1.引言
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是世貿(mào)組織的加入和市場競爭的加劇，能源問題已經(jīng)顯得尤為突出，節(jié)能減排的大力投資成為各個行業(yè)提高市場競爭力新的亮點。而各個行業(yè)中，電機的應(yīng)用極為廣泛，它是工況企業(yè)中的主要動力，在冶金、石化、電力、礦業(yè)等各個行業(yè)中，用于風(fēng)機、軋機、泵類等大型機械設(shè)備的拖動，尤其高壓電機的電能消耗非常巨大，占企業(yè)所有電機電能消耗的65－75%之多。對于電機節(jié)能，高壓電機的節(jié)能尤為突出。目前電機系統(tǒng)節(jié)能工程被定位國家發(fā)改委啟動的十大重點節(jié)能工程之一。對電機系統(tǒng)的節(jié)能來說，不管從調(diào)速、起動和制動性能上來說，采用可控硅變頻技術(shù)是最為理想的節(jié)能途徑，尤其在某些特定工藝下，中、高電壓、大功率的電機采用高壓變頻器節(jié)能效果尤為明顯。
2.高壓變頻器的分類及節(jié)能優(yōu)勢
變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。目前，我國高壓變頻器呈現(xiàn)三大趨勢：
（1）功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)依然是市場的主流。
（2）向大功率方向發(fā)展。
（3）隨著高壓變頻技術(shù)的成熟，將大幅拓展工藝控制對于變頻調(diào)速的需求。
高壓變頻器不像低壓變頻器那樣具有成熟的一致性的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，而是限于功率器件的電壓耐量和高壓使用條件的矛盾，國內(nèi)外各變頻器生產(chǎn)廠商，采用不同的功率器件和不同的主電路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)各種拖動設(shè)備的要求，因而在各項性能指標和適用范圍上也各有差異。
高壓變頻器的分類一般可分為兩大類：
（1）交—交變頻器（無直流環(huán)節(jié)）
（2）交—直—交變頻器（有直流環(huán)節(jié)）。
其中交—直—交變頻器又可根據(jù)直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動的變頻器稱為電流源型變頻器，直流環(huán)節(jié)采用大電容以抑制電壓波動的變頻器則稱為電壓源型變頻器。圖1為三種高壓變頻器框圖。
圖2中：
A到B、E到F為高爐冶煉時間，
B到C、F到G為升速時間，可以調(diào)節(jié)，
C到D、G到H為高爐出鐵時間，
D到E、H到I為減速時間，可以調(diào)節(jié)。
每次高爐出鐵時間約50分鐘，為高速段，定為45Hz,可以調(diào)節(jié)；高爐冶煉時間約30分鐘，為低速段，
定為5Hz,可以調(diào)節(jié)。
3.2 方案選擇
根據(jù)以上工藝要求，又因為除塵風(fēng)機所配電機為高壓電機，不允許頻繁啟停。如果風(fēng)機長期采用工頻運行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費在閥門上。如果采用液力耦合器調(diào)速，則由以往經(jīng)驗可知，液力耦合器存在以下主要缺點：
（1）調(diào)速范圍有限，為50～95%，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，高速段減小了設(shè)備的出力能力，低速段影響節(jié)能效益的發(fā)揮；
（2）調(diào)速越低時效率越低，低速時發(fā)熱厲害；
（3）調(diào)速精度低，線性度差，響應(yīng)慢，不大適應(yīng)自動控制要求；
（4）電機雖然可以不帶載啟動，但仍然有5倍左右的沖擊電流，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；
（5）必須串入電機和機械的連接軸中，不適合于設(shè)備改造；液力耦合器故障時，沒有工頻旁路系統(tǒng)，負載機械將無法運轉(zhuǎn)，必須停機檢修；
（6）漏油嚴重，對環(huán)境污染大；可靠性差，維修難度大，嚴重浪費人力及影響生產(chǎn)。
經(jīng)過以上的分析，既要滿足工藝要求，又要達到調(diào)速節(jié)能的目的，采用高壓變頻器對電機進行拖動控制最為理想。方案定為一拖一方案，如圖3所示。變頻器選用專業(yè)制造高壓變頻的北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器。
3.5．運行效果分析
6＃高爐出鐵場除塵風(fēng)機電機參數(shù)：額定功率710kW，額定電壓6000V，額定電流89 A，功率因數(shù)0.816，額定轉(zhuǎn)速740r/min。
目前帶變頻器時運行實際輸入值為：電機高速時（45Hz）電流為50—55A左右，電機低速時（5Hz）電流為1.36A。根據(jù)公式：變頻器出入電壓U1×變頻器輸入電流I1×變頻器本身功率因數(shù)＝變頻器輸出電壓U2×工頻電流I2×電機功率因數(shù)，以上實際運行工頻電流為：電機高速時59－65A，電機低速時為18A。
電機高速時，輸入電流55A，輸入電壓6450V，轉(zhuǎn)速740r/min，電機低速時，輸入電流1.3A，輸入電壓540V，轉(zhuǎn)速76r/min。
實際不用變頻器時工頻電流為65A，這可能與變頻器讀數(shù)顯示不準有關(guān)，現(xiàn)僅以變頻器顯示數(shù)據(jù)為依據(jù)進行節(jié)能核算。煉鐵出鐵時間與不出鐵時間按60%對40%考慮。每年按8000小時考慮。
電機工頻狀態(tài)下，每年耗電量為
Square root (3)×Ue×I×cosΦ=1.732×6.450×65×0.816＝592.5kW•h
每度電按0.5元算，592.5×8000×0.5＝2370124元。
電機帶變頻時：轉(zhuǎn)速與頻率成正比，功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系為P/Pe＝（n/ne）3，
所以電機高速時：P＝Pe×（n/ne）3/0.96=739.5kW•h，
電費為：739.5×（8000×60%）×0.5＝1774800元，
電機低速時：P＝Pe×（n/ne）3/0.96＝0.74 kW•h，
電費為：0.74×（8000×40%）×0.5＝1184元。
一年省去電費為：2370124－1774800－1184＝594140元，節(jié)省比例為：594140/2370124=0.25，耗電節(jié)省為25％，1年半能收回成本。
3.6 應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
（1）維護量減少
采用變頻調(diào)速后，無論哪種工藝條件，隨時可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了降低電機的轉(zhuǎn)速。由于啟動緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命；同時極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節(jié)約大量維護費用。
（2）工作強度降低
由于調(diào)速系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實現(xiàn)計算機聯(lián)鎖控制，機組實現(xiàn)自動運行和相應(yīng)的保護及故障報警，操作工作由手動轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實現(xiàn)生產(chǎn)的無人操作，大大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運營提供了可靠保證。
（3）減少了對電網(wǎng)的沖擊
采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)無大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。
4 結(jié)束語
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機之間的變頻調(diào)速設(shè)備，以其安全、良好的運行性能正快速的替代其它調(diào)速產(chǎn)品，全面的進入到各個行業(yè)的節(jié)能項目中。利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的目的是改變設(shè)備的運行速度，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)現(xiàn)場工況，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，既滿足了生產(chǎn)要求，又達到了節(jié)約電能，同時使維護量大大降低，為企業(yè)帶來可觀的效益。在電機系統(tǒng)的節(jié)能中，高壓變頻器以其節(jié)能的力度，起著重要的作用。
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