摘要：本文主要對燒結系統的主抽風(fēng)機進(jìn)行變頻改造的具體實(shí)施過(guò)程和改造效果進(jìn)行了闡述，同時(shí)也對應用于燒結主抽風(fēng)機的勵磁同步電機的變頻改造進(jìn)行了相關(guān)說(shuō)明。

關(guān)鍵詞： 燒結主抽風(fēng)機 高壓變頻器  勵磁同步電機

一、前言

燒結的生產(chǎn)過(guò)程是經(jīng)配料和處理過(guò)的燒結料鋪到燒結機的臺車(chē)上，進(jìn)行點(diǎn)火和強制抽風(fēng)（產(chǎn)生負壓）的作用下燒結料中的燃料燃燒產(chǎn)生高溫使得局部軟化和融化發(fā)生一系列物理化學(xué)反應生成一定數量的液相，隨后由于溫度降低液相冷卻凝固成塊形成成品燒結料，隨后供給高爐進(jìn)行煉鐵，整個(gè)燒結料的生產(chǎn)過(guò)程中燒結主抽風(fēng)機占據著(zhù)不可忽視的重要作用。

由于燒結出抽風(fēng)機負載的電機容量相對較大，普遍在于3000kW—10000kW不等，并且由于相關(guān)電網(wǎng)容量的限制，燒結主抽風(fēng)機負載一般無(wú)法進(jìn)行工頻直接起動(dòng)?，F今國內現有大多數燒結主抽風(fēng)機一般都采用水電阻或者高壓軟啟動(dòng)器起動(dòng)，工頻拖動(dòng)的運行方式，較少使用變頻器驅動(dòng)。由于電機長(cháng)期工頻運行，加之長(cháng)期利用風(fēng)門(mén)進(jìn)行相關(guān)的流量壓力調節，造成燒結主抽風(fēng)機運行起來(lái)非常不經(jīng)濟；同時(shí)由于電機大多采取水電阻起動(dòng)的方式，不僅達不到良好的起動(dòng)效果，而且造成頻繁維護、頻繁更換電解液的情況，甚至起動(dòng)過(guò)程中的“開(kāi)鍋”“漏液”現象也時(shí)有發(fā)生，危害人員及設備的安全。在機械上產(chǎn)生劇烈沖擊和磨損、風(fēng)機無(wú)法運行在高效區等問(wèn)題都會(huì )給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟問(wèn)題。這對于構建節約型社會(huì )，貫徹國家節能減排計劃是不相符合的，對燒結主抽風(fēng)機進(jìn)行變頻改造對節約能源、提高生產(chǎn)效率、增加企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有非?，F實(shí)的經(jīng)濟意義和社會(huì )意義。

高壓變頻調速是近年來(lái)興起的一門(mén)基于電力電子器件的新技術(shù)，它是將工頻電網(wǎng)進(jìn)行一系列的處理變換后輸出一種頻率可變、電壓可調的電能的技術(shù)，主要改工頻頻率來(lái)實(shí)現速度的調節，因其具有調速精度高、范圍廣、穩定性強、dV/dt小、瞬態(tài)穩定性高、節能等特性越來(lái)越被人們所重視，近年來(lái)也得到了廣泛的應用。

二、項目介紹

項目是由中鋼集團投資建設，項目公司玉林市中金金屬科技有限公司注冊資金為5000萬(wàn)元人民幣。本項目總投資為66.5億元，占地面積66.59萬(wàn)m，其中廠(chǎng)房、倉庫等建筑物占地56.6萬(wàn)m，是玉林龍潭產(chǎn)業(yè)園目前投資額最大的項目。50萬(wàn)噸精制鎳鐵及深加工項目由廣西玉林中金公司投資建設，總投資66.5億元，采用先進(jìn)的火法工藝，年產(chǎn)鎳鐵50萬(wàn)噸，鎳合金及深加工產(chǎn)品120萬(wàn)噸。項目建成投產(chǎn)后，可安排3560人就業(yè)。

