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现代 电 子技 术 2 o o 8年 第 1 6期 总第 2 7 9期 集成 电路与 材料 基于除尘风机高压变频器的应用 欧 绵 阳职业 技术学院 剑 四J I 『 绵 阳6 2 1 O O O 摘 要 介 绍 高 压 变 频 器 在 除 尘风 机 中 的 应 用 。 阐 述 变 频 调 速 节 能 原 理 和 节 能 效 果 。 通 过 改 造 ， 实现 除 尘 风机 的 高 效 运行 ， 达到节能降耗的 目的 。高压 变频调速 系统采用 直接“ 高一 高” 变换 形 式， 变频器 包括 1台内置的 P L C， 用 于柜 体 内开关 信号的逻辑处理 ， 以及与现场各种操作信 号和状 态信号 的协调 ， 根据 需要 扩展 控制 开 关量 ， 增 强 了系统的灵 活性 。由变频器 直接 控制 电机 ， 可以任意设定 时间来调速 驱动除 尘风 机 ， 风 门可 以全 部打 开 ， 完全 由转速调 节 流量 ， 提 高 了传 动效 率。电机 的电压、 电流 明显下降 ， 电机 输入 功 率明显 减 少， 其使 整 个 系统避免 了全 负荷 启动 时的 大电流 冲 击， 节 电率在 2 O ％～ 7 O 之 间 。 关键 词 除尘风机 ； 变频 器； 输入功 率； P L C 中图分类号 TP 2 7 4 文献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 43 7 3 X 2 0 0 8 1 6 0 2 1 0 4 Ap pl i c a t i o n o f Hi g h Vo l t a g e I n v e r t e r Ba s e d o n t h e Du s t Ab a t e me nt Fa n 0U J i a n M i a ny a ng Vo c a t i ona l Te c hn ol ogy Co l l e ge， M i a nya n g． 621 0 00． Chi na Ab s t r a ct The a pp l i c a t i o n o f hi g h v o l t a ge i n ve r t e r i n t he dus t a b at e me n t f a n i s i nt r o du c e d i n t hi s p a pe r， di s c u s s i ng t he pr i n c i pl e of e n e r gy s a vi ng a nd t h e e f f i c i e n c y of e n e r gy s a vi ng ．The h i g h v ol t a ge i nv e r t e r modu l at i ng ve l oc i t y s y s t e m u s e s t he di r e c t ” h i g he r h i g he r ”t r an s f or ma t i o n f o r m． Th e i n ve r t e r i nc l ud e s o ne PLC t ha t p l a c e s i ns i d e。 whi c h i s u s e d f or t he l ogi c p r o c e s s i n g o f t h e s wi t c h s i g n a l s i n s i d e t h e c a b i n e t a n d t h e c o o r d i n a t i o n o f v a r i o u s o p e r a t i o n s e ma p h o r e s a n d t h e s t a t u s s e ma p h o r e s o n t he s p ot ， a nd whi c h c o nt r ol s t he a mou nt of t h e s wi t c h s i g na l s a c c or d i n g t o t h e de man ds a n d i mpr ov e s t he s ys t e m S f l e xi bi l i t y ． W i t h t h e i nv e r t e r d i r e c t l y g ov e r