隨著我國環境的污染越來越嚴重，能源的日益匱乏，這就需要鋼鐵企業減少能源的消耗，發展低碳、環保的節能生產技術。高壓變頻器采用了變頻調速技術，針對風機電動機的降損與增效有明顯效果，所以在線亞洲日產一區二區:不銹鋼管廠采用高壓變頻技術對其節能減排具有十分重要的意義。本文首先探討了高壓變頻器的工作特點，分析了高壓變頻器的具體工作原理，最后闡述了高壓變頻器在煉鋼廠中的具體節能應用，希望給業內人士帶來一定的幫助。
隨著我(wo)國社(she)會(hui)經(jing)濟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不斷(duan)發(fa)展(zhan)以及能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)日趨匱(kui)乏，人(ren)們為了生存，逐漸開始重視節(jie)能(neng)技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)。對于(yu)節(jie)能(neng)技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)，怎么樣實(shi)現低能(neng)耗與高效率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)完美結合(he)是(shi)(shi)一(yi)(yi)個永久的(de)(de)(de)(de)(de)(de)話題，同時也是(shi)(shi)解決當(dang)(dang)前能(neng)源(yuan)危(wei)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)唯一(yi)(yi)途徑。針對不銹鋼(gang)管廠(chang)而(er)言(yan)，節(jie)約(yue)能(neng)源(yuan)是(shi)(shi)重點工作之一(yi)(yi)，在(zai)電氣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)能(neng)當(dang)(dang)中(zhong)，變頻器是(shi)(shi)關(guan)鍵設備之一(yi)(yi)。因(yin)為鋼(gang)鐵(tie)企業負載當(dang)(dang)中(zhong)具備眾多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)風(feng)機以及水泵，它(ta)們在(zai)工作當(dang)(dang)中(zhong)常(chang)常(chang)需要速度(du)變化(hua)，高壓(ya)變頻器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)很好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)符合(he)了該特征(zheng)，滿足了鋼(gang)鐵(tie)企業對于(yu)高壓(ya)大容量電機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)能(neng)要求。
1. 高壓(ya)變頻(pin)器(qi)工(gong)作(zuo)特點(dian)
a. 波形完(wan)美
高壓變頻器(qi)輸(shu)入的(de)(de)諧(xie)波(bo)(bo)符(fu)合(he)我國(guo)的(de)(de)規定(ding)，它(ta)對(dui)諧(xie)波(bo)(bo)進(jin)行抑(yi)制(zhi)的(de)(de)重要(yao)方式(shi)就是設計多重化的(de)(de)輸(shu)入變壓器(qi)，然(ran)后形(xing)(xing)成多脈沖(chong)整(zheng)(zheng)流。從理(li)論方面來說，針對(dui)36脈沖(chong)整(zheng)(zheng)流而言，其(qi)(qi)中(zhong)35次(ci)及其(qi)(qi)以(yi)下(xia)的(de)(de)諧(xie)波(bo)(bo)可以(yi)進(jin)行自動抵消(xiao)。比如，某單(dan)位變壓器(qi)當中(zhong)二(er)次(ci)繞(rao)組(zu)包含18個(ge)，使(shi)(shi)用三角形(xing)(xing)連接方式(shi)開展(zhan)連接，可以(yi)得到(dao)6個(ge)不(bu)相同的(de)(de)相位組(zu)，電角度差10度，二(er)極(ji)管整(zheng)(zheng)流線路(lu)總共(gong)可以(yi)形(xing)(xing)成36脈波(bo)(bo)，對(dui)于當中(zhong)的(de)(de)諧(xie)波(bo)(bo)開展(zhan)檢測(ce)，其(qi)(qi)畸(ji)變率遠遠低(di)于要(yao)求(qiu)的(de)(de)標準，在沒有使(shi)(shi)用濾波(bo)(bo)器(qi)的(de)(de)條(tiao)件下(xia)，其(qi)(qi)THD是2%。
b. 具有較高的輸(shu)入(ru)功率(lv)因數
