機械論文投稿IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應(yīng)用

　　面對當(dāng)今國內(nèi)外的眾多高壓變頻產(chǎn)品，2001年初，我們組織專業(yè)人員對國內(nèi)外高電壓、大功率的變頻器這一新技術(shù)進(jìn)行了全面慎重的考察論證，最后決定采用國產(chǎn)高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置。

　　《高壓電器》(月刊)創(chuàng)刊于1958年，由西安高壓電器研究所主辦。本刊是我國電工技術(shù)類核心期刊，連續(xù)兩屆被中宣部、國家科委和新聞出版總署評為全國優(yōu)秀期刊，歷屆機械工業(yè)部優(yōu)秀科技期刊、陜西省優(yōu)秀科技期刊。本刊主要報道高壓電器、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)及其相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)和科研成果，開展制造運行經(jīng)驗交流及學(xué)術(shù)討論，并有超前技術(shù)水平和較高知名度的專業(yè)刊物。

　　1 引言

　　廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司(以下簡稱韶鋼)位于韶關(guān)市南郊，占地面積8320m2。韶鋼是中國500家最大工業(yè)企業(yè)和國家512家重點企業(yè)之一，世界100家大型鋼鐵企業(yè)排行第95位，具有年產(chǎn)鋼160萬噸以上能力。煉鐵廠是韶鋼的一個主體生產(chǎn)廠，負(fù)責(zé)公司所需鐵水和鐵塊冶煉。煉鐵廠現(xiàn)有6座高爐，總爐容2405m3，年產(chǎn)生鐵230萬噸。

　　高爐冶煉鐵水過程中產(chǎn)生大量的熔渣，通常是用大流量的中壓水將其降溫并沖散，同時輸送到水渣池回收，作為煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品。高爐生產(chǎn)是不間斷的，一般情況下每天出鐵15次，在高爐出鐵前、后各放一次渣，兩次出渣時間約30min，在此時間內(nèi)要求水沖渣系統(tǒng)的水泵滿負(fù)荷工作，其余時間水泵只需保持約30%水流量防止管道堵塞即可。我廠4#-高爐使用ZGB-300型沖渣泵，機組有關(guān)數(shù)據(jù)如附表

　　原系統(tǒng)運行時，起動前管道進(jìn)出水閥門關(guān)閉，起動后閥門開度約90%，機組全速運行，電網(wǎng)電壓6300V，電機運行電流33A，功率因數(shù)81.6%，耗電功率294kW。不需沖渣水時通過調(diào)節(jié)閥門在30%來調(diào)節(jié)水流量(此時電機電流25A)，耗電功率214kW，一方面導(dǎo)致大量的節(jié)能損失，另一方面頻繁操作閥門，致使其使用壽命大大降低，增加了停產(chǎn)更換閥門的時間，為此我廠決定對4#高爐沖渣泵進(jìn)行改造。

　　2 系統(tǒng)方案選擇

　　在選擇調(diào)速方案時，我們曾從節(jié)省投資出發(fā)考慮過使用調(diào)速型液力偶合器，但由于需將原機組的混凝土基礎(chǔ)全部打掉重新?lián)v制，工作量大、施工周期長，將影響正常生產(chǎn)，為此決定采用高壓變頻調(diào)速器。

　　附表 沖渣泵的技術(shù)參數(shù)

　　采用國產(chǎn)高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置，原因如下:

　　(1) 目前國產(chǎn)高壓大功率變頻器已具備和國外產(chǎn)品相抗衡的技術(shù)水平;

　　(2) 更符合中國國情，如:變頻器性能更適合國內(nèi)電網(wǎng)狀況、全中文操作界面等;

　　(3) 產(chǎn)品備件采購方便;

　　(4) 售后服務(wù)及時、周到 ;

　　(5) 性價比高于國外同類產(chǎn)品。

　　通過招標(biāo)形式，我公司選用了國內(nèi)實力雄厚的成都佳靈電氣制造有限公司生產(chǎn)的JCS-6kV/400kW IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器。

　　3 佳靈IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器原理及特點

　　目前，低壓變頻調(diào)速技術(shù)已比較成熟，但在高壓變頻調(diào)速技術(shù)方面，由于變頻器的核心功率器件耐壓有限，所以高壓變頻器并不象低壓變頻器一樣具有簡單統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了當(dāng)今各種各樣的結(jié)構(gòu)。

　　佳靈高壓變頻器由于解決了IGBT直接串聯(lián)這一世界性難題，使其具有和低壓變頻器一樣簡單的結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品成功融入IGBT直接串聯(lián)技術(shù)、正弦波技術(shù)、抗共模電壓技術(shù)和直接速度控制(DSC)技術(shù)，使得產(chǎn)品具有與其它形式(單元串聯(lián)多重化、中心點箝位三電平等)產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)越性，該產(chǎn)品已被列為“國家重點技術(shù)創(chuàng)新項目”。

　　圖1 IGBT 直接串聯(lián)高壓變頻器原理器

　　圖1可以看出:該系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。其優(yōu)點在于:

　　(1) 整個系統(tǒng)沒有輸入輸出變壓器，體積小重量輕，僅為其他品牌體積的1/2，減少了基建投資，解決了我廠基建空間不足的實際情況。

　　(2) 由于該變頻器結(jié)構(gòu)簡單，無變壓器，所以故障點大大減少，整個系統(tǒng)效率高，額定負(fù)載效率98%以上。

　　(3) 采用正弦波技術(shù)，大大提高輸出波形質(zhì)量，輸出電壓諧波含量小于3%，特有的共模技術(shù)使整個系統(tǒng)的共模電壓及輸出du/dt值完全符合MGI的標(biāo)準(zhǔn)，消除了電機振動現(xiàn)象，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力，不需更換我廠原有的舊電機，無需降容使用。

　　(4) 采用用直接速度控制技術(shù)(DSC)，響應(yīng)速度高于其它同類產(chǎn)品，轉(zhuǎn)矩脈動小，低速仍能保持平滑靜音運行。

　　(5) 可實現(xiàn)工頻旁路，檢修方便，而且具有完善的系統(tǒng)保護(hù)功能。

　　4 改造方案

　　由電機轉(zhuǎn)速公式可知 :

　　n=60f×(1-s)/p

　　其中: s—轉(zhuǎn)差率

　　n—轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)

　　f—電流頻率

　　p—電機的極對數(shù)

　　可見，只要改變電機的頻率f，就可以實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，高電壓大功率變頻器通過控制IGBT(絕緣柵雙極型電力場效應(yīng)管)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使輸出頻率連續(xù)可調(diào)。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓、功率都將發(fā)生變化，即負(fù)荷大時轉(zhuǎn)速大，輸出功率大，負(fù)荷小時轉(zhuǎn)速小，輸出功率也小。