中金公司鎳合金項目一期原料為菲律賓的紅土鎳礦（中鋼集團收購的礦山），產(chǎn)品為鎳鐵，二期熱軋項目的原料為鎳鐵，產(chǎn)品為不銹鋼卷板，在此基礎上，通過(guò)冷軋項目建設，生產(chǎn)不銹鋼卷板及深加工不銹鋼制品，在園區形成較為完整的從冶煉至制品深加工的全產(chǎn)業(yè)鏈條。

對于中金金屬燒結生產(chǎn)線(xiàn)，燒結主抽風(fēng)機是其重要的生產(chǎn)設備，但是由于長(cháng)期工頻運行，為了滿(mǎn)足燒結生產(chǎn)過(guò)程中所需要的風(fēng)量、負壓，燒結主抽風(fēng)機只能通過(guò)閥門(mén)調節的方式來(lái)改變官網(wǎng)的特性曲線(xiàn)來(lái)維持生產(chǎn)，實(shí)際運行壓力15KPA，實(shí)際運行風(fēng)量500000（m3/h）實(shí)際運行風(fēng)門(mén)開(kāi)度約85%，實(shí)際工頻運行的電流可達到200A，見(jiàn)圖1。

圖1 中金金屬主抽風(fēng)機工頻運行電流

三、中金金屬燒結現場(chǎng)存在的問(wèn)題

1、現場(chǎng)電機現有啟動(dòng)方式為水阻啟動(dòng)，水阻柜效率較低、只能實(shí)現電機的軟啟動(dòng)的，不能實(shí)現對電機進(jìn)行調速、不能進(jìn)行頻繁的啟停操作、電解液容易受外界的影響從而降低啟動(dòng)質(zhì)量，啟動(dòng)時(shí)發(fā)熱較大、具有安全隱患。

2、現場(chǎng)采用風(fēng)門(mén)調節，能源損耗嚴重；設備長(cháng)期50HZ下運行，機械損壞程度高，降低設備使用壽命。

3、現場(chǎng)自動(dòng)化水平較低，同步電機投勵量不可控，人工干預程序多整個(gè)運行過(guò)程非常復雜。

四、SBH系列高壓變頻器原理

SBH系列高壓變頻器采取的拓撲結構方式為單元串聯(lián)型高壓變頻器，其為直接高-高變換電壓源型，變頻器基本原理如下圖2所示：

圖2變頻器原理示意圖

高壓變頻器從10kV電網(wǎng)取電，經(jīng)過(guò)內部移相變壓器降壓、移相、隔離輸送給各個(gè)功率單元，功率單元從原理上等效于一個(gè)三相交流輸入、單相交流輸出的低壓變頻器。電路結構如下圖3所示：

圖3功率單元結構

功率單元整流電路為二極管全波整流，多脈沖構成多極移相疊加的整流方式極大地改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數大于0.95。輸出側由每個(gè)功率單元的U、V輸出端子相互串聯(lián)而成星型接法給電機供電，通過(guò)對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦SVPWM控制，得到階梯的SVPWM波形，該波形正弦度好，dv/dt小，可以降低輸出諧波及由此引起的電機發(fā)熱、噪音等，從而減少對輸出電纜和電機的絕緣損壞，無(wú)需輸出濾波器，可直接驅動(dòng)普通異步電機。同時(shí)，消除了由此引起的機械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機械應力。通過(guò)軟件控制，可以輸出不同等級的頻率電壓。SBH系列變頻器系統安全、可靠，保護裝置功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱、缺相等保護裝置。具有完整的故障監測電路、精確的故障報警保護。

五、變頻改造方案

   根據現場(chǎng)提供的負載參數，選擇其對應的希望森蘭SBH系列變頻器型號為：SBH-100-4000完全滿(mǎn)足該系統調速要求。系統控制方案采用一拖一手動(dòng)切換啟動(dòng)系統工頻備用方式（原啟動(dòng)方式繼續保留）。如圖4所示：