n i ng e l e c t r omo t or， t i me c a n be s e t f r e e l y t o mo dul a t e v el o c i t y a n d dr i ve t he du s t a b a t e me nt f a n． Th e a i r t h r o t t l e ma y o p e n wi d e a n d t h e c u r r e n t c a p a c i t y i s c o mp l e t e l y a d j u s t e d b y t h e r o t a t i o n a l s p e e d， wh i c h e n h a n c e t h e t r a n s mi ss i on e f f i c i e n c y． Th e e l e c t r omo t or vo l t a ge a nd t h e e l e c t r i c cu r r e n t d r o p ob vi o us l y． Th e powe r i npu t of t he e l e c t r omot o r i s a l s o r e duc e d o bv i o us l y． The r e f o r e ， t he whol e s y s t e m a vo i ds bi g e l e c t r i c c ur r e n t i mp ac t whe n i t s t a r t s a t i t s gr e a t e s t c ap a c i t y l o a d a n d 2 0 一 7 0 o f t h e p o we r i s s a v e d ． Th e a p p l i c a t i o n r e a l i z e s t h e h i g h e f f i c i e n t o p e r a t i o n o f t h e d u s t a b a t e me n t f a n， r e t r e nc h i n g e n er gy ． Ke ywor ds dus t ab a t emen t f a n； i n ve r t e r； i n pu t po we r ； PI C 1 引 言 近年 来 ， 随着 变频 技 术 和 控 制 技 术 的 发 展 ， 变 频 器 在风机上的应用也从以节能为目的， 发展到 以提高生产 效率 、 提 高产 品产 量 、 质 量 ， 实现 生 产过 程 自动化 及环 境 保护 为 目的 ， 成 为 企业 提 高产 品市 场竞 争力 的有 效手 段 之一 。 在炼钢厂转炉吹炼过 程中， 会排出大量烟尘 ， 含有 易燃气体和金属颗粒 ， 污染环境 ， 按我国 大气污染物综 合排放标准 GB 1 6 2 9 71 9 9 6 ， 对烟尘须冷却、 净化 ， 由引风机将其排至烟 囱放散或输送到煤气 回收系统中 备用 。每座转炉配有 1套除尘系统 ， 除尘系统采用二级 收稿 日期 2 0 0 80 3 2 9 文氏管烟尘净化方式 ， 要求风机在整个炼钢工作周期内 变速运行 ， 吹氧时高速运行 ， 不 吹氧时低速运行。除尘 风机在炼钢厂属主要高耗能设备 ， 其容量一般都是根据 生产 中可能出现的最大负荷条件选择 ， 但在实际运行中 往 往 比设 计要 小 得多 。 如果 电机 不采 用变 频 调速控 制 ， 则 流 量通 常 只能 通过 调节 挡板 或 阀 门控制 ， 其 结果是 造 成很大的能量损耗。采用变频器将 电动机直接进行调 速运行 ， 则耗能量将会显著减少 ， 生产巨大的节能、 环保 效益 。下面以某炼 钢厂 4炉除尘风机经技术改造采 用高压变频调速的原理分析。 2 系统方 案 2 ． 1 设备 配 置 除尘风 机 电气 系统 主 回路接 线 图如 图 l 所 示 ， 其 为 21 维普资讯 欧剑 基于除尘风机高压变频器的应用 一 拖一控制 ， 设置工频／ 变频切换柜， 以保证除尘风机安 全可靠运行 。要求可 以远程和本机控制。风机高速运 行时 ， 如果 变频 器 出现 严 重故 障 ， 变频 器 自动停 机 。远 程控 制时 ， 通 过操作 台工 频／ 变频 旋 钮 把 电机 切 换 到工 频电网运行 ， 当吹炼周期结束后 ， 检修 变频器。