機械論文投稿IGBT直接串聯高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用

　　面對當今國內外的眾多高壓變頻產品，2001年初，我們組織專業人員對國內外高電壓、大功率的變頻器這一新技術進行了全面慎重的考察論證，最后決定采用國產高電壓、大功率變頻調速裝置。

　　《高壓電器》(月刊)創刊于1958年，由西安高壓電器研究所主辦。本刊是我國電工技術類核心期刊，連續兩屆被中宣部、國家科委和新聞出版總署評為全國優秀期刊，歷屆機械工業部優秀科技期刊、陜西省優秀科技期刊。本刊主要報道高壓電器、高電壓技術、電力系統及其相關行業領域內的先進技術和科研成果，開展制造運行經驗交流及學術討論，并有超前技術水平和較高知名度的專業刊物。

　　1 引言

　　廣東省韶關鋼鐵集團有限公司(以下簡稱韶鋼)位于韶關市南郊，占地面積8320m2。韶鋼是中國500家最大工業企業和國家512家重點企業之一，世界100家大型鋼鐵企業排行第95位，具有年產鋼160萬噸以上能力。煉鐵廠是韶鋼的一個主體生產廠，負責公司所需鐵水和鐵塊冶煉。煉鐵廠現有6座高爐，總爐容2405m3，年產生鐵230萬噸。

　　高爐冶煉鐵水過程中產生大量的熔渣，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，作為煉鐵生產的副產品。高爐生產是不間斷的，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，在此時間內要求水沖渣系統的水泵滿負荷工作，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，機組有關數據如附表

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

　　2 系統方案選擇

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

　　附表 沖渣泵的技術參數

　　采用國產高電壓、大功率變頻調速裝置，原因如下:

　　(1) 目前國產高壓大功率變頻器已具備和國外產品相抗衡的技術水平;

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

　　(3) 產品備件采購方便;

　　(4) 售后服務及時、周到 ;

　　(5) 性價比高于國外同類產品。

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

　　3 佳靈IGBT直接串聯高壓變頻器原理及特點

　　目前，低壓變頻調速技術已比較成熟，但在高壓變頻調速技術方面，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一的拓撲結構，從而產生了當今各種各樣的結構。

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

　　圖1 IGBT 直接串聯高壓變頻器原理器

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

　　(1) 整個系統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) 由于該變頻器結構簡單，無變壓器，所以故障點大大減少，整個系統效率高，額定負載效率98%以上。

　　(3) 采用正弦波技術，大大提高輸出波形質量，輸出電壓諧波含量小于3%，特有的共模技術使整個系統的共模電壓及輸出du/dt值完全符合MGI的標準，消除了電機振動現象，減小了軸承和葉片的機械應力，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(DSC)，響應速度高于其它同類產品，轉矩脈動小，低速仍能保持平滑靜音運行。

　　(5) 可實現工頻旁路，檢修方便，而且具有完善的系統保護功能。

　　4 改造方案

　　由電機轉速公式可知 :

　　n=60f×(1-s)/p

　　其中: s—轉差率

　　n—轉子實際轉數(r/min)

　　f—電流頻率

　　p—電機的極對數

　　可見，只要改變電機的頻率f，就可以實現電機的轉速調節，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管)的導通和關斷，使輸出頻率連續可調。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓、功率都將發生變化，即負荷大時轉速大，輸出功率大，負荷小時轉速小，輸出功率也小。