经验交流*高压变频技术在烧结配料除尘风机上的应用吴尚坤（济南钢铁集团股份有限公司第一烧结厂，山东济南250101）器、功率单元、控制器组成，可实现风机的自动控制。应用表明，高压变频调速系统调速效率高，变频器运行稳定、可靠，实现了电机的平滑启动，节电34.3%，年创造经济效益27.44万元。
1改造前系统状况济南钢铁集团股份有限公司第一烧结厂配料除尘风机功率为6kV/200kW，原风机采用进、出口风门挡板来进行风门的调节以控制流量，在调节风门时，很多电能白白浪费，并对机械设备的性能有很大损害。风机运行时噪音较大，不利于环境保护。使用期间由于控制系统保护方面的问题，多次出现电机过热现象，为使其不至于烧坏电机，已经在电机头部加一风扇，但效果不是很好，该问题是存在以久的设备隐患。
变频调速技术是现代电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速性能优越，而且节能效果良好。目前，我国大型配套风机主要采用进、出口风门挡板、进口轴向导流器、进口静叶调节器等方法进行风门的调节以控制流量，其缺点是节流损失大，增加风机的功率消耗，系统震动大、噪声大、对环境造成恶劣的影响，同时调节阀门有时处于很高压力下工作，容易磨损和损坏。由于定速风机启动转矩配置的电动机容量比风机的额定容量大很多，在低负荷区，电动机工作效率很低，能源浪费严重。所以对除尘风机进行变频调速和增加保护功能，通过对高压变频调速技术的研究，拟定使用该调速系统来进行调速控制，取代传统的挡风板、节流阀来控制风量和流量，以求达到理想的实用效果。
2高压变频调速系统的基本原理及功能2.1系统原理整个系统由移相变压器、功率单元、控制器组成。变压器为干式变压器，H级绝缘，系统温度可达185*C，绝缘材料为杜邦公司的NOMEX纸，真空浸：吴尚坤（1978-），男，吉林九台人，2003年毕业于南方冶金学院自动化专业。现为济钢烧结厂助理工程师，网络管理员，从事电气自动化设备研发与维护工作。漆，具有免维护的特点。变压器柜底部配置6台冷却风机，并有超温报警和极限温度跳闸保护；在柜体上还设置了温度显示系统。变压器顶部还配置了EBM后向离心式冷却风机。
输入电源线用耐压电源线，采用有效的防雷措施，输入侧由移项变压器给每个单元供电，根据电压等级和模块串联级数，可构成多级移项叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于引进设备类似低压变频器，便于使用现有的成熟技术。输出侧连接成星型接法给电机供电，通过每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形，这种波形对电缆和电机的绝缘无损坏，无须考虑输出滤波器，可以延长输出电缆长度，电机的谐波损耗减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。当某一个单元出现故障时，通过控制时输出端子短路，可将此单元旁路推出系统，变频器可降额继续运行，由此可避免很多场合下停机造成的损失。
功率单元内部完全采用进口优质器件，具有可靠性高，维护简便的特点，功率单元同控制系统之间采用光纤连接，抗干扰能力强，强电弱电完全隔离，功率单元工作在低压状态，技术成熟可靠。功率柜配置德国EBM后向离心式冷却风机，风机冗余配置，单台风机故障不影响变频器运行，空气过滤网可在电机运行状态下更换。
每个功率单元结构上完全一致，采用IGBT功率半导体器件，IGBT是目前使用最广泛的功率器件，具有开关速度快、损耗小、门极驱动电路简单、不需要缓冲电路等特点。由于采用IGBT器件，使高压变频器结构简单紧凑，而且可靠性高（见）。
每个功率模块机构及电气性能上完全一致，可以互换，共18个功率模块，每6个功率模块串联构成一组。为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行PWM控制。
功率模块采用单元串联多电平技术方案，每个功率模块为成熟电路，可靠性高率电路模块化设计，采用现有成熟技术，功率器件工作在低压状态，不存在动态均压和静态均压问题，输出不需要滤波器，减少系统环节，降低损耗。
整个系统可实现在-15%+15%电网电压波动范围内满载输出，可以承受35%的电网电压下降而降额继续运行，变频器对电网波动的适应范围可以根据用户的要求定制。控制电源配备UPS，断电可维持20min以上，控制电源也可设计成电力操作电源（直流220V）供电，或者交直流两路供电，自动切换。