圖4 系統單線(xiàn)圖

在主電動(dòng)機上加裝變頻器；對給主電動(dòng)機提供勵磁的勵磁裝置的控制部分進(jìn)行整體改造。

改造后的勵磁控制系統接收變頻器發(fā)出的勵磁給定指令, 從而控制勵磁隨電機的轉速的增加而投入,同步電動(dòng)機實(shí)現變速運行。變頻器起動(dòng)后，利用4-20mA信號跟蹤并輸出給勵磁控制系統，使勵磁系統跟隨變頻器的起動(dòng)需求投勵，在起動(dòng)完成后，勵磁系統時(shí)刻聽(tīng)從變頻器的模擬量給定指令投勵以實(shí)現同步電機的起動(dòng)與調速過(guò)程。

六、變頻改造后的效果

1、減少了對電網(wǎng)的沖擊

采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統調節后，系統實(shí)現軟啟動(dòng)，電機啟動(dòng)電流遠遠小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應延長(cháng)，對電網(wǎng)無(wú)大的沖擊，減輕了起動(dòng)機械轉矩對電機機械損傷，有效的延長(cháng)了電機的使用壽命。

2、節能

利用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統的節能模式，可使電機以最高效率運行，減少不必要的電能損耗；由于電機在高效率狀態(tài)下運行，功率因數較高，降低了無(wú)功損耗，節約了大量電能。據現場(chǎng)數據統計其整體節電率到達9.7%

3、噪音低

使用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統運行時(shí),機房平均噪音為70dB（A），由于噪音降低,改善了工作環(huán)境。

4、工作強度降低

由于森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統在運轉設備與備用設備之間實(shí)現計算機聯(lián)鎖控制，機組實(shí)現自動(dòng)運行和相應的保護及故障報警，操作工作由手動(dòng)轉變?yōu)楸O控，完全實(shí)現生產(chǎn)的無(wú)人操作，大大降低了勞動(dòng)強度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運營(yíng)提供了可靠保證。

5、提高運行可靠性

現場(chǎng)原有控制系統與改造后控制系統可互為備用,提高了運行可靠性,同時(shí)各項保護措施更加完善。

6、減小現場(chǎng)維護量

采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置調速后，隨時(shí)可以通過(guò)調整轉速使系統在接近額定狀態(tài)下工作，通常情況下，森蘭SBH系列高壓變頻器智能調速裝置的應用主要是為了降低電機的轉速。由于啟動(dòng)緩慢及轉速的降低，相應地延長(cháng)了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對管網(wǎng)的沖擊，有效延長(cháng)了管網(wǎng)的檢修周期，減少了檢修維護開(kāi)支，節約大量的維護費用。

綜上所述，燒結主抽風(fēng)機變頻控制系統可以實(shí)時(shí)的對燒結主抽風(fēng)機進(jìn)行轉速控制，實(shí)際上改變了風(fēng)機的運行特性曲線(xiàn)，大大的提高了風(fēng)機的運行效率；有效的解決了大型電機起動(dòng)困難的問(wèn)題；降低了現場(chǎng)設備的運行噪音；提高了整個(gè)燒結主抽系統的穩定性和自動(dòng)化水平；軟起動(dòng)及軟調速大大提高了設備的使用壽命，有效的保護了電網(wǎng)；改善了原系統的高耗能狀態(tài)，更加有效的利用了能源，得到了可觀(guān)的節能效果。

 七、 總結   

中金金屬勵磁同步電機所驅動(dòng)的燒結主抽風(fēng)機上采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置，連續無(wú)故障運行至今，在節約的經(jīng)濟效益上也是非?？捎^(guān)。并且在降低設備故障率、提高系統自動(dòng)化水平和減少現場(chǎng)設備維護量方面，節約了大量電能，切實(shí)響應了國家節能降耗的號召。

在未來(lái)勵磁同步電機所驅動(dòng)的燒結主抽風(fēng)機的變頻改造將會(huì )越來(lái)越普及。