高压变频器在炼钢厂中的节能应用
2014-07-24刘化军
刘化军
摘要：环保的严重污染，能源的日益紧张，要求钢铁企业要降低能源消耗，开展环保、低碳的节能生产技术。高压变频器就是利用其变频调速技术实现对风机电动机的降耗增效，因此钢厂使用高压变频技术对钢厂的节能减排具有非常重要的作用。本文以高压变频器节能技术为突破口，分析高压变频器的工作原理，最后引导出高压变频器在炼钢厂节能应用的具体措施。
关键词：高压变频器 节能 应用
0 引言
近几年我国雾霾天气的出现以及能源资源的日益减少，人们开始意识到节能减排的重要性，将目光转移到利用新能源实现企业生产的高效、低碳节能的方向发展。作为炼钢企业其是环境污染以及自然能源消耗的最大户，实现炼钢厂的节能减排对于环境改善、资源高效排放都具有重要的意义。在炼钢企业中其要负载大量的风机和水泵，通常情况下其要根据外界的环境变化及时调整转速，但是如果采取其它的高压技术则不能实现转速的及时调整，而高压变频技术则可以根据外界的环境变化及时调整转速，实现了能源的低耗达到节能的目的。
1 高压变频器工作原理及特点
1.1 高压变频器工作原理
在进行高压变频的工作原理分析前，我们应该了解高压变频器的组成部分：移相变压器、功率模块以及控制器。功率模块是整个高压变频器的核心，在功率模块电流中，整流测是三相全桥结构，其开关为二极管，逆变侧为IGBT逆变桥，其输出端能输出两相交流电。移相变压器为功率模块进行供电，移相变压器的主要功能是根据不同的电压等级由不同的脉冲叠加实现整流，移相变压器的副边一般被分为好几组，并且其绕组之间是相互独立的，其功率的主回路也是相互独立的，可以说与其它的变压器的工作原理相似。具体高压变频工作结构图（见图一）
1.2 高压变频器工作特点分析
1.2.1 波形符合国家标准
根据对相关高压变频器的工作过程分析，得出的数据充分证明：高压变频器输入的谐波符合我国相关的标准要求，也就是说对于36脉冲整流来讲其在理论上是能实现35次以及以下谐波的自动抵消功能的。
1.2.2 单元旁路功能
一般看来说在高压电频器工作期间，如果某一单元的器件发生故障后，其单元对应的相就不会有电压的输入，这样就会发生电机的缺相工作，而缺相工作是高压变频器所不允许的，而高压变频器中添加的单元旁路功能就能很好的解决此问题，单元旁路功能就是在某一单元发生故障后，该单元会通过相应的旁路接触器进行工作，以此保证变频器还能正常的使用，但是其不能参与变频工作，一般来说旁路功能发挥其功能的时间为250ms，也就是说在单元发生故障后的250ms内，变频器可以正常的工作，同时也可以给维修人员提供足够的时间将单元故障期间去掉。
1.2.3 中性点漂移
在单元故障发生后，虽然单元旁路功能能够保证高压变频器的正常使用，但是其电容的容量会下降，因为在单元器件发生故障后，其输出的电压就不可能稳定，这样变频器所发挥的功效也就会降低，因此需要对电机的有效电压进行最大控制，根据此种情况。可以对单元电压的相位角进行调节，实现电机的电压平衡。
1.2.4 具有较高的输入功率因数
一般来说按照电源性质不同其产生的效果也不同，比如电压源型其中间直流环节给够为电机提供足够的电流，而且其不需要进行交换，而电流源型则需要进行无功转换，因此其当电机的符合降低时，其功率的因素也就降低了，所以在高压变频器的中间环节，其主要采取的是电压源型电源，这样可以保证高压变频器能够输入较高的功率因数。
2 变频技术及节能原理
