机械论文投稿IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用

　　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。

　　《高压电器》(月刊)创刊于1958年，由西安高压电器研究所主办。本刊是我国电工技术类核心期刊，连续两届被中宣部、国家科委和新闻出版总署评为全国优秀期刊，历届机械工业部优秀科技期刊、陕西省优秀科技期刊。本刊主要报道高压电器、高电压技术、电力系统及其相关行业领域内的先进技术和科研成果，开展制造运行经验交流及学术讨论，并有超前技术水平和较高知名度的专业刊物。

　　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。

　　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。

　　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

　　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。