2.2实现功能控制器由高速单片机、工控机和PLC控制系统共同构成。单片机实现PWM控制，工控机提供友好的全中文WINDOWS操作和操作界面，同时在后台可以实现远程控制和网络化管理，PLC用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和现场灵活接口，满足生产上的特殊需要。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分实现可靠隔离，使系统具有极高的安全性和抗电磁干扰功能。当控制器电源因意外原因断电时，控制器可由配备的UPS继续供电，保证变频器继续运行。系统主画面见。
3UW启动|电机加速|机减速|功能设欠|教设冗|系|遣出豕软1系统主画面通过主界面可以完成变频器的功能设定、参数设定、实时波形显示、运行记录打印、故障查询，对变频器可直接进行启动、设定运行频率、停机、急停和复位等操作，实现给定频率、运行频率、电机速度、被控参数、输入输出电流、输入输出电压的实际显示，给操作带来极大的方便性。
该系统具有较强的自我保护能力和故障自诊断能力，有过流保护、过电压保护、欠电压保护、高压电源缺相、接地等保护功能。系统设备运行可靠，维护费用低，由于装置的软启动、软停止的功能，在启动时对电网及设备没有冲击，因此延长了电机的使用寿命。系统安装后，达到风机控制的自动化控制水平，具体实现功能如下：旁路功能。可根据用户需要加装变频器系统旁路开关，可以采用手动工频/变频切换旁路开关，当变频器出现严重故障，停机后，将电机用手动开关切换到工频电网起动。
软启动功能。控制柜上设置了两个频率段，可以根据现场实际情况选择相应的控制频率，远控盒放在配料除尘配电室，操作人员可以随时查看设备运行情况。整个变频设备采用软启动功能，频率从0Hz上升到40Hz需要2min，风机平滑匀速启动，减少了启动时对风机的损害，延长了电机寿命，降低了电机启动时大电流对电网的冲击。
参数设定功能。所有参数项有中文提示，可以整体备份和恢复，可以设定两段频率躲避区，有效避免用户系统在非工频运行点可能存在的共振；可以合理设置电机过流及过载保护系数，对电机实施有效保护。
故障查询功能。变频器具有故障定位与查询功能，轻微故障时变频器会在主界面，实时提供报警信息，重故障发生时，变频器会自动弹出故障界面，向用户直观显示发生了什么故障，发生在什么位置。
通过故障界面，用户可以查询故障的历史信息。
运行数据记录功能。变频器运行时自动记录的参数包括给定频率、输出频率、输入电流、输出电流、输入电压、输出电压等，所有记录的运行参数按文本文件格式存放于工控硬盘之中，记录时间间隔由用户设定。
3使用期间节电效果风机的压力――风量特性曲线如所示。根据运行频率计算方法计算其节电效果。
风机的压力一风置特性曲线在图中R1、R2为管路特性曲线，N1、N2为风机转速。
根据现场情况，为了保持风量保持Q2不变，先将风门完全打开，此时管路特性曲线由R1变为R2，即由A点变为B点，这样风量变大，为Q1，同时在转速配合下调整风量，使风量由Q1变回Q2，这样可使在同样的风量消耗最小的功率，但此时风量不变风压减小。
根据风机特性可知，风量与转速成正比，即：风压与转速的平方成正比，即：风机的轴功率与转速的立方成正比，即：根据现场情况，现在变频器运行频率为40赫兹，电机转速与电机输入的电源频率成比例，有：即使用变频时，假设原来运行工频50Hz，风门开度为60%，用变频后风门开度为100%，变频运行频率为40Hz即可达到同样的风量。所以有：相对工频节能计算为：其中P1工频时的功率；P2变频时的功率。
根据上述可知功率与转速的立方成正比，即：使用风门开度时并没有达到满功率，根据现场情况工频运行时情况，电机功率200kW，额定电流为25A，运行电流为22A可知，由此计算不满载率为12%左右。
使用变频后，变频效率不可能为100%，一般大约有2%3%的功耗被隔离变压器消耗，以及存在有热能损耗。所以节能约为34.3%.如果1年按8000h、每度电的价格按0.50元计算，则每年节约电费274400元。
4结束语高压变频调速系统使用以来，调速效率高，变频器运行稳定、可靠，实现了电机的平滑启动，提高了整个系统的稳定性。从高压变频调速技术应用的实际效果分析来看，节电34.3%，年创造经济效益27.44万元，达到了理想的节电效果。
坚持科学发展观走新型工业化道路发展循环经济构建和谐企业
