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合康高压变频器助钢铁厂节能降耗

浏览次数: 日期:2009-3-5 15:57:28

前言

辽宁省凌源钢铁公司以往风机出力调整采用风门调节,用风门调整存在调整时间长、管网波动较大缺点,而且电能损失很大,特别是低负荷时损失更大。同时异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的4~7倍,对电网形成冲击,凌钢电网负载率较高,电网抗冲击能力相对较弱,而且强大的冲击转矩严重影响电机和风机的使用寿命。凌钢炼铁厂出铁场除尘采用了北京合康亿盛科技有限公司生产的高压变频装置,实现了高压电动机的变频调速,取得良好效果。


一、高压变频原理

这台高压变频装置采用的是交-直-交直接高压(高-高)方式,主电路开关元件为IGBT。本装置采用了功率单元串联叠波升压技术,可以用较低电压的成熟器件实现高电压输出,而且具有很高的可靠性。

1、主电路

主回路主要由隔离变压器和功率单元组成,隔离变压器为三相干式整流变压器,原边为Y形接法,输入6000V电压,副边绕组为15组,延边三角形接法,功率单元共15个,每相5个串联,相输出Y接,中性点悬浮,得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。

电压叠加示意图为:

 

 图1 输出电压叠加图

由于采用多个功率单元串联,得到多个电压等级,每个单元的电压等级都较低,保证了变频器的性能。

2、功率单元

功率单元原理见图2,采用空间矢量正弦波脉宽调制(PWM)方式,输出单相脉宽调制波形。经过叠加得到单相正弦波形。

合康高压变频装置的功率单元具有旁路功能。当某个单元发生故障而不能继续工作时,该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路,退出运行,每相由四个单元工作,变频器输出性能不变,使得电机在某个单元发生故障时依然可以稳定运行。

图2 功率单元原理图

 

二、变频调速节能原理

从流体力学的原理得知,使用鼠笼型感应电机驱动的风机,轴功率P与风量Q,风压H的关系为:

P∝Q×H

当风机转速从N1变化到N2时,在空气密度相同的情况下,功率P、风量Q、风压H与转速关系为:

Q2=Q1×N2/N1

H2=H1×(N2/N1)2

P2=P1×(N2/N1)3

 

 

 

风量Q和风机的转速N是成正比关系,风压与风机的转速平方成正比关系。所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要的额定风量降低时,通过调节风机的转速方式调节,所需功率则呈立方下降。功率P与风量Q,风压H的关系如下图所示,从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

当所需风量从Q1减小到Q2时,如果采用调节阀门的办法,管网阻力将会增加,管网特性曲线上移,系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行,所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比;如果采用调速控制方式,风机转速由N1下降到N2,其管网特性并不发生改变,但风机的特性曲线将下移,因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积H3×Q2成正比。从理论上分析,所节约的轴功率(P)与H2H3CB的面积成正比。

 

三、合康高压变频器在我厂的实际应用情况

1、工况

高炉生产为周期性间断出铁,高炉在出铁时铁水温度可以达到1000℃,与空气中氧气发生反应,产生大量的含氧化铁的棕红色烟尘,对空气造成污染。利用除尘风机对氧化铁回收,既可以避免污染,又可以二次利用。凌钢炼铁厂出铁场风机组同时为两座高炉出铁场除尘,工作负荷经常变化,每天调整负荷次数在40次以上,如果直接起动,系统电压将被拉低50-100V。利用变频器根据高炉实际需要对除尘风机进行变频调速控制,既保证和改善了工艺,又达到了节能降耗的目的。出铁时,变频器高速运行,高速定为50Hz(可调);不出铁时,变频器低速运行,低速定为20Hz(可调)。不用停机,保证了高炉生产的连续性。为高炉安全可靠生产提供了强有力的保证。

2、起动过程

采用变频调节后,系统实现软启动,输出到电动机的电压频率从0Hz逐渐上升至设定频率,电压也随之逐渐升高,电机启动电流始终小于额定电流,并且电机的起动时间可以调整为5s~1600s,启动时间相应延长,对电网和变压器无大的冲击,电网的系统电压基本不发生变化,减轻了起动机械转矩对电机机械损伤,有效地延长了电机的使用寿命。

3、运行调整

以往,炼铁厂除尘风机在运行过程中,根据所需负荷的变化,风量和风压的调节要靠调整风门开度来完成,一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后,高压变频装置与PLC通过RS485接口通讯,电机转速的改变只要通过微机设定即可,大大降低了劳动强度,提高了生产效率,风量调节更平稳、精确。

4、节能效果

1#、2#高炉出铁时间不同,但依然有一定规律,生产周期大约为1.5小时,出铁时间为1小时,间隔约为30分钟,除尘风机电机额定功率为630kW,额定电流为70A,出铁时电压频率设定为45Hz,电流因空气密度、除尘器工作状态影响,每次高频时有所变化,在48A-53A之间,不出铁时在20Hz低速运行,电流约为27A,与未安装高压变频的电动机比较,年节电70万kW.h ,经济效益为30余万元,达到了预期效果。


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