高压变频器的主要性能指标及在除尘风机中的应用介绍

1.引言

济钢始建于1958年，是国内十大钢厂之一，是全国最大的中厚板生产出口龙头企业，产品出口比例、中厚板的产量、成本、市场占有率、出口量等多项指标位居全国前列。随着技术研究的进一步深入，在理论上和功能上国产高压变频器已经可以与进口变频器相比肩，但是受工艺技术的限制，与进口产品的差距还是比较明显。选择过高的电压等级造成投资过高，回收期长。电压等级的提高，电机的绝缘必须提高，使电机价格增加。电压等级的提高，使变频器中电力半导体器件的串联数量加大，成本上升。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。使得该项技术广泛应用于冶金、石油、化工、电力、水泥、给排水、制药、造纸、污水处理等各个行业。济钢烧结厂正是在这种形势下，对配料除尘系统进行高压变频技术研究改造。

2.设备概况

机组的主要参数如下：

除尘风机参数

型号 Y4-73

风量 145000m3/h

风压 4000Pa

电机参数

电机型号 YKK3554-6

额定功率 200KW

额定电压 6000V

额定电流 24A

额定转速 985rpm

3.高压变频调速系统

变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。变频系统首先将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电，供给交流电动机，从而改变电机的转速。这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，规格系列齐全可以满足各种不同需求，因而被广泛采用，是最具发展前途的理想调速方法。特别是电流源型高压变频器在动态精度要求高的地方具有明优势，适用于轧机、提升设备的应用。三电平高压变频装置，由于其器件较少，结构相对简单，较适合于3.3kv或4.16kv的电机应用。功率单元串联多电平结构的高压变频器，适合于风机水泵类负载，但不适合用在对动态要求很高的地方。

高压变频器通常采用风冷或水冷装置，降低柜体内的微环境温度，确保功率器件的管芯温度在允许值以下。一般对变频器房间应设置空调设备，并对变频器的出风处加装隔热的通风管道，将热风直接排出室外。

3.1风光牌JD-BP37-240F高压变频器主要性能指标

变频器功率 240KW

额定输出电流 32A

输入频率 50HZ±5HZ

额定输入电压 6KV

允许电压波动 ±20%

输入功率因数 ≥0.98

输出频率范围 0~50HZ

输出电压范围 0~6KV

频率分辨率 0.01HZ

加速时间 可由用户生产工艺设定

减速时间 可由用户生产工艺设定

变频器效率 ≥96%

过载能力 100%连续 160%连续1min 220%允许1.5S

防护等级 IP20

3.2 JD-BP37-240F高压变频调速器主要技术性能

3.2.1 高--高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。

3.2.2 输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置。

3.2.3 单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。

3.2.4 输出阶梯正弦PWM波形。

3.2.5 高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。

3.2.6 完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警。

3.2.7 内置PLC,易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。

3.2.8 采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。

3.2.9 控制电源与高压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护。

3.2.10 采用准优化SPWM调制技术，电压利用率高。

3.2.11 功率单元经24小时高温老化、150%负载试验，可靠性高。

3.2.12 用户操作监控系统界面十分友好和完善，系统包括上位机、下位机、单片机。其中单片机给用户提供一个4位LED数码显示屏和一个12键的小键盘操作平台，可对变频器进行全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，其功能更齐全。上位机放在总控室，可对多台变频器进行遥测、遥控。若只有一台变频器，上位机可省，或让客户自定。

3.2.13 可接收和输出多路工业标准信号。

3.2.14 可打印输出运行报表。

3.3高压变频调速系统

风光牌JD-BP37-240F高压变频调速系统采用直接"高-高"变换方式，属电压源型，采用功率单元多电平串联方式，以新型西门子IGBT为主控器件，全数字化控制，彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标的优质变频调速器。输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机

风光高压变频器，采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出，所用的6kv高压变频器，变压器有18组付边绕组，分为6个功率单元∕相，三相共18个单元，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定 ,高压变频器系统结构如图1所示，单元电路的主电路如图2所示。

图1 高压变频器系统结构图

图2 单元电路主电路

3.4系统功能

（1）单元旁路功能

当某个功率模块发生故障时自动旁路运行，变频装置不停机，但需降额使用，即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流通过，仍形成通路。为保证三相输出电压对称，在旁路故障功率单元的同时，另外两相对应的两个功率单元也同时旁路。