变频技术概括的简单点就是通过对电力半导体器件的操作将工频电源转化为另一频率的电能，实现在现有电压不变的情况下改变电频率，实现电器的最大效能发挥。其工作原理就是通过交流电转化为直流电再到交流电的转化，通过变频器对电变频的改变，实现在满负荷的时候其频率高，在低负荷的时候频率降低的目的，达到最大化节能的效果。
变频调速节能原理：其主要使用过变频控制系统改变输入到电动机内的电源频率，达到控制电流电机转速的目的。
3 高压变频器在炼钢厂中的实际应用
钢厂向来以高消能、高资源、规模大特点成为当前环境污染的主要因素之一，比如近几年河北省环境污染严重的原因主要就是钢铁企业在河北省的数量非常多，其造成的污染非常大。电炉炼钢主要是对一些废旧的钢材、铁合金等原料进行冶炼，可以说在电炉冶炼的过程中其会产生许多有害的气体，尤其是冶炼的氧化过程产生大量的烟气，对此在设计电炉除尘系统时，要根据电炉冶炼最大排烟量来进行设计，也就是说在冶炼的过程中，吹氧期是使用高负荷电机的时期，而吹氧期一般还占不到整个冶炼过程的一半，这样就会造成电机在吹氧期是满负荷运转，而在其它时期则是低工况运转，这样就会造成电机能源资源的浪费。同时在冶炼的过程中不同的冶炼时期其工艺手段也不同，其产生的烟气量也就不同，比如在加料时期，其扬尘产生的原因主要是加料过程中产生的粉尘扩散，因此主要提高加料过程中粉尘的不扩散就可以避免扬尘的出现，也就是说此阶段不需要进行大风量的除尘；而在送电过程中需要及时将烟尘排除，同时也不能将炼炉内的热量吸走，对此不需要进行大风量的除尘，对此该工程对除尘设备提出了更高的要求。
根据不同冶炼时期的除尘要求，在冶炼钢厂的除尘系统改造中，应用高压变频器的节能技术主要体现在：选用的除尘风机电机型号为YKK800-8，其额定电压为10000V，额定电流为127A，额定转速为747r/min，额定功率为1800kW。具体到高压变频器的使用可以按照不同的冶炼时期的工艺特点设定不同的频率，以此将不同时期内的炼钢阶段的操作传递到变频器中，在变频器接受到冶炼阶段的工艺要求时，其就会根据预先设定好的程序调整高压变频器的频率，这样可以很好地实现差别化变频操作，既能提高除尘效果、提高冶炼产品的质量，还能提高冶炼企业的节能效果，促进企业的经济效益和社会效率。
高压变频技术在冶炼钢厂的除尘设备中应用后，其对冶炼厂的作用主要体现在：
①除尘设备的功耗能够随着外界环境的变化而自动调整电压负荷，进而提高除尘设备的效率，达到其运转的最佳状态。
②电机功率的最佳状态，能够保证除尘设备按照科学的电压进行工作，从而有利于冶炼钢厂各种设备的使用寿命的提高，降低电流负荷对机械的损伤。
③有利于控制炼炉内的温度，改善炼炉内的吹炼情况，提高钢铁的质量，促进冶炼产品的品质。
4 节能效果分析
根据对高压变频器在冶炼钢厂的应用情况进行分析看得出以下数据（见表一）：
通过上图相关数据我们可以计算出以下公式：变频改造后，系统每天的耗电量为：14874+11123+1069=27066 KWh。与变频改造前相比，每天节约的电能为：37577-27066=10511KWh。如果我们按照其一年运行365天计算，那么其一年节省的电费就是10211×0.45×365=167.7156万，由此可见应用高压变频器之后给企业带来的经济效率。
当然以上的数据计算只是在理论层面进行的计算，实际的节能情况会根据实际的运行有所偏差，但是高压变频器的应用对企业的节能是有很大的帮助的。
参考文献：
[1]陈楠.变频器节能降耗原理及其应用研究[J].中国科技博览，2013（23）.
[2]霍志卿.高压变频技术的应用[J].中国教育发展研究，2008（4）.
[3]朱建峰.高压变频器在炼钢厂中的节能应用[J].科技与企业， 2013（15）.
