)變頻應用系統(tǒng)的高可靠、安全、穩(wěn)定運行，同時節(jié)約大量的項目投資和施工成本，實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)控制性能和節(jié)能收益。

2 系統(tǒng)的經(jīng)濟效益分析

1號、2號燒結(jié)機運行的負壓為15.2 kPa左右，在一般生產(chǎn)條件下，如工況情況發(fā)生變化，燒結(jié)主抽風機在采用高壓變頻調(diào)速前通只能采用人工對風門的調(diào)節(jié)來適應工況的變化，無法使燒結(jié)氣流合理地進行調(diào)節(jié)。采用變頻調(diào)速后，原來風門控制的風量變成由轉(zhuǎn)速來控制，從輸出功率P與風機轉(zhuǎn)速關(guān)系p=KW3（其中K為風機常數(shù)，W為電動機旋轉(zhuǎn)角頻率）可知，風量須減少時轉(zhuǎn)速下降，P隨轉(zhuǎn)速立方倍下降。因此，燒結(jié)主抽風機通過高壓變頻調(diào)速，合理地控制主抽風機的運行狀態(tài)，大大降低了煉鐵燒結(jié)的工序能耗。

2.1工頻狀態(tài)下耗電計算

根據(jù)現(xiàn)場提供的電機工頻運行實際功耗，得出電機工頻狀態(tài)下的功率Pd見表2。

2.2節(jié)能理論計算分析

（1）某鋼2×90m2燒結(jié)機目前處于滿負荷生產(chǎn)狀態(tài)，產(chǎn)量要求較高因此，進行主抽高壓變頻改造，變頻器將處于高位運行狀態(tài)，按變頻數(shù)調(diào)整到48～49Hz，理論節(jié)電效果為6%～10%，實際節(jié)電效果為年節(jié)電量為2530000kWh節(jié)電費用134萬元/年。

（2）對4小時以內(nèi)的非檢修停機時間，考慮到開停風機的可能帶來的問題，目前2×90m2燒結(jié)機的生產(chǎn)操作采用不停風機、關(guān)閉風門的方式，節(jié)電效果非常明顯（參見表3）。

在以上狀態(tài)時，變頻將起到良好的節(jié)電作用。

月平均35.39小時，年停機425小時，則年節(jié)電量為1275000kWh節(jié)電費用68萬元/年。

結(jié)合以上三部分的節(jié)電效果，變頻改造后的直接年節(jié)電效益為：每年節(jié)約電費為：124+34+50=208萬元。

3 結(jié)語

大型燒結(jié)機主抽風機系統(tǒng)中采用異步電機配套高壓變頻控制技術(shù)，具有節(jié)約電耗、運行成本低、系統(tǒng)可靠、維護簡單特點。國內(nèi)同類企業(yè)采用此項技術(shù)可實現(xiàn)節(jié)電約10%左右。日前，節(jié)能降耗成為影響某鋼未來發(fā)展的重大問題，受到格外重視。各項節(jié)能工作都在有序地開展，該項目經(jīng)過近四個月的設(shè)計、施工和安裝調(diào)試，某鋼大功率同步高壓電機變頻改造在煉鐵廠燒結(jié)車間順利完成，并取得了預期的效果。

參考文獻：

[1]吳忠志，吳加林，編著.中（高）壓大功率變頻器應用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：1-35.

[2]楊慶柏.高壓變頻器的應用[J].電氣時代，2003，（10）：86-88.