干擾變(bian)頻器(qi)輸(shu)入(ru)功(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)素(su)的關鍵是其中(zhong)間(jian)的直流(liu)(liu)(liu)環(huan)節，針(zhen)對電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)源型(xing)而言(yan)，其中(zhong)間(jian)的直流(liu)(liu)(liu)環(huan)節是電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)會給電(dian)(dian)(dian)(dian)機帶來無功(gong)(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，跟(gen)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)之間(jian)是沒(mei)有無功(gong)(gong)(gong)交(jiao)換的，可以確保比較高(gao)(gao)的功(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)數(shu)；針(zhen)對電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)源型(xing)而言(yan)，它(ta)需要電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)跟(gen)電(dian)(dian)(dian)(dian)機之間(jian)進行(xing)無功(gong)(gong)(gong)功(gong)(gong)(gong)率(lv)的交(jiao)換，高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)素(su)很難被(bei)保障，而且如果電(dian)(dian)(dian)(dian)機的負荷減少的時(shi)候(hou)，功(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)素(su)也(ye)會隨之減少。在高(gao)(gao)壓(ya)變(bian)頻器(qi)的中(zhong)間(jian)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)中(zhong)，使用的是電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)源型(xing)的電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)，所以，輸(shu)入(ru)功(gong)(gong)(gong)率(lv)因(yin)數(shu)是比較高(gao)(gao)的。
c. 單元旁(pang)路功能
在(zai)(zai)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)變(bian)頻器(qi)當(dang)中(zhong)(zhong)，假如有(you)一個單元(yuan)出(chu)現故(gu)(gu)障(zhang)，與該(gai)單元(yuan)對(dui)(dui)應(ying)的相將不會有(you)電(dian)壓(ya)(ya)輸出(chu)，使得(de)電(dian)機缺相工(gong)(gong)作，該(gai)種情(qing)況(kuang)是絕(jue)對(dui)(dui)不允(yun)許出(chu)現的。所以(yi)(yi)，可以(yi)(yi)在(zai)(zai)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)變(bian)頻器(qi)中(zhong)(zhong)加入單元(yuan)旁路功(gong)能，它的工(gong)(gong)作原理(li)是如果某單元(yuan)產生故(gu)(gu)障(zhang)之(zhi)后，該(gai)單元(yuan)會讓(rang)相對(dui)(dui)應(ying)的旁路接觸器(qi)作為旁路導通，自身不參加工(gong)(gong)作，變(bian)頻器(qi)還可以(yi)(yi)正常運(yun)行。旁路時(shi)間在(zai)(zai)250ms以(yi)(yi)內，從物理(li)層面(mian)而言(yan)，這一時(shi)間段完全可以(yi)(yi)把故(gu)(gu)障(zhang)單元(yuan)旁路掉(diao)。與此(ci)同(tong)時(shi)，高(gao)(gao)壓(ya)(ya)變(bian)頻器(qi)當(dang)中(zhong)(zhong)還運(yun)用了中(zhong)(zhong)性(xing)點漂移技術，可以(yi)(yi)確保三(san)相線電(dian)壓(ya)(ya)的平衡。
d. 中性點漂(piao)移
高壓(ya)(ya)變(bian)頻器(qi)(qi)(qi)(qi)的單(dan)元旁(pang)路(lu)功(gong)能可(ke)以確保變(bian)頻器(qi)(qi)(qi)(qi)的正常工作，然而在故障(zhang)單(dan)元被(bei)旁(pang)路(lu)以后(hou)，相(xiang)對應的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)容量(liang)將會(hui)(hui)降低，使得(de)變(bian)頻器(qi)(qi)(qi)(qi)可(ke)以達到的最大速度在一定程度上(shang)被(bei)降低。所以，應該(gai)對電(dian)(dian)(dian)機(ji)的有效電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)進(jin)行更好地控(kong)制。