变频器 检 修完毕 后 ， 通过把 操 作 台工频 ／ 变 频 旋钮 打 到变 频位 置 ， 返回变频调速状态 。本机控制时 ， 通过变频器控制 柜工频／ 变频旋钮把电机切换 到工频电网运行 ， 当吹炼 周期结束后 ， 检修变频器。变频器检修完毕后 ， 通过把 变频 器 工 频／ 变 频 旋 钮 打 到 变 频 位 置 ， 返 回变 频 调 速 状态 。 K M 雯额器供 电的尚压真 断路器 B P Q H AR S V E R T A 0 6 ／ 0 7 6变频器 K G1 ，KG 2 ， K G 3 高压变 频器 内置真空接触 器 D J 6 3 0 K W／6 KV异步电动机 图 1 电气 系统 主 回路 接 线 图 2 ． 2除尘风机 工艺要 求 2 ． 2 ． 1 吹炼 工 艺周 期 如 图 2所示 A 到 B为兑铁 加废 钢 时间 ， 约 1 mi n 。 B到 C为风机升速时间， 暂定 1 mi n ， 可以调节。c到 D 为吹 氧 时 间， 约 1 4 mi n 。D 点 风 机 开 始减 速 ， 暂定 3 rai n ， 可 以 调 节 。D 到 E 为 倒 炉 测 温 取 样 时 间 ， 约 2 rai n 。 E到 F为出钢 时 间 ， 约 2 mi n 。F到 G 为溅 渣 时 问 ， 约 3 mi n 。 整个吹炼工艺周期约 2 6 mi n ， 其中高速时间 C到 D 1 2 mi n 。高速 定 为 4 5 Hz ， 可 以调 节 ； 低 速 定 为 2 0 Hz ， 可 以调节 。 图 2 吹 炼 工 艺周 期 示 意 图 2 ． 2 ． 2 变频器 和现 场接 口 在 B点 ， 将炉前 、 炉后和氧气 流量信号送到 4炉 电磁站 P L C电气站 ， 通过用户程序处理后 ， 输出到继电 器 ， 由继 电器 提供 一对 闭合 节点 继 电器 吸合 时 ， 变 频器 高速 运 转 ； 继 电 器释放 时 ， 变 频 器 低速 运 行 ， 当在 炉 前 操作并有氧流量时， 继 电器吸合， 变频 器开始从低速 向 2 2 高速升速， 在 c点现场操作工进行吹炼。在 D点 ， 准备 出钢 ， 炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的时间超过 1 5 mi n ， 继电器释放 ， 变频器开始降速， 降速时间不作具 体要 求 ， 但 在减 速过 程 中 如果 需 要提 速 ， 变频 器 应 能满 足提速要求。炉前 、 炉后 和氧气流量信号组合 图 P L C 程序 如下 图 3所示 。 图 3 炉 前 、 炉后 和 氧 气流 量 信 号 组 合 图 程序 控制 说 明 炉 前 操 作 吹 炼 时 ， 接 点 M2 0 ． 1和 M2 ． 0通 ， 将置 位 复 位 触 发 器 R S置 位 ， 此 时 Q2 0 ． 2有 输出， 同时由 Q2 0 ． 2输出驱动中间继电器 ， 从而由继电 器接点送给高压变频器高低速信号 继电器通为高速 ， 断为低速 ； 当炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的 时间超过 1 5 mi n时 ， T 4 4或 T4 5或 M2 0 ． 2通， 置位复 位触发器 R S复位 ， Q2 0 ． 2没有输 出， 继电器释放 ， 变频 器降速。 3高压变 频器调 速 系统 3 ． 1监控 和操作 当除尘风机不吹炼时 ， 只需要很低 的转速， 根本不 需要满负荷运转 。利用高压变频器根据实际需要对 除 尘风机进行变频运行， 既保证和改善了工艺 ， 又达到节 能降耗的目的和效果 。 采用高压变频调速系统对除尘风机进行高压变频 改造具体实现过程如下 变频器操作可以在本机控制 ， 也 可 以远 程 操 作 。变 频 器 包 括 1台 内置 的 P L C， 用 于 柜体内开关信号的逻辑处理 ， 以及与现场各种操作信号 和状态信 号 如 RS 4 8 5 的 协 调 ， 并且 可 以根 据 用 户 的 需 要扩展 控制 开关 量 ， 增 强 系统 的灵 活性 。变频 器也 可 由控制室 的上位机 或操作 台进 行操 作 ， 吹炼 时 B到 D ， 变频器高速运行 ， 不吹炼 时， 变频 器低速运行 。可 以根据工况需要 自由设定 ， 其 完全可 以满 足工艺要求 。 变频调 速风 机控制 系统 如 图 4所示 。 现场操 作人 员可 以通过 上 位 机 或操 作 台对变 频 器 进行 远程操 作并 监控 变频器 运行 状态 。 