摘 要：介紹高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。闡述變頻調(diào)速節(jié)能原理和節(jié)能效果。通過改造，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高一高”變換形式，變頻器包括1臺(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，根據(jù)需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。由變頻器直接控制電機(jī)，可以任意設(shè)定時(shí)間來調(diào)速驅(qū)動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)，風(fēng)門可以全部打開，完全由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，提高了傳動(dòng)效率。電機(jī)的電壓、電流明顯下降，電機(jī)輸入功率明顯減少，其使整個(gè)系統(tǒng)避免了全負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，節(jié)電率在20％ ～ 70%之間。 關(guān)鍵詞：除塵風(fēng)機(jī)；變頻器；輸入功率；PLC [align=center][b]Application of High Voltage Inverter Based on the Dust Abatement Fan OU Jian[/b][/align] Abstract：The application of high voltage inverter in the dust abatement fan is introduced in this paper ， discussing the principle of energy saving and the efficiency of energy saving ． The high voltage inverter modulating velocity system uses the direct”higher — higher”transformation form ． The inverter includes one PLC that places inside . which is used for the logic processing of the switch signals inside the cabinet and the coordination of various operation semaphores and the status semaphores on the spot，and which controls the amount of the switch signals according to the demands and improves the system S flexibility ． With the inverter directly governing electromotor，time can be set freely to modulate velocity and drive the dust abatement fan ． The air throttle may open wide and the current capacity is completely adj usted by the rotational speed，which enhance the transmission efficiency ． The electromotor voltage and the electric current drop obviously ． The power input of the electromotoris also reduced obviously ．Therefore ， the whole system avoids big electric current impact when it starts at its greatest capacity load and 20 一70 of the power is saved．The application realizes the high efficient operation of the dust abatement fan ， retrenching energy ． Keywords：dust abatement fan；inverter；input power；PIC 1 引 言 近年來，隨著變頻技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用也從以節(jié)能為目的，發(fā)展到以提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化及環(huán)境保護(hù)為目的，成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場競爭力的有效手段之一。 在煉鋼廠轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，會(huì)排出大量煙塵，含有易燃?xì)怏w和金屬顆粒，污染環(huán)境，按我國《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297—1996），對(duì)煙塵須冷卻、凈化，由引風(fēng)機(jī)將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。每座轉(zhuǎn)爐配有1套除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)采用二級(jí)文氏管煙塵凈化方式，要求風(fēng)機(jī)在整個(gè)煉鋼工作周期內(nèi)變速運(yùn)行，吹氧時(shí)高速運(yùn)行，不吹氧時(shí)低速運(yùn)行。除塵風(fēng)機(jī)在煉鋼廠屬主要高耗能設(shè)備，其容量一般都是根據(jù)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷條件選擇，但在實(shí)際運(yùn)行中往往比設(shè)計(jì)要小得多。如果電機(jī)不采用變頻調(diào)速控制，則流量通常只能通過調(diào)節(jié)擋板或閥門控制，其結(jié)果是造成很大的能量損耗。采用變頻器將電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，則耗能量將會(huì)顯著減少，生產(chǎn)巨大的節(jié)能、環(huán)保效益。下面以某煉鋼廠4#爐除塵風(fēng)機(jī)經(jīng)技術(shù)改造采用高壓變頻調(diào)速的原理分析。 [b]2 系統(tǒng)方案 2．1 設(shè)備配置[/b] 除塵風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)主回路接線圖如圖l所示，其為一拖一控制，設(shè)置工頻／變頻切換柜，以保證除塵風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行。