隨著我國(guó)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重,能源的日益匱乏,這就需要鋼鐵企業(yè)減少能源的消耗,發(fā)展低碳、環(huán)保的節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)。高壓變頻器采用了變頻調(diào)速技術(shù),針對(duì)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的降損與增效有明顯效果,所以不銹鋼管廠采用高壓變頻技術(shù)對(duì)其節(jié)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(diǎn),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(jié)能應(yīng)用,希望給業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定的幫助。


 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及能源的日趨匱乏,人們?yōu)榱松?,逐漸開(kāi)始重視節(jié)能技術(shù)的使用。對(duì)于節(jié)能技術(shù)的使用,怎么樣實(shí)現(xiàn)低能耗與高效率的完美結(jié)合是一個(gè)永久的話題,同時(shí)也是解決當(dāng)前能源危機(jī)的唯一途徑。針對(duì)不銹鋼管廠而言,節(jié)約能源是重點(diǎn)工作之一,在電氣的節(jié)能當(dāng)中,變頻器是關(guān)鍵設(shè)備之一。因?yàn)殇撹F企業(yè)負(fù)載當(dāng)中具備眾多的風(fēng)機(jī)以及水泵,它們?cè)诠ぷ鳟?dāng)中常常需要速度變化,高壓變頻器的使用很好的符合了該特征,滿足了鋼鐵企業(yè)對(duì)于高壓大容量電機(jī)的節(jié)能要求。


1. 高壓變頻器工作特點(diǎn)


 a. 波形完美


  高壓變頻器輸入的諧波符合我國(guó)的規(guī)定,它對(duì)諧波進(jìn)行抑制的重要方式就是設(shè)計(jì)多重化的輸入變壓器,然后形成多脈沖整流。從理論方面來(lái)說(shuō),針對(duì)36脈沖整流而言,其中35次及其以下的諧波可以進(jìn)行自動(dòng)抵消。比如,某單位變壓器當(dāng)中二次繞組包含18個(gè),使用三角形連接方式開(kāi)展連接,可以得到6個(gè)不相同的相位組,電角度差10度,二極管整流線路總共可以形成36脈波,對(duì)于當(dāng)中的諧波開(kāi)展檢測(cè),其畸變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求的標(biāo)準(zhǔn),在沒(méi)有使用濾波器的條件下,其THD是2%。


b. 具有較高的輸入功率因數(shù)


 干擾變頻器輸入功率因素的關(guān)鍵是其中間的直流環(huán)節(jié),針對(duì)電壓源型而言,其中間的直流環(huán)節(jié)是電容,電容會(huì)給電機(jī)帶來(lái)無(wú)功電流,跟電網(wǎng)之間是沒(méi)有無(wú)功交換的,可以確保比較高的功率因數(shù);針對(duì)電流源型而言,它需要電網(wǎng)跟電機(jī)之間進(jìn)行無(wú)功功率的交換,高功率因素很難被保障,而且如果電機(jī)的負(fù)荷減少的時(shí)候,功率因素也會(huì)隨之減少。在高壓變頻器的中間流程中,使用的是電壓源型的電容,所以,輸入功率因數(shù)是比較高的。


 c. 單元旁路功能


 在高壓變頻器當(dāng)中,假如有一個(gè)單元出現(xiàn)故障,與該單元對(duì)應(yīng)的相將不會(huì)有電壓輸出,使得電機(jī)缺相工作,該種情況是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。所以,可以在高壓變頻器中加入單元旁路功能,它的工作原理是如果某單元產(chǎn)生故障之后,該單元會(huì)讓相對(duì)應(yīng)的旁路接觸器作為旁路導(dǎo)通,自身不參加工作,變頻器還可以正常運(yùn)行。旁路時(shí)間在250ms以內(nèi),從物理層面而言,這一時(shí)間段完全可以把故障單元旁路掉。與此同時(shí),高壓變頻器當(dāng)中還運(yùn)用了中性點(diǎn)漂移技術(shù),可以確保三相線電壓的平衡。


 d. 中性點(diǎn)漂移

 

 高壓變頻器的單元旁路功能可以確保變頻器的正常工作,然而在故障單元被旁路以后,相對(duì)應(yīng)的電壓容量將會(huì)降低,使得變頻器可以達(dá)到的最大速度在一定程度上被降低。所以,應(yīng)該對(duì)電機(jī)的有效電壓進(jìn)行更好地控制。變頻器在沒(méi)有單元故障的前提下,可以給電機(jī)帶來(lái)100%的電壓;如果某單元被旁路,那么輸出的電壓就不會(huì)再平衡,所以,考慮到單元的星形點(diǎn)是不斷變化的,與此同時(shí),這些星形點(diǎn)沒(méi)有跟電機(jī)的中性點(diǎn)相連接,能夠?qū)卧妷旱南辔唤情_(kāi)展調(diào)整,進(jìn)而獲得平衡電機(jī)電壓,該種方式相當(dāng)于在單元電壓的指令矢量當(dāng)中增加零序分量,被稱之為中性點(diǎn)漂移。



2. 基本原理


 a. 功率模塊結(jié)構(gòu)


 功率模塊是基本的交一直一交單相逆變電路,整流側(cè)是二極管三相全橋,通過(guò)針對(duì)IGBT逆變橋開(kāi)展正弦PWM控制,可以獲得單相交流輸出。每一個(gè)功率模塊構(gòu)成和電氣性能是完全相同的,能夠進(jìn)行互換。