上位机 可 以通 过 上位 机 进 行远 程 监 控 ， 一 方 面便 于用 户随 时了解设 备 运 行情 况 ； 另一 方 面 ， 也 利 于设 备 的远程 诊 断和维 护 ， 故 障 问题可 以及 时得 到解 决 。 操作台 可以通过操作台对变频器进行简单的远程 ] 一 一 一 维普资讯 现代电子技术 2 o o 8年第 1 6期总第 2 7 9期 集成电路与材料 操作 ， 包括工频／ 变频切换 。 3 ． 2高压 变频调 速 系统 原理 HAR S VE RT高压变频调速系统采用直接“ 高一 高” 变换形式 ， 为单元串联多 电平拓扑结构， 主体结构 由多 组功率模块 串并联而成 ， 从而由各组低压叠加而产生需 要 的高压输 出； 它对 电网谐 波污染小 ， 输入电流谐波 畸 变小于 4 ， 直接满足 I E E E 5 1 91 9 9 2的谐波 抑制标 准 ， 输入功率 因数高 ， 不必采用输入谐 波滤波器 和功率 因数补偿装置； 输出波形质量好 ， 不存在谐波 引起 的电 机附加发热和转矩脉动、 噪音、 输出 d v ／ d t 、 共模 电压等 问题 ， 不必加输出滤波器 ， 就可以使用普通的异步电机 ， 6 3 0 k W／ 6 k V变频系统共有 2 1个功率单元 ， 每 7个功 率单元串连构成一相。其系统结构图如图 5 所示 。 图 4变频 调 速 风 机 控 制 系统 图 图 5 高 压 变 频 调 速 系统 的 结 构 图 其系统工作原理如下 3 ． 2 ． 1 功 率单 元 每个功率单元分别 由输入变压器的一组副边供电， 功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘 ， 二次绕 组采用延边三角形接法， 实现多重化 ， 以达到降低输入 谐 波 电流 的 目的 。 单元旁路功能 当某个功率模块发生故障时 自动旁 路运行 ， 变频装置不停机 ， 但需降额使用 ， 即在每个功率 单元输出端之间并联旁路电路 ， 当功率单元 故障时 ， 封 锁对应功率单元 I GB T 的触发信 号， 然 后让旁路 S C R 导通 ， 保证电机电流能通过 ， 仍形成通路 。 为保证三相输出电压对称 ， 在旁路故障功率单元 的 同时 ， 另外两相对应的两个功率单元也 同时旁路 。对于 6 k V 的变频器每相 由 7个功率单元串联而成， 当每相 1 个单元被旁路后 ， 每相剩下 6个功率单元 ， 输出最高 电压为额定 电压 的 8 5 9 ／ 6 ， 输 出电流仍可达到 1 0 0 ， 输 出功率仍可达到 8 5 左右， 对于风机、 水泵负载转速仍 可达 9 2 以上， 基本能维持生产要求 ， 大大提高了系统 运 行 的可靠 性 。 3 ． 2 ． 2 变压器 柜 主要包括为功率单元供电的移相变压器 ， 还有输入 侧 的电压 、 电流检测器件 电压互感器 和电流互感器 ， 以 及温度检测器件温控器。 3 ． 2 ． 3 功 率柜 柜内主要对功率 单元进 行组合 ， 通过每个单元 的 U、 V输出端子相互 串接而成星型接法 给电机供 电， 通 过对每个单 元 的 P WM 波形进 行重组 ， 得 到非常好 的 P WM 波形 ， d v ／ d t 小 ， 可减少对 电缆和 电机 的绝缘损 坏 ， 无需输出滤波器 ， 输 出电缆长度长， 电机不需要降额 使用 ， 可直接用于旧设备 的改造 ； 同时， 电机的谐波损耗 大大减少 ， 消除了由此引起的机械振动， 减小了轴承和 叶轮 的机械应 力。柜 内还附带 输 出电流 和 电压 检测 功 能 。 3 ． 2 ． 4风 机 变压器柜配置 6台冷却 风机 ， 由温控仪控制其 起 停 ， 当变压器 负荷 增大 ， 运 行温度上升 ， 当绕组 温度 达 8 0℃ 时， 系 统 自动 启 动 风机 冷 却； 当绕 组 温度 低 至 7 0℃ 时 ， 系统 自动停 止风 机 。 当变压器绕组温度继续升高 ， 若达到 1 1 0℃时， 系 统输 出超 温报警 信 号 ； 若 温 度 继 续 上升 达 1 3 0℃ ， 变 压 器迅速跳闸。柜体上还设置了温度显示系统 。 功率柜根据功率大小配置 2台具有世界领先技术 ， 德国进 口 E B M 一 后 向离心式冷却 风机 裕量大 ， 单台容 量占总排量 的 5 0 ； 如需将热量直接排 至室外 ， 可增 设 风 道 。 3 ． 2 ． 5 控 制柜 控制器核心 由高速单 片机 和工控 P C协同运算实 现， 精心设计 的算法可 以保证 电机达到最优 的运 行性 能 。