1、高压交流变频调速技术在烟化炉鼓风机上的应用发布时间：2006-1-11 来源： 应用领域：自动化控制1引言 韶关冶炼厂烟化炉是为铅锌密闭鼓风炉烟化处理含锌炉渣，回收金属锌（次氧化锌）的一座重要工艺炉。为其配置的三台鼓风机（一台工作，两台备用）分别由三台 6000V、500kW 高压异步电动机驱动，系统改造前，1#、2#风机没有调装置，3#风机原为液力偶合器调速，但因故障已拆除，由于烟化炉为间断吹练工艺，每天有46 小时的待料时间，且在烟化送风期的各时间段内所需风量也不相同，又因没有调速装置，风机照常运行，现场操作为通过调节放空阀门排空，势必造成能源的极大浪费。所以对烟化炉风机进行调速控制十分必
2、要，是合理利用能源，降低能耗的有效措施。 2变频调速的方案选择 韶冶烟化炉风机的驱动电机为原有老电机，其铭牌数据为： 型号：JK500-2 功率：500kW 频率：50HZ 转速：2970r/min 定额：连续 接法：Y ; 绝缘：B 级 定子电压：6000V 额定电流：60A 沈阳电机厂 出厂:72 年 12 月 对于高压大容量异步电动机，在不更换原有电机型式的前提下，进行变频调速有两种方式： （1）采用高高式直接变频调速系统，即高压电源电压直接经变频器变频变压后，供电给高压异步电机。目前，绝大多数直接高压变频器由于考虑到减少谐波对电网的污染及抑制电机共模电压，仍保留有输入变压器，这种变频器
3、性能优良，但价格昂贵。 （2）采用“高低高”式高压变频调速系统，即将高压电源电压经降压变压器降至低压变频器允许的电压，再经低压变频器变频变压后，经升压变压器升至高压，供电给高压电机，这种变频方式有许多优点，是一种经济实用的高压变频调速系统。 3系统简介： 3.1 本高压变频调速系统 高压（6kV）经高压断路器送至降压变压器，根据电网对谐波的要求，采用 12 脉冲整流，因此降压变压器为三绕组变压器，它将 6kV 电压分别降至 400V，送至各自的 6 脉冲整流桥。经 12 脉冲整流到达直流母线，经预充电回路和主接触器，再经滤波器送至逆变器变频变压。为了获得接近于正弦波的输出电压，本系统增加了正弦
4、波滤波器，经滤波器输出的接近于正弦波的电压经二绕组的升压变压器升压，供电给高压异步电机。 3.2 为了充分利用变频器的节能效益，即当一台风机故障或检修时，另一台风机仍能利用变频器节能运行，在本变频调速系统两端设有高压开关切换控制柜，使变频器能分别馈电给 1#或 2#风机，同时每台风机的原系统全部保留作为旁路备用，以实现高压供电和切换。整个风机系统的风量、风压、电压、电流、频率等参数都由设在操作室的操作台上控制和监视。 3.3 本高压变频调速系统在构造上有以下几方面特点： （1）采用三绕组变压器和 12 脉冲整流，以减少谐波对电网的污染。降压变压器作为输入变压器，采用三绕组是为满足 12 脉冲整
5、流的要求，采用分裂式结构形式，一个高压绕组，二个低压绕组，其接线方式分别为/和/Y，两者互差 30电角度，两个低压绕组分别给两组二极管整流桥供电，每个二极管整流桥都为三相全波整流，其产生的谐波可按下式计算： h=kP1 式中：h-谐波次数 K-自然数（ 1、 2、3） P-整流桥脉冲数，本系统中 P=12nbsp; 由此式可见，本系统中仅含 11、13、23、25次谐波，有效地消除了对电网污染最严重、危害最大的 5 次、7 次谐波，其它高次谐波分量也减少了。 （2）本系统采用意大利 ANSALDO 工业系统公司的 SVTL860DN 柜装变频器。逆变器主要由 IGBT 逆变桥，触发单元、控制单
