了转炉快节奏生产的需要。

　　马钢第一钢轧总厂共有3座120t转炉，一次除尘风机是转炉的关键设备。转炉冶炼过程中产生的烟气经一次除尘风机牵引，通过汽化烟道、除尘设备，到达三通切换阀进行煤气回收与放散，故风机运行稳定对保证转炉连续生产有重要意义。目前该厂共有3台一次除尘风机，分别配置功率为1400，1800，1800kW的10kV三相交流异步电动机。改造前，3台一次除尘风机采用液力偶合器调速，液力偶合器工作原理是用电动机带动其输入轴旋转，将液压油用离心式泵轮甩出后进入涡轮推动涡轮旋转，最终将能量传递到输出轴。采用液力偶合器调速输出力矩恒小于输入力矩，无论风机出力大小，电机要始终恒速运转，风机风量调节靠液力偶合器控制工作室油压实现，能量消耗较大。此外，采用液力偶合器调速存在效率低、设备故障高、调速精度低、范围窄、不满足转炉快节奏生产等问题。高压变频技术在调速方面具有节能效果显著、调速精度高、范围广、响应快、设备维护成本低、对电机不产生谐波污染等优点。该厂为了节能降耗同时释放转炉产能，于2006年12月利用年修时间首先对1转炉一次除尘风机进行变频改造，考虑改造统一性，使日后13炉除尘风机变频器能互为备用，1炉除尘风机变频器按匹配1800kW电机容量来选型，采用东方日立电控有限公司生产1DHVECTOL-HI-02500/10高压变频器工作原理1.1系统结构DHVECTOLHI-02500/10高压大功率变频器由进线柜、移相变压器柜、功率单元柜、控制柜组成。它采用多级功率模块单元串联式交直交高-高变频技术，将交流电压变为电压、频率均可控制的PWM交流电输出。其变频单元是由多个功率单元构成的多重化串联拓扑结构，单个功率DHVECTOL-HI-02500/10高压变频器输出相电压为5774V，线电压为10kV，每个功率单元输出有效值ue= 680V，其变频器拓扑图见。

　　多重化串联结构使低压器件实现了高压输出，采用功率单元串联，不存在器件均压的问题。每相由12级功率单元串联，使每个功率单元能承受全部的输出电流，承受1/12的输出相电压和1/36的输出功率可有效延长功率单元的使用寿命。另外，这种主电路拓扑结构虽然器件数量增加，但IGBT驱动功率很低，且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96%以上。

　　1.2移相变压器移相变压器电气原理如。变压器原边绕组为10kV，采用星形接法。副边共36个绕组，分为三相，每个绕组为延边三角形接法，相互之间有一定的移相角度，每个绕组接一个功率单元，功率单元之间以及变压器二次绕组之间相互绝缘。移相变压器电气隔离作用使变频器各个变频功率单元相互独立，实现电压迭加串联，为改善输出电压波形、频率创造条件。另外这种多角度移相接法可以有效消除电网谐波，使功率单元的输入电压、电流波形接近完美的正弦波，减少谐波污染。

　　1.3功率单元功率单元主要由输入熔断器、三相全桥式整流器、预充电回路、电容器组、IGBT逆变桥、直流母线和旁通回路构成，同时还包括电源、驱动、保护监测、通讯等组件组成的控制电路。单元结构示意如。各功率单元具有完全相同的结构，有互换性。

　　功率单元由移相变压器的一组副边供电，通过三相全桥整流器将交流输入整流为直流，并将能量储存在电容组中。电容组根据单元电压选择并联或串联，每组电容根据单元容量的大小选择并联个数。控制部分通过冗余设计的电源板从直流母线上取电，接收主控系统发送的PWM信号并通过控制IGBT的工作状态，输出电压、频率均可控制的PWM电压波形。每个功率单元输出电压为1，0，-1三种状态电平，每相12个功率单元叠加，可产生25种不同的电平等级，使相电压产生出25个电压台阶，这种多台阶的电压输出波形非常接近正弦波，能有效降低谐波污染。另外变频器功率单元采用多角度移相输入，每相由12对依次相差一定角度的三角载波对基波电压进行调制，如对A相基波调制所得的12个信号将分别控制A相12个功率单元，所得电压波形经叠加可得多台阶的完美线电压波形，同时串联各单元之间的载波错开了一定的相位，可使等效的输出相电压开关频率有效提高。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形，波形的改善除能减小输出谐波外，还可以降低噪声、du/dt值和电机的转矩脉动，延长电机和轴承使用寿命。另外因为功率单元有足够的滤波电容，变频器还可承受一定范围的额定电压波动和短暂时间的电源丧失。

