基于IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用分析

1、基于IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用分析    摘要：高炉冶炼铁水过程中产生大量的熔渣，通常是用大流量的中压水将其降温并冲散，同时输送到水渣池回收，作为炼铁生产的副产品。高炉生产是不间断的，一般情况下每天出铁15次，在高炉出铁前、后各放一次渣，两次出渣时间约30min，在此时间内要求水冲渣系统的水泵满负荷工作，其余时间水泵只需保持约30%水流量防止管道堵塞即可。我厂4#-高炉使用zgb-300型冲渣泵，机组有关数据如附表原系统运行时，起动前管道进出水阀门关闭，起动后阀门开度约90%，机组全速运行，电网电压6300v，电机运行电流33a，功

2、率因数81.6%，耗电功率294kw。不需冲渣水时通过调节阀门在30%来调节水流量(此时电机电流25a)，耗电功率214kw，一方面导致大量的节能损失，另一方面频繁操作阀门，致使其使用寿命大大降低，增加了停产更换阀门的时间，为此我厂决定对4#高炉冲渣泵进行改造。关键词：IGBT 直接串联 高压变频器 炼铁厂 冲渣泵1  引言广东省韶关钢铁集团有限公司(以下简称韶钢)位于韶关市南郊，占地面积8320m2。韶钢是中国500家最大工业企业和国家512家重点企业之一，世界100家大型钢铁企业排行第95位，具有年产钢160万吨以上能力。炼铁厂是

3、韶钢的一个主体生产厂，负责公司所需铁水和铁块冶炼。炼铁厂现有6座高炉，总炉容2405m3，年产生铁230万吨。 2  系统方案选择在选择调速方案时，我们曾从节省投资出发考虑过使用调速型液力偶合器，但由于需将原机组的混凝土基础全部打掉重新捣制，工作量大、施工周期长，将影响正常生产，为此决定采用高压变频调速器。附表  冲渣泵的技术参数面对当今国内外的众多高压变频产品，2001年初，我们组织专业人员对国内外高电压、大功率的变频器这一新技术进行了全面慎重的考察论证，最后决定采用国产高电压、大功率变频调速装置，原因如下:(1) 目前国产高压大功

4、率变频器已具备和国外产品相抗衡的技术水平;(2) 更符合中国国情，如:变频器性能更适合国内电网状况、全中文操作界面等;(3) 产品备件采购方便;(4) 售后服务及时、周到 (5) 性价比高于国外同类产品。通过招标形式，我公司选用了国内实力雄厚的成都佳灵电气制造有限公司生产的jcs-6kv/400kw igbt直接串联高压变频器。3  佳灵igbt直接串联高压变频器原理及特点目前，低压变频调速技术已比较成熟，但在高压变频调速技术方面，由于变频器的核心功率器件耐压有限，所以高压变频器并不象低压变频器一样具有简单统一的拓

5、扑结构，从而产生了当今各种各样的结构。佳灵高压变频器由于解决了igbt直接串联这一世界性难题，使其具有和低压变频器一样简单的结构。该产品成功融入igbt直接串联技术、正弦波技术、抗共模电压技术和直接速度控制(dsc)技术，使得产品具有与其它形式(单元串联多重化、中心点箝位三电平等)产品无法比拟的优越性，该产品已被列为“国家重点技术创新项目”。 图1 igbt 直接串联高压变频器原理器图1可以看出:该系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电

6、动机。其优点在于:(1) 整个系统没有输入输出变压器，体积小重量轻，仅为其他品牌体积的1/2，减少了基建投资，解决了我厂基建空间不足的实际情况。(2) 由于该变频器结构简单，无变压器，所以故障点大大减少，整个系统效率高，额定负载效率98%以上。(3) 采用正弦波技术，大大提高输出波形质量，输出电压谐波含量小于3%，特有的共模技术使整个系统的共模电压及输出du/dt值完全符合mgi的标准，消除了电机振动现象，减小了轴承和叶片的机械应力，不需更换我厂原有的旧电机，无需降容使用。 (4) 采用用直接速度控制技术(dsc)，响应速度高于其它同类产品，转

7、矩脉动小，低速仍能保持平滑静音运行。(5) 可实现工频旁路，检修方便，而且具有完善的系统保护功能。4  改造方案由电机转速公式可知 : n=60f×(1-s)/p     其中: s转差率    n转子实际转数(r/min)    f电流频率    p电机的极对数可见，只要改变电机的频率f，就可以实现电机的转速调节，高电压大功率变频器通过控制igbt(绝缘栅

8、双极型电力场效应管)的导通和关断，使输出频率连续可调。而且是随着频率的变化，输出电流、电压、功率都将发生变化，即负荷大时转速大，输出功率大，负荷小时转速小，输出功率也小。由流体力学可知:     q=q(n/n)    h=h(n/n)2    p=p(n/n)3    当泵机低于额定转速时节电为   e=1-(n/n)3×p×t(kwh)   &

9、#160;式中: n额定转速   n实际转速   p额定转速时电机功率    t工作时间可见，通过变频改造，冲渣泵流量q、压力h及轴功率p都将发生较大的改变，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为本厂提供了充分理论依据，我厂根据冲渣泵的实际特性对其进行了具体改造，冲渣泵在冲渣时工作在49.5hz，在不冲渣时工作在25hz，考虑到工艺对调速精度要求不是很高，本系统只采用开环控制并在高炉值班室操作，需冲渣时给调节系统一个“1”的信号，电机高速运行，不需冲渣时将此信号取消，电机低速运

10、行，取得了很好的节能效果。5  改造后的系统实际运行状况变频器到厂后，我厂技术人员同成都佳灵电气制造有限公司派出的技术人员一道，经过几天的安装，一次性调试成功。于2001年11月28日开始正式运行，现已累计运行18个月，经过反复多种测试各运行参数一直正常，变频器质量性能良好，安全可靠，各项指标均达到了设计要求:(1) 谐波抑制效果良好。电压谐波含量小于3%，符合ieee519-1992和gb/t14549-93标准。(2) 各种保护功能完善。过流、过压、欠压、故障保护等功能可靠，并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。(3) 各种指示功能完备。具有输入、输出电流和电压、运行频率、故障显示、运行状态指示等功能。(4) 操作简便。同普通的低压变频器的功能操作方式相似，功能设置和调整简单方便。6  节能量的验证及测试方法(1) 测量无变频调速时另一台机组在工频电压下运行的电压、电流、功率因数。(2) 测量有变频调速时机组在49.5hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。(3) 测量有变频调速时机组在25hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。(4)