IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用

1、引言

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。

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”。

（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。

由流体力学可知：

Q′=Q（n′/n）

H′=H（n′/n）2

P′=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。

以上公式为本厂提供了充分理论依据，我厂根据冲渣泵的实际特性对其进行了具体改造，冲渣泵在冲渣时工作在49.5Hz，在不冲渣时工作在25Hz，考虑到工艺对调速精度要求不是很高，本系统只采用开环控制并在高炉值班室操作，需冲渣时给调节系统一个“1”的信号，电机高速运行，不需冲渣时将此信号取消，电机低速运行，取得了很好的节能效果。

5、改造后的系统

（2） 各种保护功能完善。过流、过压、欠压、故障保护等功能可靠，并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。

（3） 各种指示功能完备。具有输入、输出电流和电压、运行频率、故障显示、运行状态指示等功能。

（4） 操作简便。同普通的低压变频器的功能操作方式相似，功能设置和调整简单方便。

6、节能量的验证及测试方法

（1） 测量无变频调速时另一台机组在工频电压下运行的电压、电流、功率因数。

（2） 测量有变频调速时机组在49.5Hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。

（3） 测量有变频调速时机组在25Hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。

7、改造效益

（2） 节约维修费用因冲渣水含有大量的炉渣，原系统管道和阀门在含渣水的高速冲刷下，很短时间内管壁就会变薄、阀门密封损坏须重新更换，一般情况下每年需维修费用约15万元。经变频调速改造后，有一半时间内管道的水流速度降低，磨擦减少，管道和阀门的使用寿命大大延长，每年可降低维修费用约1/3，即5万元。

（3） 实现电机软起动功能，延长了电机寿命，大大减少了冲渣泵故障发生率。

（4） 提高了自动化水平，节约了大量工业用水。

由上述可知，综合经济效益每年可达60多万元，一年即可全部收回成本。

8、结论

通过对冲渣泵系统的变频调速的技术改造，我厂使用了成都佳灵电气制造有限公司制造的IGBT直接串联高压变频器，经过较长时间的运行检验，证明该产品性能可靠、功能齐全、技术先进，说明国内自主开发的高压变频器在技术上已经处于世界先进水平。由于IGBT直接串联高压变频器无输入输出变压器、体积小、性价比高、综合性能好等方面均超过了国内外其它产品，是新一代高性能高压变频产品的代表，为高压变频调速技术在我厂内其它工序的技术改造提供了一条可行的途径，在高压变频改造领域具有极大的推广价值。