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高压变频器在同步电机上的应用
作者：王哲
来源：《数码设计》2018年第07期
摘要：主抽风机是烧结生产的主要设备之一。其风压、风量的变化，对烧结机生产的影响很大，某钢1号、2号烧结主抽风机采用4600kW/6KV同步电动机，通过改变风门开度来满足烧结生产过程的调节，由于电动机转速不可调节，造成能源浪费，增加了生产成本；水电阻启动电流大，不能连续起动，启动时对电网的冲击压力也较大。新系统采用北京利德华福HARSVERT-A系列高压变频实现对同步电机的启动和优化调节控制。 关键词：高压变频器；同步电机上应用
中图分类号：TF046.4； TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2018）07-0053-02
Abstract： the main air extractor is one of the main equipment in sintering production. The change of wind pressure and air volume has a great influence on the sintering machine production. The 4600kW/6KV synchronous motor is used in the sintering main exhaust machine of a certain steel No. 1 and No. 2 sintering machine. By changing the throttle opening to meet the regulation of the sintering process， because the motor speed can not be adjusted， resulting in energy waste， increasing the production cost， the water resistance starting current is too large to start continuously. The new system adopts HARSVERT-A series high voltage frequency conversion to realize the start up and optimal control of synchronous motor.
Key words： high voltage inverter； application of synchronous motor 1 系统的组成和功能特点
系统考虑由两套高压变频器分别驱动两台高压电动机，当其中一台变频器出现故障时，正常运行的变频器可作为故障变频器所驱动电动机的软启动并将其同步投切到电网。
因此，主抽风机高压变频系统考虑两台分别驱动、二拖二软启动、变频与工频同步投切的功能。整套变频调速系统由2套变压器柜、2套功率柜、两套电抗器+激磁涌流抑制柜、二套控制柜、一套协调控制柜（HCU）、八台高压开关柜（QF3～QF6、QF10～QF13）组成。 1.1二拖二互为备用和在线切换功能
两台风机变频调速装置可以互为备用和在线切换，当一台故障时，另一台可以启动故障变频调速装置所带的电机的要求；以两台变频调速装置分别对应拖动两台风机运行，当TF1变频调速装置出现故障的工况为例，系统切换过程如下：协调控制单元向TF2发出同步切换至工频
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请求→TF2拖动M2提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3°；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF14合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8分闸，M2完全转换为工频直接拖动→协调控制单元向TF2发出的同步切换请求指令撤销，同时向QF13发合闸指令，由TF2拖动M1→协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M1提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF7合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF13分闸，M1完全转换为工频直接拖动。 1.2采用HCU协调控制技术
HCU协调控制技术是指在高压变频应用系统中实现工频与变频运行方式之间，以及同系统设备之间的一种综合协调控制技术。该项技术从根本上解决了高压变频器在生产系统应用过程中对系统安全稳定性的影响，进一步优化系统工艺，提高节能效果。真正实现变频应用系统的高可靠、安全、稳定运行，同时节约大量的项目投资和施工成本，实现最佳的系统控制性能和节能收益。
2 系统的经济效益分析
1号、2号烧结机运行的负压为15.2 kPa左右，在一般生产条件下，如工况情况发生变化，烧结主抽风机在采用高压变频调速前通只能采用人工对风门的调节来适应工况的变化，无法使烧结气流合理地进行调节。采用变频调速后，原来风门控制的风量变成由转速来控制，从输出功率P与风机转速关系p=KW3（其中K为风机常数，W为电动机旋转角频率）可知，风量须减少时转速下降，P随转速立方倍下降。因此，烧结主抽风机通过高压变频调速，合理地控制主抽风机的运行状态，大大降低了炼铁烧结的工序能耗。 2.1工频状态下耗电计算
根据现场提供的电机工频运行实际功耗，得出电机工频状态下的功率Pd见表2。 2.2节能理论计算分析
（1）某钢2×90m2烧结机目前处于满负荷生产状态，产量要求较高因此，进行主抽高压变频改造，变频器将处于高位运行状态，按变频数调整到48～49Hz，理论节电效果为6%～10%，实际节电效果为年节电量为2530000kWh节电费用134万元/年。
（2）对4小时以内的非检修停机时间，考虑到开停风机的可能带来的问题，目前2×90m2烧结机的生产操作采用不停风机、关闭风门的方式，节电效果非常明显（参见表3）。
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在以上状态时，变频将起到良好的节电作用。
月平均35.39小时，年停机425小时，则年节电量为1275000kWh节电费用68万元/年。 结合以上三部分的节电效果，变频改造后的直接年节电效益为：每年节约电费为：124+34+50=208万元。 3 结语
大型烧结机主抽风机系统中采用异步电机配套高压变频控制技术，具有节约电耗、运行成本低、系统可靠、维护简单特点。国内同类企业采用此项技术可实现节电约10%左右。日前，节能降耗成为影响某钢未来发展的重大问题，受到格外重视。各项节能工作都在有序地开展，该项目经过近四个月的设计、施工和安装调试，某钢大功率同步高压电机变频改造在炼铁厂烧结车间顺利完成，并取得了预期的效果。 参考文献：
[1]吴忠志，吴加林，编著.中（高）压大功率变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社，2003：1-35.
[2]杨庆柏.高压变频器的应用[J].电气时代，2003，（10）：86-88.