高壓變頻器在沙鋼團體宏發(fā)煉鐵廠除塵風機上的應用案例

摘 要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在沙鋼團體鋼鐵廠除塵風機上的應用情況。應用結果表明，采用國產(chǎn)高壓變頻器對鋼廠的除塵風機設備進行調(diào)速節(jié)能改造，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。 關鍵詞：高壓變頻器  除塵風機  應用 1、引言       沙鋼團體是目前國內(nèi)最大的電爐鋼和優(yōu)特鋼生產(chǎn)基地、江蘇省重點企業(yè)團體、國家特大型產(chǎn)業(yè)企業(yè)，全國最大的民營鋼鐵企業(yè)。現(xiàn)擁有總資產(chǎn)1000多億元，職工26700余名，主要工藝裝備均達國際先進水平，形成了年產(chǎn)鐵2230萬噸、鋼2720萬噸、材2390萬噸，其中不銹鋼板100萬噸的生產(chǎn)能力。 圖1 沙鋼團體廠區(qū)       為了降低對周邊環(huán)境的污染，沙鋼瞄準國際國內(nèi)先進水平，大力推進技術創(chuàng)新，先后淘汰了兩座5噸小電爐和6條小軋鋼生產(chǎn)線，同時，引進先進環(huán)保治理工藝技術和裝備，加大環(huán)保技改投進。近幾年來，共投資兩億多元用于增添和更新改造各類環(huán)保設施。在電爐煉鋼方面，采用布袋低壓脈沖除塵技術、噴霧除塵技術、變頻調(diào)速控制除塵風機技術。       該煉鋼廠原有15t氧氣頂吹轉爐4座，轉爐吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高，含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。因此，每座轉爐需配有一套除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)采用二級文氏管煙塵凈化方式，風機型號AI850，電機功率1800KW/10KV。由于轉爐周期性中斷吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風機在整個煉鋼工作周期內(nèi)變速運行，吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。2002年，煉鋼廠對其中2#和3#轉爐進行擴容改造，將風機移至地面，采用液力偶合器調(diào)速，高速2700r/min（設計2900r/min），低速1200r/min。經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術存在著局限性，主要表現(xiàn)在： 1）電動機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低；  2）調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應慢； 3）啟動電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；  4）液力偶合器故障時，無法切換至工頻旁路運行，必須停機檢驗；  5）漏油嚴重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴重。       鑒于液力偶合器存在上述眾多題目，因此在2008年9月，煉鋼廠對2#和3#轉爐風機進行改造，改用高壓變頻器為轉爐風機進行調(diào)速。  2、高壓變頻器技術要求及改造方案 　　除塵風機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)職員的人身安全；另外,通風除塵，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；同時轉爐又周期性中斷吹氧；所以，和除塵風機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性。基于以上工作特點，對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：                         1）要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障。 2）要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。                        3）調(diào)速范圍要大，效率要高。 4）有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。  　　經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后決定采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1800F型高壓變頻器，通過雙方技術職員的合作，共同制定了2#和3#轉爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下：       2.1 設備配置     圖2 一次主回路圖 QF：變頻器輸進側的高壓開關柜 KM1、KM2、KM3、KM4：高壓變頻器內(nèi)置真空接觸器 QS1、QS2：高壓變頻器內(nèi)高壓隔離開關 M：1800KW/10KV三相異步電動機       變頻器配備了自動旁路柜，通過KM3、KM4的控制，可自動（或手動）在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下, KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機；工頻狀態(tài)下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機。變頻器可以在重故障時自動切換工頻運行，這樣既保證了變頻器正常運行，又避免了直接啟動電機大電流對電網(wǎng)的沖擊，保證風機連續(xù)不中斷供風。并要求可以遠程和本機控制。山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器調(diào)速有五種方式：就地旋鈕、觸摸屏、遠程、上位機及多段速調(diào)節(jié)，方便用戶選擇。該鋼鐵廠采用多段速方式調(diào)節(jié)。遠程控制時，自動檢測轉爐位置，使變頻器在倒鐵水時高速運行，其他時間低速運行。 2.2 電機、風機參數(shù)及變頻器技術指標 1）電機參數(shù)　 2）風機參數(shù) 3）JD-BP38系列變頻器技術指標 輸進電壓：　　　三相交流有效值10KV±10% 輸進頻率：　　　50±5Hz 輸出電壓：　　　三相正弦波電壓0-10KV 輸出頻率：　　　0-50Hz 頻率分辨率：　　0.01Hz 加速時間：　　　可按工藝要求設定 減速時問：　　　可按工藝要求設定 頻率設定方式：　高低兩級速度，可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整 故障診斷及檢測：自動檢測，自動定位 網(wǎng)側功率因素：　0.95（高速時） 過載保護：　　　150%（每10分鐘答應l分鐘）、180%立即保護 防護等級：　　　IP21 環(huán)境濕度：　　　90%,無凝聚 3、JD-BP38系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng) 3.1系統(tǒng)結構 　　JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結構見圖3所示，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10KV系列有30個功率單元，每10個功率單元串聯(lián)構成一相，圖3中給出了系統(tǒng)結構示例。 