 輸入側(cè)是由移向變壓器對(duì)每一個(gè)功率模塊進(jìn)行供電,移向變壓器的副邊繞組能夠分成三組,結(jié)合模塊串聯(lián)級(jí)數(shù)以及電壓等級(jí),通常由24、30、42、48脈沖系列等組成多級(jí)相互疊加的整流方法,能夠在很大程度上改進(jìn)網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負(fù)載條件下的網(wǎng)側(cè)功率因素靠近1,不需要任何諧波抑制裝置以及功率因數(shù)補(bǔ)償。因?yàn)樽儔浩鞲边吚@組的獨(dú)特性,使得每個(gè)功率單元的主回路保持獨(dú)立,類似于常規(guī)低壓變頻器,方便采取當(dāng)前的最新技術(shù)。


 輸出側(cè)每一個(gè)單元的U、V輸出端子互相串接而構(gòu)成星形接法給電機(jī)供電,利用對(duì)每一個(gè)單元的PWM波形開(kāi)展重組,可以得到結(jié)題正弦PWM波形。該種波形的正弦度剛剛好,dv/dt比較小,對(duì)于電機(jī)以及電纜的絕緣沒(méi)有損壞,不需要輸出過(guò)濾波器,就能夠增加輸出電纜的長(zhǎng)度,可以直接用在普通電機(jī)上。與此同時(shí),電機(jī)的諧波損耗大大降低,消除負(fù)載機(jī)葉片以及軸承的振動(dòng)。


 如果某一個(gè)功率模塊產(chǎn)生故障的時(shí)候,利用控制使得輸出端子短路,可以把該單元旁路退出系統(tǒng),變頻器就可以降額運(yùn)行,這樣一來(lái)可以防止許多場(chǎng)合之下的停機(jī)造成的損失。


 b. 控制器


 控制器是由人機(jī)操作界面、PLC以及高速單片處理器所構(gòu)成的。其中人機(jī)操作界面具備三種配置:嵌入式工控機(jī)界面、標(biāo)準(zhǔn)操作界面、工控PC機(jī)界面,用戶可以結(jié)合需求開(kāi)展選取。單片機(jī)進(jìn)行PWM的控制。人機(jī)操作界面能夠解決用戶現(xiàn)場(chǎng)與高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的接口問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)友好的全中文監(jiān)控界面,運(yùn)用起來(lái)十分便捷,同時(shí)能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。內(nèi)置PLC是用在柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理,能夠跟用戶進(jìn)行靈活的現(xiàn)場(chǎng)接口,滿足用戶的需求。


 控制器跟功率單元之間使用的是光纖通信技術(shù),高壓部分與低壓部分可以進(jìn)行可靠徹底的隔離,系統(tǒng)具備非常好的安全性能,同時(shí)具備優(yōu)質(zhì)的抗電磁干擾性能,在很大程度上提升可靠性。此外,在控制電源掉電的時(shí)候,控制器可以通過(guò)配置的UPS繼續(xù)供電,使得變頻器能夠持續(xù)運(yùn)行。


3. 高壓變頻器在不銹鋼管廠中的實(shí)際應(yīng)用


 在不銹鋼管廠當(dāng)中,經(jīng)過(guò)電爐煉鋼的主要材料就是一些鐵合金、渣料以及廢鋼等,在電爐冶煉、加料以及出鋼等過(guò)程當(dāng)中會(huì)帶來(lái)一些污染。特別是在冶煉的氧化期間,會(huì)產(chǎn)生眾多的氧氣,含有非常大濃度的煙塵,煙氣的溫度也是最高的。所以,在設(shè)計(jì)電爐除塵系統(tǒng)的時(shí)候,一般都是結(jié)合這短時(shí)間的最大排煙量來(lái)確定的。在全部的煉鋼過(guò)程當(dāng)中,吹氧期占據(jù)比較大的比例,在該段時(shí)間當(dāng)中,風(fēng)機(jī)處在高負(fù)荷運(yùn)行當(dāng)中,相比較來(lái)說(shuō),其他時(shí)段的風(fēng)機(jī)處在低工況運(yùn)行中。


 在浙江不銹鋼管廠電爐除塵系統(tǒng)改造過(guò)程當(dāng)中,系統(tǒng)的重要參數(shù)包含:選取的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)的型號(hào)是YKK800-8,它的額定電壓是10000V,額定電流是127A,額定轉(zhuǎn)速是747r/min,額定功率是1800kW。結(jié)合電爐煉鋼的不同時(shí)段設(shè)置三種不同頻率,把煉鋼階段的信號(hào)傳輸?shù)礁邏鹤冾l器,在高壓變頻器接收信號(hào)之后,結(jié)合不同時(shí)期的要求進(jìn)行頻率的調(diào)整,不但可以確保除塵的效果,而且熱量也不會(huì)被帶走。


 綜上所述,本文對(duì)高壓變頻器的具體特征、工作原理以及在不銹鋼管廠中的節(jié)能應(yīng)用開(kāi)展了探討。在本文中可以看到,高壓變頻器的使用可以實(shí)現(xiàn)比較好的節(jié)能作用,在系統(tǒng)改造之后可以給不銹鋼管廠節(jié)省眾多的能源投入,減少了煉鋼的成本。