（2）保护功能

① 过流保护。电机电流的160%,允许1min, 超过则立即保护。

② 过载保护。电机电流的120%,每10min允许1min（反时限特性），超过则保护。

③ 单元过压保护。检测每个单元的直流母线电压，如果超过设定的数值，则变频器进行过压保护。

④ 单元欠压保护。检测每个单元的直流母线电压，如果低于设定的数值，则变频器进行欠压保护。

⑤ 变频器过热保护。输入侧整流变压器和功率单元放置温度检测元件，一旦超过温度极限阀值，则变频器进行过热保护。

⑥ 缺相保护。缺相分输入侧缺相和输出侧缺相两种。有相应检测回路，缺相后则进行相应保护。

3.5常见问题的处理

风光牌JD-BP37-240F高压变频器具有高度的智能化水平和完善的故障检测电路，并能对所有故障提供精确的定位，在工控机界面上作出明确的指示。用户可以根据工控机显示的故障信息，分别采取相应的处理措施。

为保证设备的可靠性，使设备最大程度不间断运行。系统发生下列故障时，按照一般故障处理：变压器轻度过热，柜门连锁故障，单元柜风机故障，工控机故障。对于一般故障的发生，系统不作记忆处理。在停机状态下，如果存在这类故障，用户还能进行启动等操作。

系统发生下列故障时，按照重故障处理。单元重故障，变压器严重过热，以上重故障发生后，系统作记忆处理。故障一旦发生，系统报警并自动跳闸停机 .只有故障彻底排除后，才能重新开机。

4.系统改造方案

济钢烧结厂配料除尘风机电机的改造方案主回路如下图3所示：

图3控制方案接线图

K0 用户原高压开关

K1、K2和K3 变频器旁路开关柜高压隔离开关

BPQ JD-BP37-240F高压变频器

M 高压电动机

变频器控制配料除尘风机为一拖一控制，旁路开关柜用于工/变频切换。K1,K2和K3为三个高压隔离开关，要求K2和K3不能同时闭合，在机械上实现互锁。K3断开，K1和K2闭合，风机变频运行；K1和K2断开，K3闭合，风机工频运行。

5.项目实施情况

2005年5月6日，济钢与山东新风光电子科技发展有限公司正式签定变频器的供货合同和技术协议。

2005年6月3日，变频器运抵烧结厂库房。

2005年8月21日至25日，变频器本体安装。

2005年8月26日，变频器空载调试。

2005年8月27日至28日，变频器带载运行调试。

2005年8月29日至9月3日，变频器试运行。

2005年9月9日，变频器正式交接，我公司出据验收报告。

6.现场运行情况

与原系统比较，引进山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器有以下优点：

（1）运行稳定，安全可靠。变频器自正式投运以来，连续无故障运行，只需定期对变频器除尘处理，不用停机，保证了生产的连续性。

（2）可根据生产现场的实际粉尘浓度，通过变频器调节风机转速，达到除尘又节能的目的。

（3）减少了维护费用。由于对电机实现真正的软启动，软停止，所以对电机、风机、挡板等各种设备以及电网的启动冲击大大减少，减少了设备的维护，延长了设备的使用寿命，大大降低了维护成本。

（4）减轻了值班人员的劳动强度。原配料除尘系统有多个可操作阀门，在工频运行时，为了调节风量和满足工艺要求，需经常调节阀门，现场值班人员的操作繁琐；变频改造后，所有阀门始终处于打开位置，需要调节风量时，只需在值班室调节变频器远控箱的运行频率即可，大大减少了现场人员的工作量，提高了工作效率。

（5）变频器具有多项保护功能，十分完善。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更精确地保护了电机。

（6）节能效果显着，大大降低了除尘电耗。为了对除尘系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。变频改造前后工况相同，随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用阀门调节风量，网侧计量耗电量，然后将系统切换变频运行，计量耗电量，具体数据如下表：

7.结束语

总之，山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-240F高压变频器在我公司烧结厂配料除尘风机上的改造是成功的，它不仅满足了配料除尘系统生产工艺的要求，节能效果显着，而且性能稳定，运行可靠。变频调节技术是比较先进、理想的调节技术，虽然初期投资较大，但由于其节电效果明显，投资回收周期较短，因而其综合经济效益还是较高的，从节能观点出发，应充分采用变频器技术。在能源越来越紧张的今天，相信风光高压变频器，在更多的行业，会有更好的表现。