圖3 高壓變頻器系統(tǒng)結構圖 3.2功率單元電路 圖4 功率單元主電路圖       每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其主電路結構如圖4所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路，圖中通過逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制實現(xiàn)雙向逆變。 　　功率單元輸出波形： 圖5  單個功率單元輸出波形 3.3輸進側結構 　　輸進側由移相變壓器給每個單元供電，每個功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸進繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互盡緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實現(xiàn)多重化，降低輸進電流的諧波成分。 　　本機中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數(shù)接近1，輸進電流諧波成分低。實測輸進電流總諧波成分小于3%,低于國家標準。 3.4輸出側結構 圖6  10個單元輸出波形疊加圖 輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖6所示的門路PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的盡緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。 3.5控制器 　　控制器核心由高速32位數(shù)字信號處理器（DSP）運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操縱界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操縱信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強了系統(tǒng)的靈活性。 　　數(shù)字信號處理器（DSP）相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳統(tǒng)的模擬信號處理技術正由全新的數(shù)字信號處理技術（DSP）所代替。DSP是面向高速重復性數(shù)值運算密集型的實時處理。高性能DSP不僅處理速度快，而且可以無中斷的完成數(shù)據(jù)的實時輸進與輸出。DSP結構相對單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時間的可猜測性要比結構和指令復雜、依靠于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強的多。它可以單周期完成這些乘加并行操縱，而普通微處理器需要至少4個指令周期，因此在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩沖條件下，是普通微處理器運算速度的4倍以上。 　　另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的同一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓，增強了系統(tǒng)的可靠性。 3.6 控制電源 　　控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機可靠性、調(diào)試、培訓帶來了很大方便。 　　系統(tǒng)采用三次諧波補償技術進步了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號預畸變技術，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)還采用了先進的載波移相技術，它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。 4、設備運行情況及其他效益 　　08年9月份，山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1800F變頻器應用于2#和3#電轉爐除塵風機進行了改造,負壓風機。由于我廠的每臺高壓變頻器在出廠前均經(jīng)過實際風機負載滿載的整機出廠檢驗和調(diào)試，在現(xiàn)場的調(diào)試又可以在沒有高壓輸進的情況下調(diào)試，因此在經(jīng)過約一周的施工、安裝和調(diào)試后，上電試驗和試運行進行順利，一次投運成功，高壓變頻器一直持續(xù)穩(wěn)定運行。高速運行時45Hz，低速運行時20Hz。圖7為變頻調(diào)速后風機運行曲線圖。 圖7 變頻調(diào)速后風機運行曲線圖 運行變頻器調(diào)速后，主要優(yōu)越性變現(xiàn)在： 1）運行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力偶合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來的巨大的經(jīng)濟損失。 2）節(jié)能效果明顯。 下表為生產(chǎn)工況基本相同的條件下，隨機抽取一天工頻與變頻各個方面的數(shù)據(jù)對比：       與原有的工頻驅動方式相比，風機效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi)，電動性能耗大大降低，節(jié)約電量可達37％，變頻改造后節(jié)能效果明顯。 3）電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩(wěn)，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，進步了風機的利用效率。  4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。 5）變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接進靈活。變頻器按照轉爐位置自動高速、低速往復運行。 6）適應電網(wǎng)電壓波動能力強。 7）同液力偶合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承，減少了機油對環(huán)境的污染，使風機房的現(xiàn)場環(huán)境有了極大改善。  5、結束語 　　從現(xiàn)場運行情況來看，山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1800F高壓變頻器性能優(yōu)越，運行可靠，有效地降低了生產(chǎn)本錢。在國家大力建設資源節(jié)約型社會的今天，通過有效的節(jié)能改造，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