工 控 P C提供友 好 的 全 中文 Wi n d o ws 监 控 和操 作 界面 ， 同时可以实现远程监控和网络化控制 。 控制器还包括一 台内置的 P L C， 用 于柜体 内开关 信号的逻辑处理 ， 以及与现场各种操作信号和状态信号 的协 调 ， 增 强 了系统 的灵 活性 。 4节能分析 这里以 4 除尘风机高压变频器改造前后， 两年同 2 3 维普资讯 欧 剑 基于除尘风机高压变频器的应用 期相比， 以吨钢电耗来分析节能数据 单位 度／ 吨钢 。 具 体数据 如 表 1 所 示 。 表 1 炼钢厂吨钢电耗 单位 度／ 吨钢 1月 2月 3月 4月 5月 平 均 20 0 6 3 8． 6 8 1 8 ． 9 0 2 2 ． 8 7 2 2 ． 9 0 2 2． 3 25 ．1 3 2 0 0 7 2 3 ． 0 7 1 8 ． 01 1 8 ． 9 3 1 8 ． 9 8 1 8 ． 08 1 9 ． 4 1 从上 表统 计数 据 看 ， 2 0 0 6年 1月 ～ 5月 与 2 0 0 7年 1月 ～5月相 比较 ， 吨钢 电耗 有较 大 幅度 下 降 ， 下 降达 2 2 ． 7 6 ， 其中很大一块的节电是由高压变频器完成的。 从 表 2 数 据 统计 看 ， 2 0 0 6年 1月 ～ 5月 同 2 0 0 7年 1月～5月相 比， 4 除 尘 风机 共 节 约用 电 1 0 5 ． 5万 度 ， 平均 每月节 约用 电 2 1 ． 1万 度， 年节 电量 可 估算 为 2 1 ． 1 1 2 2 5 3 ． 2万度 。以 电价 0 ． 5 1元／ 度 计 算 ， 4 除尘 风机 年节 电总额 为 2 5 3 ． 2 0 ． 5 1 1 2 9 万元 表 2 4风机 电耗 单位 度 5 结 语 从 以上分析及运行情况来看 ， 在除尘风机采用高压 变频器调速后 ， 由变频器直接控制 电机 ， 通过调 速驱动 除尘风机 ， 提高传动效率。电机的电压 、 电流明显下降 ， 电机输入功率明显减少 。运行工况点明显改善， 风门可 以全部打开， 完全由转速调节流量 ， 对生产操作极为方 作 者 简 介欧剑 r ‘ ‘ 一 ‘ ‘ 便 、 控制精 度高 、 响应 速度快 、 而且 高压 变频器调 速 时间 可以任意设定 ， 避免了全负荷启动 时的大电流 冲击， 使 整个系统工作平稳并有利于除尘风机的维护保养 ， 延长 使用寿命 。节 电率在 2 0 ～7 0 之 间， 具有 巨大 的节 能效 益 。 参考文献 [ 1 ]沈才芳 ． 电弧炉炼钢工艺 与设备 [ M] ． 2版． 北京 冶金 工业 出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ]吴忠智 ， 吴加林． 变频器应 用手册 [ M] ． 北京 机械 工业出版 社 ， 1 9 9 5 ． [ 3 ]王廷 才 ， 王本 轶． 风机 设备 的变 频 技术 及应 用[ J ] ． 风 机 技 术 ， 2 0 0 4 4 4 14 3 ， 4 8 ． [ 4 ]杜金城． 电气变 频调速设 计技 术[ M] ． 北 京 中 国电力 出版 社 ， 2 0 0 1 ． I S ] 袁天 祥． 电动 机及其 系统 的节 能技 术[ M] ． 北 京 化学 工业 出版社 ， l 9 9 1 ． [ 6 ]满永 奎 ， 韩安荣． 通用变频器 及其应用 [ M] ． 北京 机械工业 出 版 社 ， 1 9 9 4 ． [ 7 ]高压变频器在混铁 炉除尘 风机 上的应用 [ E B 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e r 报道， 美国消费者在 2 O O 8年 2 0 0 7 年是 1 ． 1 8 亿美元， 2 O O 8 年预计会达到2 ． 5 4 亿 j 上半年花费了 1 ． 9 4 亿美元购买蓝光 B D电影的碟 美元。而电影碟片产业， 包括高清的蓝光和普通的 j t 片。比 2 0 0 7年同期蓝 光 B D与 HDD VD的总和增D VD会达到 2 4 0亿美元。网络下载 的影响不是想t { 长 了 3 5 0 。 象 得那 么大 。 ” { j 这份报道还指出， 2 O O 8 年蓝光B D电影光碟的 摘自 中 国 电 子 报 I T 1 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 24 维普资讯