[4]王大鹏，孙庆高.变频节能技术冶金工业中的研究与应用[J].中国科技博览，2013（23）.endprint
摘要：环保的严重污染，能源的日益紧张，要求钢铁企业要降低能源消耗，开展环保、低碳的节能生产技术。高压变频器就是利用其变频调速技术实现对风机电动机的降耗增效，因此钢厂使用高压变频技术对钢厂的节能减排具有非常重要的作用。本文以高压变频器节能技术为突破口，分析高压变频器的工作原理，最后引导出高压变频器在炼钢厂节能应用的具体措施。
关键词：高压变频器 节能 应用
0 引言
近几年我国雾霾天气的出现以及能源资源的日益减少，人们开始意识到节能减排的重要性，将目光转移到利用新能源实现企业生产的高效、低碳节能的方向发展。作为炼钢企业其是环境污染以及自然能源消耗的最大户，实现炼钢厂的节能减排对于环境改善、资源高效排放都具有重要的意义。在炼钢企业中其要负载大量的风机和水泵，通常情况下其要根据外界的环境变化及时调整转速，但是如果采取其它的高压技术则不能实现转速的及时调整，而高压变频技术则可以根据外界的环境变化及时调整转速，实现了能源的低耗达到节能的目的。
1 高压变频器工作原理及特点
1.1 高压变频器工作原理
在进行高压变频的工作原理分析前，我们应该了解高压变频器的组成部分：移相变压器、功率模块以及控制器。功率模块是整个高压变频器的核心，在功率模块电流中，整流测是三相全桥结构，其开关为二极管，逆变侧为IGBT逆变桥，其输出端能输出两相交流电。移相变压器为功率模块进行供电，移相变压器的主要功能是根据不同的电压等级由不同的脉冲叠加实现整流，移相变压器的副边一般被分为好几组，并且其绕组之间是相互独立的，其功率的主回路也是相互独立的，可以说与其它的变压器的工作原理相似。具体高压变频工作结构图（见图一）
1.2 高压变频器工作特点分析
1.2.1 波形符合国家标准
根据对相关高压变频器的工作过程分析，得出的数据充分证明：高压变频器输入的谐波符合我国相关的标准要求，也就是说对于36脉冲整流来讲其在理论上是能实现35次以及以下谐波的自动抵消功能的。
1.2.2 单元旁路功能
一般看来说在高压电频器工作期间，如果某一单元的器件发生故障后，其单元对应的相就不会有电压的输入，这样就会发生电机的缺相工作，而缺相工作是高压变频器所不允许的，而高压变频器中添加的单元旁路功能就能很好的解决此问题，单元旁路功能就是在某一单元发生故障后，该单元会通过相应的旁路接触器进行工作，以此保证变频器还能正常的使用，但是其不能参与变频工作，一般来说旁路功能发挥其功能的时间为250ms，也就是说在单元发生故障后的250ms内，变频器可以正常的工作，同时也可以给维修人员提供足够的时间将单元故障期间去掉。
1.2.3 中性点漂移
在单元故障发生后，虽然单元旁路功能能够保证高压变频器的正常使用，但是其电容的容量会下降，因为在单元器件发生故障后，其输出的电压就不可能稳定，这样变频器所发挥的功效也就会降低，因此需要对电机的有效电压进行最大控制，根据此种情况。可以对单元电压的相位角进行调节，实现电机的电压平衡。
1.2.4 具有较高的输入功率因数
一般来说按照电源性质不同其产生的效果也不同，比如电压源型其中间直流环节给够为电机提供足够的电流，而且其不需要进行交换，而电流源型则需要进行无功转换，因此其当电机的符合降低时，其功率的因素也就降低了，所以在高压变频器的中间环节，其主要采取的是电压源型电源，这样可以保证高压变频器能够输入较高的功率因数。
2 变频技术及节能原理