要求可以遠(yuǎn)程和本機(jī)控制。風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，如果變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障，變頻器自動(dòng)停機(jī)。遠(yuǎn)程控制時(shí)，通過操作臺(tái)工頻／變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)吹煉周期結(jié)束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺(tái)工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機(jī)控制時(shí)，通過變頻器控制柜工頻／變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)吹煉周期結(jié)束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把變頻器工頻／變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速。 [b]2．2 除塵風(fēng)機(jī)工藝要求 2．2．1 吹煉工藝周期[/b] 如圖2所示：A到B為兌鐵加廢鋼時(shí)間，約1 min。B到C為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間，暫定1 min，可以調(diào)節(jié)。c到D為吹氧時(shí)間，約14 min。D 點(diǎn)風(fēng)機(jī)開始減速，暫定3 rain，可以調(diào)節(jié)。D 到E為倒?fàn)t測溫取樣時(shí)間，約2 rain。E到F為出鋼時(shí)間，約2 min。F到G為濺渣時(shí)問，約3 min。整個(gè)吹煉工藝周期約26 min，其中高速時(shí)間（C到D）12 min。高速定為45 Hz，可以調(diào)節(jié)；低速定為20 Hz，可以調(diào)節(jié)。 2．2．2 變頻器和現(xiàn)場接口 在B點(diǎn)，將爐前、爐后和氧氣流量信號(hào)送到4#爐電磁站PLC電氣站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對(duì)閉合節(jié)點(diǎn)（繼電器吸合時(shí)，變頻器高速運(yùn)轉(zhuǎn)；繼電器釋放時(shí)，變頻器低速運(yùn)行），當(dāng)在爐前操作并有氧流量時(shí)，繼電器吸合，變頻器開始從低速向高速升速，在c點(diǎn)現(xiàn)場操作工進(jìn)行吹煉。在D點(diǎn)，準(zhǔn)備出鋼，爐前工轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到爐后或沒有吹煉的時(shí)間超過15 min，繼電器釋放，變頻器開始降速，降速時(shí)間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，變頻器應(yīng)能滿足提速要求。爐前、爐后和氧氣流量信號(hào)組合圖PLC程序如下圖3所示。 程序控制說明：爐前操作吹煉時(shí)，接點(diǎn)M20．1和M2．0通，將置位復(fù)位觸發(fā)器RS置位，此時(shí)Q20．2有輸出，同時(shí)由Q20．2輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器，從而由繼電器接點(diǎn)送給高壓變頻器高低速信號(hào)（繼電器通為高速，斷為低速）；當(dāng)爐前工轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到爐后或沒有吹煉的時(shí)間超過15 min時(shí)，T44或T45或M20．2通，置位復(fù)位觸發(fā)器RS復(fù)位，Q20．2沒有輸出，繼電器釋放，變頻器降速。 [b]3 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng) 3．1 監(jiān)控和操作[/b] 當(dāng)除塵風(fēng)機(jī)不吹煉時(shí)，只需要很低的轉(zhuǎn)速，根本不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻運(yùn)行，既保證和改善了工藝，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。 采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造具體實(shí)現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機(jī)控制，也可以遠(yuǎn)程操作。變頻器包括1臺(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)（如RS 485）的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺(tái)進(jìn)行操作，吹煉時(shí)（B到D），變頻器高速運(yùn)行，不吹煉時(shí)，變頻器低速運(yùn)行。可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定，其完全可以滿足工藝要求。變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)如圖4所示。 現(xiàn)場操作人員可以通過上位機(jī)或操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作并監(jiān)控變頻器運(yùn)行狀態(tài)。 上位機(jī)：可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況；另一方面，也利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，故障問題可以及時(shí)得到解決。 操作臺(tái)：可以通過操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行簡單的遠(yuǎn)程操作，包括工頻／變頻切換。 3．2 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理 HARSVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高一高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串并聯(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(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4 ，直接滿足IEEE519—1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，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(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、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(jī)，630 kW／6 kV變頻系統(tǒng)共有21個(gè)功率單元，每7個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。 