變(bian)頻器(qi)(qi)(qi)(qi)在沒(mei)有單(dan)元故障(zhang)的前提下，可(ke)以給電(dian)(dian)(dian)機(ji)帶來100%的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)；如果某單(dan)元被(bei)旁(pang)路(lu)，那(nei)么輸出的電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)就不(bu)會(hui)(hui)再平衡，所以，考慮到單(dan)元的星形點是(shi)不(bu)斷變(bian)化的，與此同時，這些星形點沒(mei)有跟電(dian)(dian)(dian)機(ji)的中(zhong)(zhong)性(xing)點相(xiang)連(lian)接(jie)，能夠對單(dan)元電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的相(xiang)位(wei)角開(kai)展調整，進(jin)而獲得(de)平衡電(dian)(dian)(dian)機(ji)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，該(gai)種方式(shi)相(xiang)當于在單(dan)元電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的指令矢量(liang)當中(zhong)(zhong)增加零(ling)序分(fen)量(liang)，被(bei)稱之為中(zhong)(zhong)性(xing)點漂移。
2. 基(ji)本原理
a. 功率模塊結構
功(gong)率(lv)模塊(kuai)是(shi)基本的(de)交(jiao)一直一交(jiao)單(dan)相逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)，整(zheng)流側是(shi)二極(ji)管三相全橋，通過(guo)針(zhen)對IGBT逆(ni)變(bian)橋開展(zhan)正弦PWM控(kong)制(zhi)，可(ke)以獲得單(dan)相交(jiao)流輸(shu)出。每一個(ge)功(gong)率(lv)模塊(kuai)構成和(he)電(dian)氣性能(neng)是(shi)完全相同的(de)，能(neng)夠進行互換。
輸(shu)入(ru)側(ce)是由移向變(bian)壓(ya)器(qi)對每(mei)一(yi)個(ge)功率(lv)(lv)模塊進(jin)行供電(dian)，移向變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)(de)(de)副邊(bian)繞(rao)組能(neng)夠(gou)分成(cheng)三組，結合模塊串聯級(ji)數以(yi)及(ji)電(dian)壓(ya)等級(ji)，通常(chang)由24、30、42、48脈沖系列等組成(cheng)多級(ji)相互疊(die)加(jia)的(de)(de)(de)整(zheng)流方法，能(neng)夠(gou)在很大程度上改進(jin)網側(ce)的(de)(de)(de)電(dian)流波形，使其負載(zai)條件下的(de)(de)(de)網側(ce)功率(lv)(lv)因素靠近1，不需要任(ren)何諧波抑(yi)制裝置以(yi)及(ji)功率(lv)(lv)因數補償。因為(wei)變(bian)壓(ya)器(qi)副邊(bian)繞(rao)組的(de)(de)(de)獨特性，使得每(mei)個(ge)功率(lv)(lv)單元的(de)(de)(de)主回路保持獨立，類似于常(chang)規低壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)，方便采取當前的(de)(de)(de)最新技術(shu)。
輸(shu)出(chu)側每一個(ge)單元的(de)(de)U、V輸(shu)出(chu)端子互相串接而構(gou)成星形(xing)(xing)(xing)接法給電(dian)機供電(dian)，利用(yong)對每一個(ge)單元的(de)(de)PWM波(bo)形(xing)(xing)(xing)開展(zhan)重組，可以得到(dao)結題正弦(xian)PWM波(bo)形(xing)(xing)(xing)。該種波(bo)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)正弦(xian)度剛剛好，dv/dt比較小，對于電(dian)機以及電(dian)纜的(de)(de)絕緣沒有損(sun)壞，不需要(yao)輸(shu)出(chu)過濾波(bo)器，就能夠增加輸(shu)出(chu)電(dian)纜的(de)(de)長度，可以直接用(yong)在普通電(dian)機上。與(yu)此同時，電(dian)機的(de)(de)諧(xie)波(bo)損(sun)耗大大降低，消(xiao)除(chu)負載機葉片以及軸承的(de)(de)振動。
如(ru)果某(mou)一(yi)個功(gong)率模塊產生故障的時候，利(li)用控制使得輸出端子(zi)短路，可(ke)以把該(gai)單元旁路退出系(xi)統，變頻器就可(ke)以降(jiang)額運行(xing)，這樣一(yi)來(lai)可(ke)以防止(zhi)許多場合之下(xia)的停機造成的損失。
b. 控制(zhi)器(qi)
控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)是由人(ren)(ren)機(ji)操作(zuo)(zuo)界(jie)(jie)(jie)面(mian)、PLC以(yi)及高速單片處理器(qi)所構成(cheng)的(de)(de)(de)。其中人(ren)(ren)機(ji)操作(zuo)(zuo)界(jie)(jie)(jie)面(mian)具備(bei)三種配置(zhi)(zhi)：嵌入式工控(kong)(kong)機(ji)界(jie)(jie)(jie)面(mian)、標準操作(zuo)(zuo)界(jie)(jie)(jie)面(mian)、工控(kong)(kong)PC機(ji)界(jie)(jie)(jie)面(mian)，用(yong)戶(hu)可以(yi)結(jie)合(he)需(xu)求開展(zhan)選取。單片機(ji)進(jin)(jin)行(xing)PWM的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)。