变频技术概括的简单点就是通过对电力半导体器件的操作将工频电源转化为另一频率的电能，实现在现有电压不变的情况下改变电频率，实现电器的最大效能发挥。其工作原理就是通过交流电转化为直流电再到交流电的转化，通过变频器对电变频的改变，实现在满负荷的时候其频率高，在低负荷的时候频率降低的目的，达到最大化节能的效果。
变频调速节能原理：其主要使用过变频控制系统改变输入到电动机内的电源频率，达到控制电流电机转速的目的。
3 高压变频器在炼钢厂中的实际应用
钢厂向来以高消能、高资源、规模大特点成为当前环境污染的主要因素之一，比如近几年河北省环境污染严重的原因主要就是钢铁企业在河北省的数量非常多，其造成的污染非常大。电炉炼钢主要是对一些废旧的钢材、铁合金等原料进行冶炼，可以说在电炉冶炼的过程中其会产生许多有害的气体，尤其是冶炼的氧化过程产生大量的烟气，对此在设计电炉除尘系统时，要根据电炉冶炼最大排烟量来进行设计，也就是说在冶炼的过程中，吹氧期是使用高负荷电机的时期，而吹氧期一般还占不到整个冶炼过程的一半，这样就会造成电机在吹氧期是满负荷运转，而在其它时期则是低工况运转，这样就会造成电机能源资源的浪费。同时在冶炼的过程中不同的冶炼时期其工艺手段也不同，其产生的烟气量也就不同，比如在加料时期，其扬尘产生的原因主要是加料过程中产生的粉尘扩散，因此主要提高加料过程中粉尘的不扩散就可以避免扬尘的出现，也就是说此阶段不需要进行大风量的除尘；而在送电过程中需要及时将烟尘排除，同时也不能将炼炉内的热量吸走，对此不需要进行大风量的除尘，对此该工程对除尘设备提出了更高的要求。
根据不同冶炼时期的除尘要求，在冶炼钢厂的除尘系统改造中，应用高压变频器的节能技术主要体现在：选用的除尘风机电机型号为YKK800-8，其额定电压为10000V，额定电流为127A，额定转速为747r/min，额定功率为1800kW。具体到高压变频器的使用可以按照不同的冶炼时期的工艺特点设定不同的频率，以此将不同时期内的炼钢阶段的操作传递到变频器中，在变频器接受到冶炼阶段的工艺要求时，其就会根据预先设定好的程序调整高压变频器的频率，这样可以很好地实现差别化变频操作，既能提高除尘效果、提高冶炼产品的质量，还能提高冶炼企业的节能效果，促进企业的经济效益和社会效率。
高压变频技术在冶炼钢厂的除尘设备中应用后，其对冶炼厂的作用主要体现在：
①除尘设备的功耗能够随着外界环境的变化而自动调整电压负荷，进而提高除尘设备的效率，达到其运转的最佳状态。
②电机功率的最佳状态，能够保证除尘设备按照科学的电压进行工作，从而有利于冶炼钢厂各种设备的使用寿命的提高，降低电流负荷对机械的损伤。
③有利于控制炼炉内的温度，改善炼炉内的吹炼情况，提高钢铁的质量，促进冶炼产品的品质。
4 节能效果分析
根据对高压变频器在冶炼钢厂的应用情况进行分析看得出以下数据（见表一）：
通过上图相关数据我们可以计算出以下公式：变频改造后，系统每天的耗电量为：14874+11123+1069=27066 KWh。与变频改造前相比，每天节约的电能为：37577-27066=10511KWh。如果我们按照其一年运行365天计算，那么其一年节省的电费就是10211×0.45×365=167.7156万，由此可见应用高压变频器之后给企业带来的经济效率。
当然以上的数据计算只是在理论层面进行的计算，实际的节能情况会根据实际的运行有所偏差，但是高压变频器的应用对企业的节能是有很大的帮助的。
参考文献：
[1]陈楠.变频器节能降耗原理及其应用研究[J].中国科技博览，2013（23）.
[2]霍志卿.高压变频技术的应用[J].中国教育发展研究，2008（4）.
[3]朱建峰.高压变频器在炼钢厂中的节能应用[J].科技与企业， 2013（15）.
