高压变频器在攀钢提钒炼钢厂中的应用

    一、前言

    时光荏苒，斗转星移。弹指间，攀钢提钒炼钢厂的大方坯连铸、两座新转炉以及除尘系统拔地而起，无不成为每个炼钢厂人的骄傲，尤其是除尘系统的新建与改造，对大惯量高压除尘风机的运行要求很高。因此，我厂采用了国内外五大公司的高压变频技术，包括北京利德华福电气技术有限公司、东方日立（成都）电控设备有限公司、美国罗克韦尔公司、美国罗宾康公司、法国阿尔斯通公司，分别使用的高压变频器有：HARSVERT-A（4台）、DHVECTOL-DI03000/06B（1台）、Power Flex7000(3台)、NBH（1台）、ALSPA MD2000（2台），这五种高压变频器已成为攀钢提钒炼钢厂除尘系统中的一道风景线，许多企业都来此参观。其中，北京利德华福高压变频器（HARSVERT-A）的应用最为广泛，主要用于攀钢提钒炼钢厂的6#、7#转炉的二次高压除尘风机（功率1600kW）；4#、5#转炉一次高压除尘风机（功率1400kW）的变频调速。

    二、HARSVERT-A高压变频器的系统原理及特点

    1、高压变频器功率单元结构原理

    功率单元结构原理（图1），是由二极管整流的三相全控桥、低压绝缘栅双极型晶闸管（IGBT）逆变桥、电容器组等元件组成的控制回路，为基本的交-直-交单相逆变电路，通过对IGBT逆变桥进行正弦脉冲宽度调制（PWM）控制，可得到功率单元输出的PWM波形（图2）。每个功率单元结构一致，可以互换，而且当某个功率单元出现故障时，封锁该功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，将这个功率单元隔离出去，而不影响其他功率单元的运行，减少除尘风机停机造成的经济损失，正好适应了攀钢提钒炼钢厂的生产节奏。

图1 功率单元结构原理

图2 功率单元输出的PWM波形

    2、高压变频器的系统结构

    HARSVERT-A高压变频器属于“高-高”电压源型变频器，由移相变压器、功率单元、控制器、工控机、内置PLC（S7-200）、液晶触摸屏、外部接口、温控器、检测装置、报警装置等设备组成（图3）。输入侧由移相变压器给每个功率单元供电，移相变压器的阀侧绕组分为三相（A、B、C三相），构成30脉冲整流方式，采用多级移相叠加的整流方式使负载下的网侧功率因数为0.96（﹥20％负载）接近1，可大幅度改善网侧的电流波形。输出侧由每个功率单元的U、V相输出端子相互串联而成星型接法给电机供电，通过对每个功率单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形（图4），这种波形接近于标准正弦波，无须输出电抗器滤波，可减少对电机和电缆的绝缘的损坏，对输出电缆的长度无特殊的要求。

图3 高压变频器系统结构图

图4 阶梯PWM波形

    3、高压变频器的电压叠加原理

    移相变压器的阀侧绕组分为A、B、C三相，每相上有5个功率单元串联，共15个功率单元，每个功率单元的相电压为690VAC，每相的相电压为：V相=690×5=3450VAC，那么其线电压为：V线=V相=×3450≈6000VAC（图5）。

图5 高压变频器的电压叠加原理