烧结系统主抽风机的变频生产与节能
应用
摘要
随着自动化控制技术的不断进步，冶金行业对自动化高效化、节能化有了更
高的要求，本文采用高压变频控制技术对烧结主抽风机同步电动机在启动过程中
实现降压、降噪、减少电网高次谐波，并在生产时可控调速，以达到节能省电效果。
关键词：高压变频器变频控制节能环保
1前言
高压大功率同步电动机是当前烧结主抽风机的常规配置，也是钢铁企业烧结
工序中的核心设备。
烧结主抽风机的起动多采用降压起动，起动电流通常是额定
电流的 3～5 倍，不仅严重冲击电网和电网中的其他用电设备，而且冲击电流导
致电动机振动大、发热快、绝缘易老化。
因烧结工艺参数或配料变化，通常采用
调节主抽风机风门开起度的方式来调节烧结机风箱的风压和风量，但是电动机的
输出功率几乎不变，导致电能较大浪费。
因此，采用先进的高压变频技术实现主
抽风机的起动和调速控制，是烧结生产提高产量和质量、降低能耗的重要措施。
2高压变频器的工作原理和系统组成
2.1高压变频器的工作原理
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元等组成，三相高压电进入高压开关柜，经输入降压和移相等
处理后为功率柜中功率单元供电；其次，变频控制柜中的控制单元对功率柜中功
率单元进行整流、逆变控制、检测等处理，使得频率可以根据需要通过操作界面
给出；最后，控制柜中控制单元将控制信息发送至功率单元中进行整流、逆变等
调整，输出所需等级的电压，基本控制原理如图1所示。
图1
电机的转速满足如下的关系式：
n =（1-s）60f/P
=F×（1-s）（P：电机极对数；f：电机运行频率;s：滑差）从式中看出，
电机的同步转速F（F=60f/P）正比于电机的运行频率f，由于滑差s一般情况下
比较小（0~0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。
，所以调节了
电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。
电机的滑差s和负载有关，负载
越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
2.2高压变频器的系统组成
高压变频器采用功率单元串联多电平拓扑结构，由移相变压器柜、功率单元
柜和控制柜组成，输出 PWM 电压波形，多个功率单元移相串联，电压叠加，完
成变压、变频功能；输入侧的变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染。
这种组成结构具有谐波小、功率因数高的优异性能。
变频调速时，变频装置通过内置的 PID 控制器输出 4～20mA 信号给励磁调
节器，实时控制同步电动机的励磁电流。
改造前同步电动机的工频起动采用水电阻方式，通过调节风机风门开度来控
制风压和风量，改造后，保留原水电阻软起动装置及原高压柜，增加了变频高压
馈电柜、变频高压输入柜、变频高压输出柜、移相变压器柜、变频器功率单元柜、控制柜，结合烧结大系统使用的PLC施耐德M580 BMEP586040控制器作为检测与
控制系统，与原来的励磁柜和工频装置共同构成新的变频控制及切换系统，电气主回路如图 2所示。
图2
3烧结主抽风机变频运行的开机与停机操作
3.1烧结主抽风机变频运行的开机操作
①开机前操作人员检查确认风门已关闭、风机油泵油压正常；
②打开风机冷却水阀门，打开变频器空水冷进、回水阀，
③把现场操作台1SA转换开关转到“变频”位置。
⑤ 把星点柜在综保上的差动速断、差动保护退出并确认；
④变频器启动及调速方式有两种：
1.
工控上位机启动及调速:把现场操作台2SA转换开关转到“远程”位置和“SS1” 转换开关转到“电脑调速”位置，先点击工控上位机画面“空水冷”的“启动／停止”按钮, 空水冷“运行”变红，接着点击工控上位机画面“QF3” 的“合闸”按钮，QF3柜状态显示变红，待工控上位机画面“变频器”的“变频
器就绪”变亮后，点击工控上位机画面“变频器”的“启动”按钮。
“QF4”合闸变红，说明变频器已启动，电机频率从0HZ慢慢上升到最低频率（30HZ），当电机转速达到最低频率30Hz稳定后，才开始调风门，风门每次按5%调整。
风门到90%后操作人员可按生产要求调速。
2.
操作台启动及调速:把现场操作台2SA换开关转到“就地”位置和“SS1” 转换开关转到“本地调速”位置，把调速切换钮子开关打到“操作台调速”，然后先点击工控上位机画面“空水冷”的“启动／停止”按钮，接着点击工控上位机画面“QF3” 的“合闸”按钮，QF3柜状态显示变红，待工控上位机画面“变频器”或现场操作台的“变频器就绪”变亮后，然后按下现场操作台变频器启动按钮“SF”3~5秒松开，说明变频器已启动，电机频率从0HZ慢慢上升到最低频率（30HZ），当电机转速达到最低频率30Hz稳定后，操作人员才开始调风门，风门每次按5%调整。
风门到90%后操作人员可按主控要求在操作台“频率数显变送表”PF上设定频率调速。
3.2烧结主抽风机变频运行的关机操作
变频器关机有三种：
1.
上位机停机：操作人员点击工控上位机画面“变频器”的“停机”按钮，变频器停机，变频器的输出柜分闸，然后点击工控上位机画面“QF3” 的“分闸”按钮，变频器输入柜分闸，最后通知配电工停变频电源馈电柜。
空水冷在变频器停机5到10分钟后在工控上位机画面上再次点击“空水冷”的“启动／停止”按钮，空水冷停机。
2.
操作台停机：按下现场操作台变频器停止按钮“SS”3~5秒松开，变频器停机，变频器的输出柜分闸，然后点击工控上位机画面“QF3” 的“分闸”按钮，变频器输入柜分闸，最后通知配电工停变频电源馈电柜。
空水冷在变频器停机5
到10分钟后在工控上位机画面上再次点击“空水冷”的“启动／停止”按钮，
空水冷停机。
3.
急停操作：在上位机、操作台和变频器控制柜各有一个急停按钮，当发生严
重设备事故和人身事故等紧急情况，只要一拍（按）任何一个急停按钮就能够紧
急停机。
操作画面如图3：
图3
4高压变频器的节能应用
变频器的投用之所以节能，主要在于全速运行中浪费的电能节约下来。
尤其
是闭环调速系统实现了按需拖动，几乎完全消除了拖动系统在运行过程中的浪费。
事实上,变频器是通过轻负载降压实现节能的,当需要较小的风量时刻,电机会降
低速度,风机的耗能跟转速成正比,所以电机的表距会急剧下降,节能效果明显。
其实,冶金、电力等行业实现的具体效果就是如下几点:
①进一步提高电能变换效率,降低待机损耗；
②避免电力公害,尽量减少电流谐波,提高功率因数；
③提高电源装置和系统的电磁兼容性；
④降低电噪声；
⑤实现高性能可控性。