江西省新余新鋼建設公司 徐 亮

中壓變頻器在燒結廠主引風機同步電動機中的應用

江西省新余新鋼建設公司 徐 亮

當前，國家對鋼鐵企業(yè)的宏觀調控政策不斷出臺，其中，節(jié)能減排是重中之重，符合當前的環(huán)保理念。很明顯，在冶金行業(yè)中，鋼鐵企業(yè)是節(jié)能減排工作的重點。主引風機在燒結生產當中發(fā)揮重要作用，其風壓、風量發(fā)生變動會對燒結生產一定程度的影響。此部分電能消耗較大，對引風機進行合理控制，就能起到良好的節(jié)能作用。

中壓變頻器；引風機；同步電動機

當前，市場化進程不斷深化，鋼鐵行業(yè)的競爭較為激烈，應該引進相應的新技術，實施有效的能耗管理，對企業(yè)的生產成本進行合理控制，如此才能在競爭中獲得優(yōu)勢。在燒結生產當中，引風機等設備電能消耗較大，使用中壓變頻器對其進行改造，能夠起到良好的節(jié)能效果。

1 節(jié)能降耗需求分析

引風機的風量調節(jié)主要依靠風門擋板，但運行一段時間后，往往風門擋板的調節(jié)功能存在缺陷。在調節(jié)風量的過程中，風門擋板讓風道的阻力特性發(fā)生變動，但此時的驅動源電力的輸出功率并未發(fā)生變化，節(jié)流損失相對較大，很多電能被浪費；實際，擋風板兩側存在壓力差，容易損壞風門，繁重任務全力運轉后，由于震動較為劇烈、噪音大、損耗強、軸承磨損強烈；無法在調節(jié)的過程中達到很精確的目的，線性度較差，動態(tài)響應速度無法符合實際要求；水電阻只能在電機運行之后產生作用，風機調節(jié)風量仍然需要在風門的輔助之下才能實現，電機能耗依舊較高，水電阻維護量偏大。

2 風機風量調節(jié)以及變頻原理分析

2.1 風機相似理論

風機的流量、運轉壓力、軸功率和轉速之間存在較為復雜的聯系，其負荷受環(huán)境參數變化干擾而產生相應的變化。在正式研究中，參照風機運轉曲線展開大概的參數計算，被稱為風機相似理論，具體如下：

對上式進行分析，Q表示風量，也就是單位時間內流經風機的空氣量；H表示風壓，也就是空氣通過風機的時候，對每立方米空氣施加的總能量；P表示軸功率，也就是風機運轉的整體有效功率。

2.2 變頻節(jié)能原理研究

根據流體力學知識可知，風機的軸功率、風量、風壓三者之間的關系為：

電動機的轉速會發(fā)生變化，從n1變到n2的時候，上述三個參數與電機轉速之間的關系為：

分析上式可知，Q與n成正比，P和n的特定立方形式成正比。所以，如果在工作中需要將額定風量限定為80%，可調電機轉速為80%，即將頻率設定為40Hz，實際上此時需要的功率只是額定功率的51.2%，對電機實施變頻之后的節(jié)能效果如圖1所示。

圖1 風機運轉曲線

從圖1分析可知，當風量從Q2降低到Q1之后，倘若運用調整風門擋板的方式，管網阻力會持續(xù)增強，其曲線就會產生上移的情況，整個體系運轉工況點從A變動到B的時候，需要的軸功率P2和面積OQ2BH2呈現整理比關系。在使用變頻調速方式的情況下，轉速由n1降低到n2，相應的管網特征并沒出現改變，但是風機特征相應的曲線出現下移的情況，此時工況點從A變動到C。這種情況需要的軸功率P3和OQ2CHB表示的面積呈現正比例關系。與此同時，調速好風機效率不變，保證高效運轉，但是風門調整使相應的效率發(fā)生改變，與額定點之間的偏差逐漸增大，表明效率逐步降低。綜合考慮減速造成的效率降低和調整過程中的損失，在調整支護節(jié)能可能達到30%-60%。

3 中壓變頻器應用方案

3.1 Ariert-F中壓變頻器性能特點

通過結合燒結廠的實際情況，決定選用Ariert-F中壓變頻器。該變頻器是由金自天正聯合美國艾默生公司合作研發(fā)的新型電機節(jié)能設備，質量和性能較佳。