[4]王大鹏，孙庆高.变频节能技术冶金工业中的研究与应用[J].中国科技博览，2013（23）.endprint
摘要：环保的严重污染，能源的日益紧张，要求钢铁企业要降低能源消耗，开展环保、低碳的节能生产技术。高压变频器就是利用其变频调速技术实现对风机电动机的降耗增效，因此钢厂使用高压变频技术对钢厂的节能减排具有非常重要的作用。本文以高压变频器节能技术为突破口，分析高压变频器的工作原理，最后引导出高压变频器在炼钢厂节能应用的具体措施。
关键词：高压变频器 节能 应用
0 引言
近几年我国雾霾天气的出现以及能源资源的日益减少，人们开始意识到节能减排的重要性，将目光转移到利用新能源实现企业生产的高效、低碳节能的方向发展。作为炼钢企业其是环境污染以及自然能源消耗的最大户，实现炼钢厂的节能减排对于环境改善、资源高效排放都具有重要的意义。在炼钢企业中其要负载大量的风机和水泵，通常情况下其要根据外界的环境变化及时调整转速，但是如果采取其它的高压技术则不能实现转速的及时调整，而高压变频技术则可以根据外界的环境变化及时调整转速，实现了能源的低耗达到节能的目的。
1 高压变频器工作原理及特点
1.1 高压变频器工作原理
在进行高压变频的工作原理分析前，我们应该了解高压变频器的组成部分：移相变压器、功率模块以及控制器。功率模块是整个高压变频器的核心，在功率模块电流中，整流测是三相全桥结构，其开关为二极管，逆变侧为IGBT逆变桥，其输出端能输出两相交流电。移相变压器为功率模块进行供电，移相变压器的主要功能是根据不同的电压等级由不同的脉冲叠加实现整流，移相变压器的副边一般被分为好几组，并且其绕组之间是相互独立的，其功率的主回路也是相互独立的，可以说与其它的变压器的工作原理相似。具体高压变频工作结构图（见图一）
1.2 高压变频器工作特点分析
1.2.1 波形符合国家标准
根据对相关高压变频器的工作过程分析，得出的数据充分证明：高压变频器输入的谐波符合我国相关的标准要求，也就是说对于36脉冲整流来讲其在理论上是能实现35次以及以下谐波的自动抵消功能的。
1.2.2 单元旁路功能
一般看来说在高压电频器工作期间，如果某一单元的器件发生故障后，其单元对应的相就不会有电压的输入，这样就会发生电机的缺相工作，而缺相工作是高压变频器所不允许的，而高压变频器中添加的单元旁路功能就能很好的解决此问题，单元旁路功能就是在某一单元发生故障后，该单元会通过相应的旁路接触器进行工作，以此保证变频器还能正常的使用，但是其不能参与变频工作，一般来说旁路功能发挥其功能的时间为250ms，也就是说在单元发生故障后的250ms内，变频器可以正常的工作，同时也可以给维修人员提供足够的时间将单元故障期间去掉。
1.2.3 中性点漂移
在单元故障发生后，虽然单元旁路功能能够保证高压变频器的正常使用，但是其电容的容量会下降，因为在单元器件发生故障后，其输出的电压就不可能稳定，这样变频器所发挥的功效也就会降低，因此需要对电机的有效电压进行最大控制，根据此种情况。可以对单元电压的相位角进行调节，实现电机的电压平衡。
1.2.4 具有较高的输入功率因数
一般来说按照电源性质不同其产生的效果也不同，比如电压源型其中间直流环节给够为电机提供足够的电流，而且其不需要进行交换，而电流源型则需要进行无功转换，因此其当电机的符合降低时，其功率的因素也就降低了，所以在高压变频器的中间环节，其主要采取的是电压源型电源，这样可以保证高压变频器能够输入较高的功率因数。
2 变频技术及节能原理
变频技术概括的简单点就是通过对电力半导体器件的操作将工频电源转化为另一频率的电能，实现在现有电压不变的情况下改变电频率，实现电器的最大效能发挥。其工作原理就是通过交流电转化为直流电再到交流电的转化，通过变频器对电变频的改变，实现在满负荷的时候其频率高，在低负荷的时候频率降低的目的，达到最大化节能的效果。
