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3  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理
    HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波污染小，總體諧波畸變THD小于4%，可滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準;輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，其工作原理如下:
(1) 電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變結(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)每相由7個功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達3500V，線電壓達6kV左右，每個功率單元承受全部的電機電流，但只提供1/7相電壓和1/21的輸出功率。
(2) 每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。給功率單元供電的二次繞組每3個一組，分為7個不同的相位組。輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真小于1%，輸入的綜合功率因數(shù)可達0.95以上。
(3) 逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯開一定的電角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波，每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，功率單元采用較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗，提高效率，由于采用移相式PWM，電機電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。以6kV輸出電壓等級的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，輸出相電壓均為11電平，線電壓均為21電平，輸出等效開關(guān)頻率為6kHz，電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機發(fā)熱、噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低，因此對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機。6kV高壓變頻器電路原理圖如4所示。

                         圖4    6kV高壓變頻器電路原理圖

4  設(shè)備運行情況

    2003年中我公司向北京利德華福電氣技術(shù)有限公司定購了一臺型號為HARSVERT-A06/085的高壓變頻器，2003年6月20日變頻器開始安裝就位，6月24日調(diào)試完畢，2003年11月9日正式投入使用，筆者認為該變頻器的安裝、調(diào)試周期都很短，總共僅有5天的時間，為750高爐按時投產(chǎn)提供了有力的保證。
同原來老高爐除塵風機比較，引進北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點:
(1) 運行穩(wěn)定，安全可靠。2003年11月正式投產(chǎn)以來至今，連續(xù)無故障運行一年多，為750高爐安全可靠生產(chǎn)提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網(wǎng)，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
(2) 節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
(3) 電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩(wěn)，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用率。
(4) 變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
(5) 變頻器同現(xiàn)場信號的無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測定，可以為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速及電流指示。
(6) 適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6.6kV，變頻器仍能正常運行。

5  節(jié)能分析

5.1 節(jié)能原理
當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風機的相似定律，變速前后風量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1—風機在n1轉(zhuǎn)速時的風量、壓力、功率;
Q2、H2、P2—風機在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的風量、壓力、功率。
    假如轉(zhuǎn)速降低一半，即:n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。
    當采用變頻調(diào)速時，50Hz滿載時功率因數(shù)為0.96，工作電流比電機額定電流值要低許多，電流降為52A。由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。
(3) 節(jié)能計算
    根據(jù)變頻器的運行記錄，統(tǒng)計風機在一天中高低速度段的運行時間(風機高速運行時間占40%)，全年工作時制按8600h計算,得到如下運行數(shù)據(jù):
P高速=1.732×6×52×0.96×8600×40%=178.4
P原來=1.732×6×82.9×0.8×8600=592.7
年節(jié)電率:(P原來-P高速)÷P原來=69.8%

6  應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果

(1) 改善了工藝
    投入變頻器運行后除塵風機可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風量，運行人員可以自如的調(diào)控，除塵風機運行參數(shù)得到了改善，提高了效率。
(2) 延長電機和風機的使用壽命
    一般除塵風機均為離心式風機，啟動時間長，啟動電流大(約6～8倍額定電流)，對電機和風機的機械沖擊力很大，嚴重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實現(xiàn)軟起動和軟停車，對電機幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長機械的使用壽命。
(3) 減少磨損
    減少閥門機械和風機葉輪的磨損。減少了風機振動和軸承磨損。延長風機的大修周期，節(jié)省檢修費用和時間。
(4) 減少了維護費用和檢修工作量
    原除塵風機在運行過程中，經(jīng)常造成風機和電機的損壞，維護工作量大，檢修費用高。自改變頻調(diào)節(jié)后保證了風機在正常范圍內(nèi)運行。
(5) 便于實現(xiàn)除塵控制系統(tǒng)自動化。
    除塵系統(tǒng)的風量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過去用擋板調(diào)節(jié)時，存在執(zhí)行機構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線性問題。往往由于執(zhí)行機構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線性問題，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動控制系統(tǒng)無法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在0.1～0.01Hz的高精度范圍內(nèi)工作，為實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的自動化創(chuàng)造優(yōu)越條件。

7  結(jié)束語

    HARSVERT-A系列高壓變頻器在重鋼煉鐵廠750高爐除塵風機的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當成功的。該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實。在各行各業(yè)，對于許多高壓大功率的輔機設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當顯著的節(jié)能效果，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。