2009年，中國風電裝機容量位列世界第二，但風電迅速發(fā)展的同時，并網(wǎng)難也成為限制風電發(fā)展的瓶頸。風能電力如何有效上網(wǎng)？風電產(chǎn)業(yè)如何有序發(fā)展？帶著這些疑問，本刊記者專訪了中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖。
《中國經(jīng)濟和信息化》：去年10月份以來，內(nèi)蒙古風電停轉，損失超過億元，您認為導致這種情況發(fā)生的主要原因是什么？
秦海巖：由于規(guī)劃落后，電網(wǎng)已經(jīng)成為影響風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。
具體到內(nèi)蒙古的情況，內(nèi)蒙古的風電輸送因熱電聯(lián)產(chǎn)而受到極大限制，但主要還是體制、利益調(diào)整的問題。對于風電，內(nèi)蒙古本地消化不了，京津唐甚至整個華北地區(qū)是可以吸收的，負荷也夠、通道也有，但國家電網(wǎng)不讓入網(wǎng)，這樣就導致了問題的出現(xiàn)。
解決風電上網(wǎng)難題最核心的是觀念、體制問題，是經(jīng)濟利益調(diào)整的問題。當然不可否認，是有很多技術難題，但技術問題并非難以解決。
風電并網(wǎng)問題非常復雜，標準的制定涉及技術、市場機制以及管理等多個方面，一家單位很難把所有的問題研究透徹。風電并網(wǎng)技術標準一定要政府、電網(wǎng)公司、風機制造商及風電場運營商等利益相關方共同制定。
《中國經(jīng)濟和信息化》：近年來，國內(nèi)風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況如何？
秦海巖：中國風電產(chǎn)業(yè)真正起步是2004年。2004年以前，業(yè)內(nèi)人士對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的擔心集中在能否制造出大型風電機組，制造業(yè)能否滿足風電裝機的需要。當時，每年只有不超過10萬kW的裝機容量。
借助巨大的市場優(yōu)勢，經(jīng)過5年的發(fā)展，國內(nèi)催生了超過多達70家的整機企業(yè)。目前國內(nèi)幾家主要設備企業(yè)如華銳風電、金風科技、東汽風電產(chǎn)值已經(jīng)進入世界前10名。
我國風電機組供應能力完全可以滿足市場需求。部分領頭企業(yè)在國家政策的激勵下，積極開展自主創(chuàng)新活動，初步具備了風電機組設計能力，多兆瓦級（大于2兆瓦）風電機組研制技術取得突破。
同時，經(jīng)過幾年發(fā)展，我國企業(yè)在風電關鍵零部件配套方面的能力已經(jīng)得到很大提高。葉片、齒輪箱、發(fā)電機等關鍵零部件基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，齒輪箱軸承、變流器等部件的供應能力也將很快得到提高。國產(chǎn)風電設備的國際市場開拓工作也進展良好，產(chǎn)品已經(jīng)出口到美國、智利、泰國及印度等國家。
可以說，上一個5年，我們已經(jīng)實現(xiàn)了風電從無到有、從有到大；下一個5年，我們應把目光放長遠，實現(xiàn)風電產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展。
《中國經(jīng)濟和信息化》：如何解決風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題？
秦海巖：如何科學制定中國風電中長期發(fā)展目標和實現(xiàn)途徑，保障風電產(chǎn)業(yè)快速有序發(fā)展，解決大規(guī)模風電開發(fā)存在的主要問題，將成為中國未來風電發(fā)展的研究重點。
首先，要讓電網(wǎng)成為風電發(fā)展的堅強后盾。當前，總是有些人用技術上有困難、經(jīng)濟上不合理來評價風電并網(wǎng)。但是，歐洲的經(jīng)驗表明，風電占比達到20%基本沒有什么技術上的問題，也不會帶來太多的成本增加。我們國家也有非常好的例子——內(nèi)蒙古的實踐有力地證明了風電對電網(wǎng)的安全運行沒有影響。
