IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用.doc

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1、IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用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3

2、0min,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

3、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,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

4、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/400kWIGBT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4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

5、)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1IGBT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

6、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

7、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。由流体力学可知:Q′=Q(n′/n)H′=H(n′/n)2P′=P(n′/n)3当泵机低于额定转速时节电为E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)式中:n—额定转速n′—实际转速P—额定转速时电机功率T—工作时间4可见,通过变频改造,冲渣泵流量Q、压力H及轴功率P都将发生较大的改变,不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为本厂提

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