人(ren)(ren)機(ji)操作(zuo)(zuo)界(jie)(jie)(jie)面(mian)能夠(gou)(gou)解決用(yong)戶(hu)現場與(yu)高壓變頻調速系統的(de)(de)(de)接(jie)口(kou)問題，實現友好的(de)(de)(de)全中文監(jian)控(kong)(kong)界(jie)(jie)(jie)面(mian)，運用(yong)起來十(shi)分(fen)便捷(jie)，同時能夠(gou)(gou)進(jin)(jin)行(xing)網(wang)絡化控(kong)(kong)制(zhi)以(yi)及遠程監(jian)控(kong)(kong)。內(nei)(nei)置(zhi)(zhi)PLC是用(yong)在柜體內(nei)(nei)開關信號的(de)(de)(de)邏輯處理，能夠(gou)(gou)跟用(yong)戶(hu)進(jin)(jin)行(xing)靈(ling)活的(de)(de)(de)現場接(jie)口(kou)，滿足用(yong)戶(hu)的(de)(de)(de)需(xu)求。
控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)跟(gen)功率單元之間使用的(de)是(shi)光(guang)纖通信(xin)技術(shu)，高壓部(bu)分與低壓部(bu)分可(ke)(ke)以(yi)進行可(ke)(ke)靠徹底(di)的(de)隔離，系統具(ju)備非常好的(de)安(an)全性能，同(tong)時具(ju)備優質的(de)抗電磁干擾性能，在(zai)很大程度上提升(sheng)可(ke)(ke)靠性。此外，在(zai)控(kong)制(zhi)電源(yuan)掉(diao)電的(de)時候，控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)可(ke)(ke)以(yi)通過(guo)配置的(de)UPS繼續供電，使得變頻器(qi)(qi)能夠持續運行。
3. 高壓變頻器在不銹(xiu)鋼管(guan)廠中(zhong)的(de)實際應用(yong)
在不銹鋼管廠當中(zhong)，經過電(dian)爐(lu)煉鋼的(de)(de)(de)主要材料(liao)就(jiu)是一些(xie)鐵合(he)(he)金、渣料(liao)以(yi)及廢鋼等，在電(dian)爐(lu)冶煉、加(jia)料(liao)以(yi)及出鋼等過程當中(zhong)會帶來一些(xie)污染。特別(bie)是在冶煉的(de)(de)(de)氧化期間，會產生眾多的(de)(de)(de)氧氣，含有非常大濃度的(de)(de)(de)煙塵，煙氣的(de)(de)(de)溫度也是最高的(de)(de)(de)。所以(yi)，在設計電(dian)爐(lu)除塵系統的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候(hou)，一般都是結(jie)合(he)(he)這短時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)最大排煙量來確定的(de)(de)(de)。在全部的(de)(de)(de)煉鋼過程當中(zhong)，吹氧期占(zhan)據(ju)比較大的(de)(de)(de)比例(li)，在該段(duan)時(shi)(shi)間當中(zhong)，風(feng)機處(chu)在高負(fu)荷運(yun)(yun)行當中(zhong)，相比較來說，其他時(shi)(shi)段(duan)的(de)(de)(de)風(feng)機處(chu)在低(di)工況運(yun)(yun)行中(zhong)。
在浙江不(bu)銹鋼管廠電爐除(chu)(chu)塵(chen)(chen)系統改造(zao)過程(cheng)當中(zhong)，系統的(de)(de)(de)重要參數包含：選(xuan)取的(de)(de)(de)除(chu)(chu)塵(chen)(chen)風機電機的(de)(de)(de)型(xing)號是(shi)(shi)YKK800-8，它(ta)的(de)(de)(de)額(e)定(ding)電壓是(shi)(shi)10000V，額(e)定(ding)電流是(shi)(shi)127A，額(e)定(ding)轉(zhuan)速是(shi)(shi)747r/min，額(e)定(ding)功(gong)率是(shi)(shi)1800kW。結(jie)(jie)合電爐煉鋼的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)時段設置三(san)種不(bu)同(tong)頻(pin)率，把煉鋼階段的(de)(de)(de)信號傳輸到高壓變頻(pin)器，在高壓變頻(pin)器接收信號之后，結(jie)(jie)合不(bu)同(tong)時期的(de)(de)(de)要求進行頻(pin)率的(de)(de)(de)調整(zheng)，不(bu)但可(ke)以確(que)保除(chu)(chu)塵(chen)(chen)的(de)(de)(de)效果，而(er)且熱量也不(bu)會被帶走。
綜上所述，本(ben)文(wen)(wen)對高(gao)壓變頻器的(de)具體特征、工作原理以及在(zai)不(bu)(bu)銹鋼管(guan)(guan)廠(chang)中(zhong)的(de)節能(neng)(neng)應用開展了(le)探討。在(zai)本(ben)文(wen)(wen)中(zhong)可(ke)以看(kan)到，高(gao)壓變頻器的(de)使用可(ke)以實現(xian)比較好的(de)節能(neng)(neng)作用，在(zai)系統改造(zao)之后可(ke)以給不(bu)(bu)銹鋼管(guan)(guan)廠(chang)節省眾多的(de)能(neng)(neng)源投入，減少了(le)煉鋼的(de)成本(ben)。