Ariert-F中壓變頻器可以在風機、泵、研磨機等設備當中進行應用，實現變頻調速的目的，能夠滿足工藝控制要求，控制電機能量消耗，符合現有的節(jié)能環(huán)保理念。而且設備的操作比較簡單，維護便捷，提升電機的可靠性，并達到節(jié)能效果，讓電機的耐久性得到加強。

設備的功率范圍，10KV：500-9000KVA，此種類型匹配的電機為370-7200KW；6KV：400-5600KVA，與315-4500KW的電機匹配。

有/無速度傳感器矢量控制，可以應用在高性能通用變速驅動中；能夠順應安排好的多段速曲線運轉，段速之多能夠安置16個，鄰近2個段速間的加減速斜率需要參照現實情況進行設置；輸入電壓產生偏差之后，可以對PWM調制比進行重新安排，確保輸出電壓穩(wěn)定而不影響正常設備運轉；當設備在V/F的控制模式運轉時，變頻器可以參照設置好的轉差系數可以達到轉差補償的目的；變頻器可能在運轉的過程中出現輸入側故障、輸出側故障、配置故障、通信故障等，當這些故障出現時，變頻器會自動開啟保護，也會做出相應的警報提示；當設備處于V/F運行模式時，如果電機處于加減速以及穩(wěn)定運轉之中，可以根據設備的需求開啟手/自動轉矩提升功能，在保證電機輸出不過流前提下提升電機輸出轉矩，增強設備動態(tài)性能。

圖2 一拖一中壓變頻主回路示意圖

3.2 主引風機同步電機改進方案

使用Ariert-F中壓變頻器對主引風機進行一拖一變頻改進，經過改進之后，主引風機既可以工頻運轉，也可以實現變頻運轉，一旦主引風機出現故障，就可以切換到工頻模式順利實現不間斷運轉。

此方案需要使用變頻器、旁路柜、高壓開關以及電動機，具體如圖2所示。其中，QS1、QS2、QS3代表三個高壓隔離開關，當QS3處于斷開狀態(tài)，另外2個開關閉合，變頻開始發(fā)揮作用；當QS3閉合，另外2個開關斷開時，設備處于工頻運行狀態(tài)。其中，QS2和QS3兩者之間屬于機械互鎖邏輯關系，無法在同一時間閉合。

改進操作箱，保留原功能基礎上添加變頻器控制接口，將變頻器的合、分閘、故障跳閘信號接入變電所的中壓斷路器的控制回路之中，保留了電氣開啟的方式，不改變中壓電機繼電保護，而且讓變頻器處于更強的保護之中，讓變頻器和同步電動機的運轉處于更加安全的狀態(tài)。

4 應用中壓變頻器效果分析

4.1 經濟效益

新鋼燒結廠使用中壓變頻器對主引風機同步電動機進行改進，對其運行15天的運行狀態(tài)記錄，發(fā)現其調速范圍較大，及時電網電壓變化較大仍然能夠正常工作。改造之前的每天耗電量為29100kW·h，改進之后為10200KW·h；改進前運轉電流為92A，改造之后則為39A。以0.5元/kW·h的電費標準進行計算，一臺主引風機每年可以節(jié)省電費3449250元，由此可見，使用中壓變頻器之后，節(jié)約了大量電能和資金。

4.2 主引風機同步電機改進的企業(yè)優(yōu)勢

經過變頻之后，電動機實現軟啟動，整個過程十分穩(wěn)定，減輕了電機啟動瞬間的電流沖擊，讓電機使用壽命得以延長，節(jié)約了維修成本；網側功率明顯提升，在沒有無功補償裝置的輔助也可以順利降低無功功率出現的頻率，節(jié)省上游設備的資金消耗；在使用中壓變頻器之后，變頻設備操作便利，出現故障也能很容易得到發(fā)現和處理。

5 總結

冶煉行業(yè)的能耗問題早已引起各界的重視，節(jié)能不僅能夠節(jié)省企業(yè)成本，也會獲得良好的社會效益，符合節(jié)能環(huán)保理念。對燒結廠的主引風機進行改造，降低原高能耗，讓同步電機高效運行，改造后燒結廠的經濟效益與社會效益均有明顯提升。

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