其次，要全面系統(tǒng)考慮風電并網(wǎng)問題，制定科學合理的并網(wǎng)技術標準。當前，風電發(fā)展正處于從前期的規(guī)�；�和商業(yè)化轉向可持續(xù)發(fā)展的關鍵階段。非常有必要通過制定風電并網(wǎng)技術標準，來促進風電大規(guī)模持續(xù)發(fā)展。
再次，要大力支持風電基礎技術研究，借助大市場變身風電強國�，F(xiàn)階段我們更應大力支持那些不太容易出成績，但又是風電開發(fā)的根本性、基礎和共性技術的開發(fā)項目。
應該抓緊研究制定符合我國的風況、環(huán)境條件的風電標準體系。我國現(xiàn)階段國內(nèi)風機設計采用的IEC61400-1標準，并沒有考慮中國國情，不能完全適應我國的風況及氣候特點。
例如：在西北地區(qū)，如果按照IEC61400－1標準，50年3秒平均極端風速幾乎相當于年平均風速的7倍設計，設計的風機制造成本增大，不經(jīng)濟。而在東南沿海地區(qū)，按同樣標準設計的風機可能會強度不足，使用壽命不夠。
我們還應鼓勵競爭，但是要防止犧牲質(zhì)量降低價格的惡性競爭，并進一步完善檢測認證體系，維護健康市場秩序。
《中國經(jīng)濟和信息化》：在這一過程中，政府應扮演什么角色？
秦海巖：政策驅動和引導。風電產(chǎn)業(yè)作為一個新興的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段離不開政府的扶持。
一是政府加大財政補貼的力度，繼續(xù)對已實現(xiàn)自主創(chuàng)新的企業(yè)給與資金獎勵。
二是鼓勵開發(fā)商采購自主創(chuàng)新的產(chǎn)品，通過市場引導自主創(chuàng)新，利用市場培育企業(yè)研發(fā)設計能力。
三是政府要通過支持科技項目的方式，推進基礎性、公共性技術的研發(fā)，整體提升產(chǎn)業(yè)的技術水平，以此加快向風電技術強國的轉變。
《中國經(jīng)濟和信息化》：在風能發(fā)電方面，有哪些國際經(jīng)驗值得借鑒？
秦海巖：縱觀風電發(fā)展歷史，傳統(tǒng)的風電市場大國，無不成就了相關設備制造的世界級企業(yè)，如丹麥的Vestas、西班牙的Gamesa、德國的Enercon和Nordex。
2009年，我國新增裝機1380.32萬千瓦，排名世界第一，已經(jīng)成為世界上最大的風電設備市場。強勢的市場地位蘊含著由制造大國向產(chǎn)業(yè)強國轉變的機會。全球風電制造業(yè)技術遠未成熟，現(xiàn)在我們與世界強國處于同一起跑線上，這是中國風電業(yè)的發(fā)展機遇，我們有可能成為強國。因此要支持、鼓勵創(chuàng)新。
所以，依托自己的大市場，我們完全可能催生自己的世界級的知名風電設備制造企業(yè)。同時，我們也完全可以通過對全國風況和環(huán)境參數(shù)的觀測及統(tǒng)計分析，建立起適合我國國情的技術標準體系，為我國風電技術的發(fā)展，創(chuàng)出一條主流的發(fā)展道路，并形成自有的技術門檻，變身技術強國，從而掌握世界風電技術發(fā)展的潮流和話語權。
3L系列三葉羅茨鼓風機 產(chǎn)品簡介 3L系列羅茨鼓風機是我公司吸收了日本、德國等國家的先進經(jīng)驗，在L系列風機的基礎上開發(fā)的一種新型的高效節(jié)能、低噪音的產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用CAD軟件設計和先進的數(shù)控加工工藝，確保風機的優(yōu)良性能，產(chǎn)品廣泛地用于污水處理、冶金、電力、化工、石油、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)通風機、食品輕工等部門的氣力輸送。 性能范圍 升壓：9.8-68.6KPa 流量：0.95-274m3/min 輸送介質(zhì) 空氣、中性氣體 轉動方式    直連、皮帶傳動 產(chǎn)品特點    ·葉輪采用了復合型線，增加了一道密封面，泄漏少、效率高。在相同機型、相同壓力條件下能耗下降5-8%。    ·采用了國際先進的逆流冷卻技術，使氣流脈動更加平緩、排氣溫度明顯地下降6-8℃，在高壓條件（﹥68.8KPa）時尤為明顯，排氣溫度下降10-30℃，同時噪聲降低6-10dB(A)。    ·軸承座部采用離心式甩油機構，確保風機終身不會漏油。    ·采用徑向與平面相結合的組合迷宮密封，使氣體泄漏更少。    ·葉輪經(jīng)過嚴格的動平衡試驗，平衡精度高于6.3級的國家標準規(guī)定，達到5.6級以上，因而整機幾乎無振動。    ·齒輪采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼低碳合金鋼，經(jīng)高頻淬火后磨齒，齒輪精度達5級。    ·整機設計緊湊，結構簡單，與L系列風機相比，維修更方便。 訂貨須知 1.訂貨時請注明風機的型號、升壓和流量。 2.單機供應鼓風機壹臺、電動機壹臺。 3.成套供應：風機壹臺、電機壹臺、進出口消聲器、空氣濾清器、、逆止閥、安全閥、溫度計、壓力表、排空閥、T型接頭、可曲橡膠接頭、電控柜。 4.用戶如有特殊要求請與我公司技術部門聯(lián)系，聯(lián)系電話0513-86728828   3L53W三葉羅茨鼓風機性參數(shù)表                                  執(zhí)行標準：JB/T8941.1-1999 轉速 n r/min   理論流量 Qth r/min 傳動方式 升壓 △      p MmH2O 進口流量 Qac M3/min 軸功率 Ns Kw 配套電機 主機重量（不含電機） 型號 功率kw 重量kg 730 24.34 D 1000 20.8 4.42 Y160L-8 7.5 145 794 2000 19.3 8.84 Y180L-8 11 182 3000 18.1 13.3 Y200L-8 15 290 4000 17.1 17.7 Y225M-8 22 303 5000 16.1 22.1 Y250M-8 30 400 6000 15.2 26.5 Y250M-8 30 400 7000 14.3 30.9 Y280M-8 37 522 980 32.68 D 1000 29.2 5.93 Y160L-6 11 140 2000 27.7 11.87 Y180L-6 15 186 3000 26.5 17.8 Y200L2-6 22 260 4000 25.4 23.7 Y225M-6 30 302 5000 24.4 29.7 Y250M-6 37 400 6000 28.5 35.6 Y280M-6 45 533 7000 22.6 41.5 Y315S-6 55 590 1150 38.35 D 1000 34.8 6.96 Y160M-4 11 123 2000 33.3 13.9 Y180M-4 18.5 173 3000 32.1 20.9 Y200L-4 30 255 4000 31.1 27.9 Y225S-4 37 305 5000 30.1 34.8 Y225M-4 45 333 6000 29.2 41.8 Y250M-4 55 400 7000 28.3 48.7 Y280S-4 75 560 1250 41.68 C 1000 38.3 7.57 Y160L-4 15 144 2000 66.7 15.1 Y180M-4 18.5 173 3000 35.5 22.7 Y200L-4 30 255 4000 34.4 30.3 Y225S-4 37 305 5000 33.4 37.8 Y225M-4 45 333 B 6000 32.5 45.4 Y250M-4 55 400 7000 31.6 53.0 Y280S-4 75 560 1450 48.35 D 1000 44.8 8.78 Y160L-4 15 144   2000 43.3 17.6 Y180L-4 22 197 3000 42.1 26.3 Y200L-4 30 255 4000 41.1 35.1 Y225M-4 45 333 5000 40.1 43.9 Y250M-4 55 400 6000 39.2 52.7 Y280S-4 75 560 7000 38.3 61.4 Y280S-4 75 560  