　　1.4控制系统主控系统包括主控板及输入输出接口。主控板以高性能单片机为控制核心，辅以一个EPROM存储器存储主控程序，另外使用1个NVRAM存储器存储用户设置的现场运行数据。主控板和光纤通讯板之间通过专用电缆进行数据传输。光纤通讯板通过光纤和功率单元进行通信，向各个功率单元传输PWM信号，并返回各个功率单元状态信息。主控板和液晶显示界面使用光纤连接，液晶及面板键盘实现人机界面功能，显示系统状态、运行状态、功能参数值、故障记录等。通过面板上的功能键，可以实现系统运行、停机、复位及功能参数设定和记录查询。外部接口用来实现端子控制模式的外部通信。主要功能有系统端子复位和运行/停止控制、外部模拟方式频率给定、以及系统状态、运行频率的输出等。主控板的输入还包括控制电源和运行电流的采样信号。控制系统示意如。

　　用户的接口。PLC主要功能：负责与主控系统交换给定频率、运行频率、输入输出电流及功能号等数据，监控主控系统的就绪、运行、故障等状态；负责处理变频器控制电源切换、旁通柜开关切换与互锁、风机、柜门、变压器温度等信号；负责与用户的接口，处理用户的高压开关信号、控制指令信号，并向用户提供变频器运行状态和参数。

　　2变频器节能原理采用变频器对风机进行调速，可根据工艺要求，按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线。风机是流体机械，由流体动力学可知，流量转速n，压力pn2，电机功耗Pn3.假如转速降低1/2，即n/ni=1/2，则电机功耗Pz/PiKlQ）3，转速降低50%，电机功耗可降低12.5%，节约电能87.5%.扣除节门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起的电机效率下降等因素，节电效果也是非常显著的。

　　3高压变频的改造2006年12月3日1转炉设备年修开始后，拆除1炉除尘风机液力偶合器，将变频器与风机原电控系统组装，并进行各项功能测试。年修完成后，变频器同步投入运行。

　　因变频器控制柜具有与其它控制软件和外部设备进行通信、交换控制信号的功能，改造时为避免线路改动较大，增加施工难度，对变频控制后仍需要的电机外部电控设备、控制线路保留，不需要的拆除，新增加的电控线路与原电控系统对接。改造后，变频器动力进线电源从高压断路器引出，动力出线接到高压电机上，需要与外部设备交换的系统运行、停止、运行频率、变频器运行状态等控制信号通过控制柜外部接口与对应外部控制线连接，变频器与远程工控机通信，可通过控制柜RS485接口用通信线与电脑连接。整个改造对电机原电控线路改动不大，施工难度较小。变频改造后，风机电机电控系统设备主要由高压电机、变频器、远程工控机、工厂PLC系统、电机外部操作设备操作台、机旁操作箱）及高压断路器组成，其控制流程图见。

　　变频改造控制流程变频改造后设备运行情况改造后，变频器运行情况与原液力偶合器比较具有如下优点：设备运行稳定、安全可靠。

　　节能效果显著。用电量大幅度下降，2006年16月份改造前）同2007年16月份改造后）1转炉除尘风机具体用电量如表1.表1 2006，2007年1-6月份1转炉除尘风机的用电量（kWh）年份1月2月3月4月5月6月累计由表1可知，2007年16月份与2006年16月份相比，1转炉除尘风机节电940 517kWh，以马钢平调速时间减少，转炉快节奏连续生产得到保证。改造前，用液力偶合器升降速需要5.5min，风机吹扫时间不够，转炉只能等吹扫完毕才能进行下一炉生产。改造后，电机升速时间< 90s，降速时间< 150s，风机吹扫时间足够，转炉快节奏连续生产得到保证。

　　对其它相关设备影响小、设备维护费用降低。使用变频器调速，提供给电机无谐波干扰正弦波工作电流，因此电机和轴承的磨损、温升明显降低，相关设备维护费用明显下降。

　　运行噪音和现场机油污染得到有效控制，风机房环境大大改善。

　　变频器维护最重要的是保持室内环境清洁、干燥、温度不要偏高，避免元器件沾灰、受潮、发热导致损坏，故需定期对变频器进行清扫、吹灰，保持变频器内部清洁，风道畅通。

　　5结束语1转炉除尘风机变频改造后设备运行稳定、可靠性高，节能效果明显，能有效满足转炉高节奏生产需要，该厂决定将陆续对2，3转炉一次除尘风机进行变频改造。