密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機中壓變頻調(diào)速裝置的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：介紹IGBTSIMOVERTMV全數(shù)字矢量變頻器在密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機上的應(yīng)用，說明其基本配置、功能和控制特點。實際運行結(jié)果表明，這種設(shè)計是可行的，提高了電氣設(shè)備控制性能及可靠性。

關(guān)鍵詞：密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)；IGBTSIMOVERTMV；全數(shù)字矢量變頻調(diào)速

Design and Application of Medium? voltage Converter in Blower of ISP 

DING Sho－h(huán)e, HU Jiang－ming 

Abstract:The design and application of IGBT SIMOVERT MV fully digital vector converter in the blower of ISP are introduced,its configuration,function and control features are described.The actual operating results show that this design is feasible,the control performance and reliability of electrical equipment are improved. 

Keywords:Blower of ISP; IGBT SIMOVERT MV; Fully digital vector converter 

中圖分類號：TN86   文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B   文章編號：0219－2713(2003)04－0185－02

1  引言

    主鼓風(fēng)機是密閉鼓風(fēng)爐生產(chǎn)工藝上要求與密閉鼓風(fēng)爐同步的關(guān)鍵設(shè)備，風(fēng)機性能和運行的安全可靠性直接制約著密閉鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)能力。本公司在100kt鉛鋅技術(shù)改造完成后，原有的2臺6kV，1000kW的主鼓風(fēng)機（靠閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量）已經(jīng)不能滿足密閉鼓風(fēng)爐大風(fēng)量生產(chǎn)的技術(shù)要求，為滿足鉛鋅冶煉過程中對風(fēng)量的嚴(yán)格要求，使主鼓風(fēng)機有足夠的可調(diào)能力與密閉鼓風(fēng)爐相適應(yīng)，決定使用西門子公司生產(chǎn)的IGBTIMOVERTMV全數(shù)字矢量變頻器，經(jīng)過一段時間的試運行，該系統(tǒng)具有顯著的節(jié)電效果，較高的調(diào)速精度，簡便的使用方法和易于實現(xiàn)自動控制等性能。

2  SIMOVERT MV功能及特點

2.1  技術(shù)指標(biāo)和硬件特點

    SIMOVERT MV控制采用了久經(jīng)驗證的TRANSVEKTOR磁場定向控制。其控制原理是運用空間向量估計值以及為降低電機損耗與開關(guān)損耗而經(jīng)過優(yōu)化的逆變器觸發(fā)脈沖模式，以獲得優(yōu)良的控制特性和更高的動態(tài)性能，該中壓變頻器具有功率因數(shù)高（在整個輸出范圍中，PF>0.96）,輸出線路諧波電流低，性能可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定性好等特點。

2.2  通信能力與控制軟件功能

    SIMOVERT MV具有很強的通信能力，可通過智能串行接口等通信模塊靈活地把變頻器接到相應(yīng)的網(wǎng)上，其通信速率可達(dá)38.4kb/s，同時該變頻器的矢量控制方式可以精確地測定和控制電機電流的力矩分量和勵磁分量，具有調(diào)節(jié)參數(shù)的自動優(yōu)化，自動故障顯示與報警，可以靈活設(shè)定和更改過程數(shù)據(jù)通道等特點。

3  傳動系統(tǒng)的設(shè)計與配置

    密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由控制器，6kV中壓變頻器、雙電源控制柜、電動機及風(fēng)機等組成，其組成示意圖如圖1所示。

圖1  密 閉 鼓 風(fēng) 爐 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng) 組 成 示 意 圖

    其中控制器為美國英格索蘭公司Microcontroller Processor Module；變頻器為德國西門子公司產(chǎn)品，型號是6SE8018，1800kVA；電動機為西門子公司產(chǎn)品，型號為6kV，1300kW；風(fēng)機為美國英格索蘭公司的空壓機。