轉子穩(wěn)態(tài)響應是在頻率不變的不平衡激振力下產(chǎn)生的，而瞬態(tài)響應的激振力頻率是時刻變化的。激振力的不同使得轉子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應有很大的差別。因為轉子系統(tǒng)存在阻尼，阻尼的滯后作用使得振幅響應滯后于不平衡激振力，激振力頻率變化得越快，響應滯后得就越多[1]。

　　針對穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應發(fā)展了兩種平衡轉子的方法——穩(wěn)態(tài)平衡法和瞬態(tài)動平衡法。穩(wěn)態(tài)平衡法比較簡單可行，但對柔性轉子平衡轉速在臨界轉速附近，平衡時危險性很大；而瞬態(tài)動平衡則可以很大的加速度迅速跨過臨界轉速，使振幅大幅度下降，減小平衡的危險性，但瞬態(tài)動平衡比穩(wěn)態(tài)平衡難度大[2]。國外 Gregory L.Reed 曾做過加速度大小對轉子啟動過程振幅的影響分析[3]，為了進一步了解穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應振幅及臨界轉速的差別，進而確定轉子動平衡的平衡方法，分析加速度對轉子瞬態(tài)響應的影響規(guī)律。

1　 Jeffcott轉子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應對比分析 　　 　　轉子的物理模型見圖1，具體尺寸參數(shù)：軸的直徑d=1.7cm，跨距52cm，盤的直徑D=12cm，厚5cm，質(zhì)量m=4.7kg，不平衡量me=1.41×10-5kg·m，轉子系統(tǒng)在盤A-A截面處的剛度系數(shù)為3.3×105N/m，阻尼Ce=20N·s/m。

　

　　通過matlab中的simulink動態(tài)仿真模塊對上式方程組進行數(shù)值求解，得到不同加速度下轉子系統(tǒng)的振幅響應[5]。令自轉角加速度й=0 ，則可得到轉子系統(tǒng)在某一轉速下的穩(wěn)態(tài)響應。因此先令初始自轉角加速度й=35rad/s2，計算得出轉子系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，然后再令й=0 ，取不同的自轉角速度й，得出不同自轉角速度下的轉子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應，將這些數(shù)據(jù)在同一個圖上表示出來，即能反映出 Jeffcott 轉子穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應的差別。

　　Jeffcott 轉子穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應的對比分析見圖2。分析圖2得出：隨著加速度a的增大，轉子的振幅下降，臨界轉速增加；轉子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應振幅在臨界轉速附近要明顯高于瞬態(tài)響應，但在轉速低于轉子系統(tǒng)臨界轉速的80%區(qū)域內(nèi)，穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應是相同的，此時可采取穩(wěn)態(tài)平衡法，相反在高于臨界轉速80%的區(qū)域則應采用瞬態(tài)動平衡法；轉子在以角加速度為35rad/s2的加速過程中，最大振幅為1.165×10-4m ，對應轉速為 2631r/min，而穩(wěn)態(tài)響應最大振幅為1.8684×10-4m ，對應轉速為2531r/min。計算后知穩(wěn)態(tài)響應的峰值高出了瞬態(tài)響應的60%，瞬態(tài)響應出現(xiàn)峰值的轉速比穩(wěn)態(tài)響應滯后了100r/min。因此對于一個不平衡的轉子系統(tǒng)長期運行于臨界轉速附近是非常危險的。對于需要工作在高于臨界轉速的轉子系統(tǒng)，必須以很大的加速度迅速跨過臨界轉速區(qū)域，以防轉子系統(tǒng)在臨界轉速附近因振幅過大而直接損壞，造成不必要的損失。

