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变频器在炼钢除尘风机中的应用

变频器在炼钢除尘风机中的应用 2011年12月10日 来源： 摘要：本文简单介绍了ABB变频器在除尘风机的应用，阐述了控制系统的原理及功能，并对相应的节能原理进行了介绍。

1、概要

转炉炼钢具有显著的周期性和连续性特点，生产一炉钢需要30-45min，其中供氧（吹炼）过程为15-20min，一半以上为非吹炼时间，此时风机没有必要高速运行，如将其切换至低速节能状态，可节省大量能源，同时减少设备损耗，对提高设备利用率也十分有益。

目前国内转炉一次除尘风机多采用液力耦合器，但由于存在转差损耗等，节能效果不理想，且设备故障率较高。交流变频技术不仅调速平滑，调速范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果好，对风机、泵类设备而言是最佳的节能手段，平均节能效果可以达到30%以上。

三钢炼钢厂原有15t氧气顶吹转炉三座，采用“三吹三”方式，2000年初，炼钢厂对三座转炉进行扩容改造，采用液力偶合器调速，但发现很多问题，液力偶合器需要经常更换轴承，造成停产，无法满足连续生产的需要，调节时精度太低，响应速度慢;液力偶合器故障时无法切换至工频回路;炼钢新上100t转炉时决定不再使用液力偶合器调速，改用ABB中压变频器为新转炉风机进行调速。

2、电机参数

额定功率：630KW

额定电压：690V

额定频率：50HZ

额定转速：2970转/分

风机参数：

主轴转速：2974转/分

轴功率：500KW

额定功率因素：0.89

3、ABB中压变频器系统结构特点

ACS800-07变频器主要由熔断器单元、辅助控制单元、DSU整流单元及逆变单元组成。系统单线图见图1。

（a）熔断器单元主要包括进线交流熔断器;

（b）辅助控制单元包括控制回路的控制元件及控制板RDCU-02C，急停控制，变频的起动、停止、复位，与外部的电路接口等部分;

（c）DSU整流单元是由一个半控桥式二极管整流供电单元1×D4模块组成，模块是一种尺寸，装有轮子和插接式连接器，为落地式单元，内置交流电抗器，直流熔断器，主开关和可选的接触器，具有冷却风机控制及电源控制，易于服务和维护;

（d）逆变单元采用2×R8i的两个逆变模块并联的方式，两个模块置于同一个柜体内，共用一块主控板，通过光纤分配单元把控制信号同时送至模块内，实现变频控制的各种功能。逆变的直流母线侧安装共模滤波器，出线配备du/dt滤波器，抑制了输出电压尖峰和快速电压改变，减小了对电机的绝缘性能的影响，同时降低了电机电缆的容性漏电流，高频辐射、高频损耗和轴承电流。4、控制系统组成

控制系统由变频调速器、风机电机、和工/变频转换柜等组成。系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换,#1风机/#2风机的转换,可以选择一台风机变频运行,一台风机工频运行或者一台风机运行一台备用。一旦变频器出现故障时，可转换为工频运行，增强系统的可靠性。当具备主电源及控制电源的条件,系统进入待机状态，在待机状态时，系统由两种操作模式可供选择：工频运行状态和变频运行状态。

工频运行状态：若系统需要工频运行，则操作台状态选择开关置于工频位置，这时相应的断路器和接触器断开，用操作台控制，实现电机的工频运行及停机。

变频运行状态：若系统需要变频运行，则操作台状态选择开关置于变频运行位置，实现电机的变频运行与停止，变频器频率的高低根据压力情况实行闭环控制（也可以组成开环调节），闭环或速度上升时间均由主机设置。

5、节能原理及效益分析

从风机的工作特性来看，调速控制与风门控制调节风量比较，有着更高的节能效果，通过图2风机的特性曲线可以说明其节能原理。图中，曲线1为风机在恒速（n1）下的风压-风量（H-Q）特性，曲线2为管网风阻特性（风门开度全开）。设工作点为A，输出风量Q1为100%，此时风机轴功率N1与Q1H1的乘积，即和AH1OQ1所包围的面积成正比。

根据工艺要求，风量需从Q1降至Q2，有两种控制方法：一是风门控制，风机转速不变，调节风门（开度减小），即增加管网阻力，使管网阻力特性变为曲线3，系统工作点由A移到B。由图1可见，风压反而增加，轴功率N2与面积BH2OQ2成正比，减少不多。

另一种是调速控制，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的的比例定律，画出在转速n2下的风压-风量（H-Q）特性，如曲线4，工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3与面积CH3OQ2成正比，显著减少，节省的功率损耗ΔN与Q2ΔH的乘积成正比，节能效果是十分明显的。

由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少，风机转速下降时，其消耗的功率降低很多。例如，风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率将下降到额定功率的51.2%。如果风量下降到50%，其轴功率将下降到额定功率的12.5%。考虑到附加控制装置效率的影响，这个节电效果也是很可观的。

6、小结

除尘风机在不吹炼时，只需要很低的转速，根本不需要满负荷运转。利用中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。自投入运行以来，实现了很好的经济效益。

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