6、元、操作面板、直流滤波电容以及辅助单元等组成。整流桥输出的直流电经滤波电容滤波后送入逆变桥，根据所输入的控制参数，由控制单元、触发单元等控制逆变器输出。 变频器的主要技术数据为： 供电电压：380415VAC 10% 输入频率：50 或 60HZ 2% 过 载：110%150% 1min 控制模式：矢量控制 /标量控制 开关频率 216KHZ 电网侧功率因数：0.95 在额定功率时的效率：0.98 防护等级 IP31 标准功能： 速度/扭转矩矢量控制（本系统采用速度控制） 加速/减速时间：0.1 3000S 最大最小频率限制 滑差补偿（V/HZ 控制模式） 飞速再起动 电动电位计 保护功能：
7、CPU 故障 过电流 过电压/欠电压 过热；电机过载 电机失速保护 速度/扭矩 420 信号丢失； 直流过电压 输出电路短路和接地保护等。 （3）采用正弦波滤波器，以保证输出电压接近于正弦波。 本系统采用电压型变频器，为了减少变频器输出电压的谐波分量，一般都采用 PWM（脉冲宽度调节剂）控制方式。即逆变器的输出为一组高频方波，它可近似地代替正弦波，通过调节脉冲宽度来控制输出电压的大小，而且调制频率越高，谐波分量越小，但 dv/dt 则随着调制频率的升高而增大，若直接将逆变量的输出电压（见图 2a）送至输出变压器升压，则输出变压器的波形将产生较大的畸变，产生较大的尖峰电压，这将严重地威胁至电机的
8、绝缘，甚至达到不能允许的程度。这也是以往人们认为电压型变频器不能用于高低高或变压变频调速系统的原因。为解决这一问题，在逆变器的输出侧，设置了正弦波滤波器，滤去高频谐波分量，在参数选择适当时，可使输出电压波形接近于正弦波。 由两波形图对比可见，不带输出滤波器时，电压波形含有断续的很高的 dv/dt 值，电压波形畸变率很高，通过输出变压器升压，将在输出电压波形上叠加尖峰电压，损坏电机绝缘，导致电机过早损坏，而增加了输出滤波器（正弦波滤波器）后，输出电压波形接近于正弦波，电压波形畸变率小于 3%，而且电流波形畸变率也很低，这使得整个运行速度范围内电机转矩脉动都非常小。 (4)输出变压器的特殊设计，以
9、保证输出电压波形不产生畸变。输出变压器为二绕组变压器，接线方式为/Y，由于变频器输出电压为高频调制脉冲波形，尽管经过正弦波滤波器已可接近正弦波，但仍含有一些尖峰毛刺，而且输出频率为 550HZ。因此对本变压器需作特殊设计，以保证输出电压波形不产生畸变，不产生高频振荡，降低噪声，同时保证变压器不发热。 4.2 烟化炉风机的运行数据 （1）风机以额定转速运行时每小时耗电测算约 440kWh，流量 15000 立方米/小时。 （2）每天待料时间 46 小时，风机每小时耗电约 350kWh，（系统改造前，待料期间风机放空运行）。 （3）每天吹炼 8 炉，每炉吹炼过程中： 进渣前，需送风量 800010
10、000 立方米/小时 历时 5 分钟 进料时，需送风量 1000011000 立方米/小时 历时 2040 分钟 吹 炼，需送风量 1200015000 立方米/小时 历时 90100 分钟 放 渣，需送风量 1000012000 立方米/小时 历时 1520 分钟 4.3 全年按 215 个工作日计，电费按 0.61 元/kWh 计，风量和时间取平均值计算。 则停机时间每天节电 3505=1750kWh 吹炼时间：进渣前1-（9000/15000）3440(5/60)=28.7kWh 进 料1-（10500/15000）3440(30/60)=144.54kWh 吹 炼1-（13500/15000）3440(95/60)=188.8kWh 放 渣1-（11000/15000）3440(17.5/60)=77.7kWh 每炉节电：28.7+144.54+188.8+77.7=439.7kWh 8 炉共节电：439.78=3517.6kWh 每天共节电：1750+3517.6=5267.6kWh 每年节电：5267.6215=1133000kWh=113.3 万 kWh 节约电费：113.30.61=69.113 万元 高压变频调速系统的全部投资可在一年