  2 單盤懸臂轉子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應對比分析

　　轉子的物理模型見圖3，L1=0.24m,L2=0.96m,L3=0.05m；k1、k2分別為兩支撐的剛度，k1=1×106N/m，k2=1×108N/m；輪盤質(zhì)量m=20kg，直徑D=0.5m, 偏心矩e=9.6×10-4m ，盤的自轉角加速度a=50rad/s2；軸的直徑d=3cm。為便于用傳遞矩陣對其進行研究，在軸上做出了6個截面。

　　利用傳遞矩陣法推導出單盤懸臂轉子的運動微分方程為

　　

　　如同Jeffcott轉子一樣，設定角加速度a＝0rad/s2，取不同自轉角速度30rad/s、50rad/s、70rad/s、100rad/s、120rad/s等值，通過求解上式方程組得出不同轉速下懸臂轉子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應；再取a＝50rad/s2，得出轉子系統(tǒng)的瞬態(tài)響應。然后在一張圖上畫出穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的計算結果，見圖4。

　　分析圖4看出：隨著加速度的增大，轉子振幅減小，臨界轉速增加；單盤懸臂轉子的穩(wěn)態(tài)響應峰值在臨界轉速附近要明顯高于瞬態(tài)響應；出現(xiàn)峰值時的轉速，瞬態(tài)要滯后于穩(wěn)態(tài)，且加速度越大，滯后的越多；當轉速低于轉子系統(tǒng)臨界轉速的70%時，穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應是相同的。從圖中還可以看出，轉子在以角加速度為50rad/s2的加速過程中，振幅最大峰值為1.85×10-4m，對應的轉速為1425r/min，而穩(wěn)態(tài)響應的峰值為3.2514×10-4m ，對應的轉速為1299r/min，計算后知穩(wěn)態(tài)響應的峰值要高出瞬態(tài)響應的75.7%，瞬態(tài)響應出現(xiàn)峰值的轉速滯后穩(wěn)態(tài)響應126r/min。

3 雙盤轉子穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應對比分析

　　雙盤轉子的物理模型見圖5，兩盤的質(zhì)量分別為m1=5kg，m2=10kg，兩盤的直徑分別為D1=0.2m，D2=0.4m，兩盤的偏心距分別為e1=e2=2×10-5m，兩盤處的阻尼分別為Ce1=100N·s/m、Ce2=100N.s/m，彈性支承的剛度分別為k1=k2=5.63×105N/m；各軸段的長度分別為L1=0.2m，L2=0.5m，L3=0.7m，L4=0.1m；各軸段的直徑為D＝0.03m；加速度為30rad/s2。

　　利用傳遞矩陣法得到上面雙盤轉子系統(tǒng)的運動微分方程為

　　上式中的各系數(shù)如下(A為1～4截面的傳遞矩陣，C為5～8截面的傳遞矩陣，B=CA)：

　　　

　　雙盤轉子系統(tǒng)的運動微分方程明顯要比單盤轉子系統(tǒng)復雜得多，從4個方程變成了8個。利用matlab中的simulink動態(tài)仿真模塊對該方程組進行求解，令角加速度й＝0，取自轉角速度分別為20rad/s、60rad/s、110rad/s、140rad/s、160rad/s等值，得出雙盤轉子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應。然后再令й＝100rad/s2，求出轉子系統(tǒng)的加速瞬態(tài)響應，最后將穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應的結果繪于同一張圖上，對它們進行比較，見圖6和圖7。

　　分析圖6和圖7知：雙盤轉子隨著加速度的增大，兩盤振幅減小，臨界轉速上升；由圖上標出的數(shù)值看出，在一階臨界轉速，1盤穩(wěn)態(tài)響應的峰值高出瞬態(tài)響應的21％，2盤穩(wěn)態(tài)響應的峰值高出瞬態(tài)響應的27％。1盤瞬態(tài)響應峰值出現(xiàn)的轉速要滯后穩(wěn)態(tài)響應161rad/s，2盤瞬態(tài)響應峰值出現(xiàn)的轉速要滯后穩(wěn)態(tài)響應151rad/s；在二階臨界轉速，1盤穩(wěn)態(tài)響應的峰值高出瞬態(tài)響應的11.2％，2盤穩(wěn)態(tài)響應的峰值高出瞬態(tài)響應的7％，1盤瞬態(tài)響應峰值出現(xiàn)的轉速要滯后穩(wěn)態(tài)響應127rad/s，2盤瞬態(tài)響應峰值出現(xiàn)的轉速要滯后穩(wěn)態(tài)響應134rad/s。