变频调速节能原理：其主要使用过变频控制系统改变输入到电动机内的电源频率，达到控制电流电机转速的目的。
3 高压变频器在炼钢厂中的实际应用
钢厂向来以高消能、高资源、规模大特点成为当前环境污染的主要因素之一，比如近几年河北省环境污染严重的原因主要就是钢铁企业在河北省的数量非常多，其造成的污染非常大。电炉炼钢主要是对一些废旧的钢材、铁合金等原料进行冶炼，可以说在电炉冶炼的过程中其会产生许多有害的气体，尤其是冶炼的氧化过程产生大量的烟气，对此在设计电炉除尘系统时，要根据电炉冶炼最大排烟量来进行设计，也就是说在冶炼的过程中，吹氧期是使用高负荷电机的时期，而吹氧期一般还占不到整个冶炼过程的一半，这样就会造成电机在吹氧期是满负荷运转，而在其它时期则是低工况运转，这样就会造成电机能源资源的浪费。同时在冶炼的过程中不同的冶炼时期其工艺手段也不同，其产生的烟气量也就不同，比如在加料时期，其扬尘产生的原因主要是加料过程中产生的粉尘扩散，因此主要提高加料过程中粉尘的不扩散就可以避免扬尘的出现，也就是说此阶段不需要进行大风量的除尘；而在送电过程中需要及时将烟尘排除，同时也不能将炼炉内的热量吸走，对此不需要进行大风量的除尘，对此该工程对除尘设备提出了更高的要求。
根据不同冶炼时期的除尘要求，在冶炼钢厂的除尘系统改造中，应用高压变频器的节能技术主要体现在：选用的除尘风机电机型号为YKK800-8，其额定电压为10000V，额定电流为127A，额定转速为747r/min，额定功率为1800kW。具体到高压变频器的使用可以按照不同的冶炼时期的工艺特点设定不同的频率，以此将不同时期内的炼钢阶段的操作传递到变频器中，在变频器接受到冶炼阶段的工艺要求时，其就会根据预先设定好的程序调整高压变频器的频率，这样可以很好地实现差别化变频操作，既能提高除尘效果、提高冶炼产品的质量，还能提高冶炼企业的节能效果，促进企业的经济效益和社会效率。
高压变频技术在冶炼钢厂的除尘设备中应用后，其对冶炼厂的作用主要体现在：
①除尘设备的功耗能够随着外界环境的变化而自动调整电压负荷，进而提高除尘设备的效率，达到其运转的最佳状态。
②电机功率的最佳状态，能够保证除尘设备按照科学的电压进行工作，从而有利于冶炼钢厂各种设备的使用寿命的提高，降低电流负荷对机械的损伤。
③有利于控制炼炉内的温度，改善炼炉内的吹炼情况，提高钢铁的质量，促进冶炼产品的品质。
4 节能效果分析
根据对高压变频器在冶炼钢厂的应用情况进行分析看得出以下数据（见表一）：
通过上图相关数据我们可以计算出以下公式：变频改造后，系统每天的耗电量为：14874+11123+1069=27066 KWh。与变频改造前相比，每天节约的电能为：37577-27066=10511KWh。如果我们按照其一年运行365天计算，那么其一年节省的电费就是10211×0.45×365=167.7156万，由此可见应用高压变频器之后给企业带来的经济效率。
当然以上的数据计算只是在理论层面进行的计算，实际的节能情况会根据实际的运行有所偏差，但是高压变频器的应用对企业的节能是有很大的帮助的。
参考文献：
[1]陈楠.变频器节能降耗原理及其应用研究[J].中国科技博览，2013（23）.
[2]霍志卿.高压变频技术的应用[J].中国教育发展研究，2008（4）.
[3]朱建峰.高压变频器在炼钢厂中的节能应用[J].科技与企业， 2013（15）.
[4]王大鹏，孙庆高.变频节能技术冶金工业中的研究与应用[J].中国科技博览，2013（23）.endprint