3.1  HV－IGBTSIMOVERTMV全數(shù)字矢量變頻器主電路的組成

    如圖2所示，該系統(tǒng)主電路變頻傳動變壓器為三繞組，二次為12相二極管整流輸出，可減少整流裝置產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的影響，逆變部分為采用高壓IGBT的三電平逆變器。對于HV—IGBT器件，每次開通或關(guān)斷時的瞬變電流和瞬變電壓是可以完全控制的，因而它們可以獲得優(yōu)良的輸出電壓特性，同時，其觸發(fā)電路所需要的元器件數(shù)量比GTO或IGCT的觸發(fā)電路要少得多，故其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且可靠性極高。

圖2  變頻器主電路組成 

    全數(shù)字化的SIMADYND控制系統(tǒng)可用作開環(huán)控制和閉環(huán)控制，采用了速度極快的全數(shù)字化32位信號處理器和多用、靈活的標(biāo)準(zhǔn)軟件。同時，功能齊全的保護(hù)系統(tǒng)不僅滿足了密閉鼓風(fēng)爐風(fēng)量隨工藝要求而及時調(diào)整的需要，也避免了不必要的跳閘，增進(jìn)了過程控制效率（風(fēng)機跳閘時，密閉鼓風(fēng)爐將會造成風(fēng)口灌渣）。

    由于在進(jìn)行SIMOVERTMV傳動系統(tǒng)開發(fā)之初，就考慮了電機的配套問題，因此，采用西門子H－compact和H－compactplus標(biāo)準(zhǔn)電機的SIMOVERTMV傳動系統(tǒng)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都具有最佳的與上述電機配套的和協(xié)性。

3.2  雙電源控制

    為了維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，該調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)計了一套滿足自動切換的雙電源供電電路，確保了系統(tǒng)控制電路的穩(wěn)定。

4  密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的連接

    英格索蘭控制器負(fù)責(zé)風(fēng)機系統(tǒng)運行中的聯(lián)鎖與控制，將系統(tǒng)中電氣控制信號進(jìn)行綜合和邏輯判斷，監(jiān)控風(fēng)機的運行狀況，對運行中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行聲光報警（包括防喘振系統(tǒng)），同時，接受密閉鼓風(fēng)爐中央控制室的指令，根據(jù)密閉鼓風(fēng)爐工藝，利用變頻器進(jìn)行加、減風(fēng)量操作，控制和確保風(fēng)機的安全可靠運行，滿足密閉鼓風(fēng)爐工藝的要求。

5  密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用效果

    密閉鼓風(fēng)爐鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)一次投運成功，自2001年10月投運以來，使用情況良好，具有以下優(yōu)點：

    1）滿足了密閉鼓風(fēng)爐的工藝要求，該控制系統(tǒng)的可靠性極高，滿足了鼓風(fēng)爐冶煉過程中對風(fēng)量和壓力的嚴(yán)格要求，為年產(chǎn)100kt粗鉛鋅提供了可靠的保證。

    2）變頻電機的工作頻率一般在40～50Hz之間調(diào)整，節(jié)能效果明顯，每年可節(jié)約電費230多萬元。

    3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能好，全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)使得風(fēng)機動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，調(diào)速范圍寬。

    4）系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，磁場定向控制方式可以達(dá)到與直流傳動系統(tǒng)相媲美的動態(tài)性能，能準(zhǔn)確地推斷和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩電流分量和磁通電流分量，利用矢量控制方法，預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩可以準(zhǔn)確地維護(hù)和限定。

    5）英格索蘭控制器和變頻器可進(jìn)行快速、準(zhǔn)確通信，具有良好的適應(yīng)性，因而操作簡單、可靠，提高了工作效率。

6  結(jié)語

    本公司在這次技術(shù)改造中采用了一系列西門子新近推出的先進(jìn)技術(shù)和裝置，系國內(nèi)首次在英格索蘭風(fēng)機上使用了變頻調(diào)速技術(shù)，很好地解決了變頻控制與風(fēng)機控制之間相互通信聯(lián)絡(luò)的技術(shù)，使風(fēng)機在生產(chǎn)中發(fā)揮了最佳效果，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，因而在行業(yè)中具有推廣價值。