3．2．1 功率單元 每個(gè)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(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。 單元旁路功能：當(dāng)某個(gè)功率模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行，變頻裝置不停機(jī)，但需降額使用，即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時(shí)，封鎖對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào)，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)電流能通過，仍形成通路。 為保證三相輸出電壓對(duì)稱，在旁路故障功率單元的同時(shí)，另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。對(duì)于6 kV的變頻器每相由7個(gè)功率單元串聯(lián)而成，當(dāng)每相1個(gè)單元被旁路后，每相剩下6個(gè)功率單元，輸出最高電壓為額定電壓的85 9／6，輸出電流仍可達(dá)到100 ，輸出功率仍可達(dá)到85 左右，對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載轉(zhuǎn)速仍可達(dá)92 以上，基本能維持生產(chǎn)要求，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 3．2．2 變壓器柜 主要包括為功率單元供電的移相變壓器，還有輸入側(cè)的電壓、電流檢測器件電壓互感器和電流互感器，以及溫度檢測器件溫控器。 3．2．3 功率柜 柜內(nèi)主要對(duì)功率單元進(jìn)行組合，通過每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的PWM 波形進(jìn)行重組，得到非常好的PWM 波形，dv／dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無需輸出濾波器，輸出電纜長度長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉輪的機(jī)械應(yīng)力。柜內(nèi)還附帶輸出電流和電壓檢測功能。 3．2．4 風(fēng)機(jī) 變壓器柜配置6臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，由溫控儀控制其起停，當(dāng)變壓器負(fù)荷增大，運(yùn)行溫度上升，當(dāng)繞組溫度達(dá)80℃ 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻；當(dāng)繞組溫度低至70℃ 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)。當(dāng)變壓器繞組溫度繼續(xù)升高，若達(dá)到110℃ 時(shí)，系統(tǒng)輸出超溫報(bào)警信號(hào)；若溫度繼續(xù)上升達(dá)130℃ ，變壓器迅速跳閘。柜體上還設(shè)置了溫度顯示系統(tǒng)。功率柜根據(jù)功率大小配置2臺(tái)具有世界領(lǐng)先技術(shù)，德國進(jìn)口EBM 一后向離心式冷卻風(fēng)機(jī)（裕量大，單臺(tái)容量占總排量的50 ）；如需將熱量直接排至室外，可增設(shè)風(fēng)道。 3．2．5 控制柜 控制器核心由高速單片機(jī)和工控PC協(xié)同運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。工控PC提供友好的全中文Windows監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。 控制器還包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。 4 節(jié)能分析 這里以4#除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器改造前后，兩年同期相比，以噸鋼電耗來分析節(jié)能數(shù)據(jù)（單位：度／噸鋼）。具體數(shù)據(jù)如表1所示。 從上表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，2006年1月～5月與2007年1月～5月相比較，噸鋼電耗有較大幅度下降，下降達(dá)：22．76 ，其中很大一塊的節(jié)電是由高壓變頻器完成的。 從表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看，2006年1月～5月同2007年1月～5月相比，4#除塵風(fēng)機(jī)共節(jié)約用電105．5萬度，平均每月節(jié)約用電21．1萬度，年節(jié)電量可估算為：21．1×12—253．2萬度。以電價(jià)0．51元／度計(jì)算，4#除塵風(fēng)機(jī)年節(jié)電總額為：253．2×0．51—129（萬元） 5 結(jié) 語 從以上分析及運(yùn)行情況來看，在除塵風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速后，由變頻器直接控制電機(jī)，通過調(diào)速驅(qū)動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)，提高傳動(dòng)效率。電機(jī)的電壓、電流明顯下降，電機(jī)輸入功率明顯減少。運(yùn)行工況點(diǎn)明顯改善，風(fēng)門可以全部打開，完全由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，對(duì)生產(chǎn)操作極為方便、控制精度高、響應(yīng)速度快、而且高壓變頻器調(diào)速時(shí)間可以任意設(shè)定，避免了全負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，使整個(gè)系統(tǒng)工作平穩(wěn)并有利于除塵風(fēng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，延長使用壽命。節(jié)電率在20 ～70 之間，具有巨大的節(jié)能效益。 參考文獻(xiàn) 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