4 　結論

　　通過上面對單雙盤轉子系統(tǒng)的各種模型的大量數(shù)值仿真得出：隨著轉子加速度的增大，轉子振幅下降，臨界轉速上升；穩(wěn)態(tài)響應峰值要大于瞬態(tài)響應；瞬態(tài)響應出現(xiàn)峰值的轉速要滯后于穩(wěn)態(tài)響應。

　　上述得出的結論與理論相符。因為當轉子越過臨界轉速時，撓度要明顯加大，輪盤質(zhì)心的切線速度就會相應得到提高，致使轉子的動能提高很多。這部分動能的增量是由外力矩做功獲得的。因為旋轉的輪盤在撓度增加時，要受到哥氏慣性力的作用，由其形成的阻力矩需由外力矩來克服，所以，外力矩消耗的功是用于轉變成撓度增加所需要的動能�？梢娤到y(tǒng)能量的增加是一種能量的積累過程，轉子增速的快慢，將直接影響能量積累的時間，從而影響撓度的增加以及對應于撓度峰值的轉速。如果提高轉子增速的速率，使越過臨界狀態(tài)的時間相應縮短，那么，臨界轉速的撓度就會變小，其峰值也會滯后出現(xiàn)。而穩(wěn)態(tài)響應則相當于加速無窮緩慢，使能量積累時間無限長，因而能量積聚的越多，振幅越大。

參 考 文 獻

［１］  顧家柳，等.轉子動力學[M].國防工業(yè)出版社，1985.12.

［２］  鐘一愕,何衍宗,王正,等.轉子動力學[M].北京:清華大學出版社，1987.11.

［３］  Gregory L.Reed Theoretical And Experimental Investigation Of The Response Of A Rotor Accelerating Through Critical Speed NAVAL POSTGRADUATE SCHOOL 1995.

［４］  和興鎖.理論力學[M]. 科學出版社 ,2005.6.

［５］  陳桂明，張明照，戚紅雨，等.應用Matlab建模與仿真[M]. 科學出版社，2001.

   
　日前在京與全球著名半導體供應商英飛凌簽署核心技術變流器模塊技術引進協(xié)議，該協(xié)議沒有授權期限及生產(chǎn)配額的限制。業(yè)內(nèi)分析人士認為，此舉釋放出金風科技在未來企業(yè)發(fā)展中的三大信號。

　　首先，變流器模塊技術是影響直驅永磁風電機組低電壓穿越和成本效益的核心系統(tǒng)，被認為是實現(xiàn)“電網(wǎng)友好型”風電的關鍵技術。金風科技董事長武鋼說，近年來，電網(wǎng)對風電的發(fā)展提出更高的要求，金風科技引起核心技術旨在致力于“電網(wǎng)友好型”風電的發(fā)展方向。

　　其次，金風科技從2007年開始在英飛凌支持下自主研制變流器，此次簽署技術協(xié)議后，金風科技從英飛凌獲得“兆瓦級風力發(fā)電機組變流器模塊”的國內(nèi)生產(chǎn)權，其生產(chǎn)模塊將應用到1 .5 MW和2.5MW風電機組中，并逐漸向3.0MW直驅機組擴展。這表明，隨著國內(nèi)風電機組大功率化趨勢的加劇，金風科技開始加強對大功率直驅風機核心技術的掌控能力。

　　其三，據(jù)介紹，全功率變流器在風電機組核心技術部件總成本中占15%。金風科技引進英飛凌變流器模塊技術并批量自產(chǎn)后，無疑將降低企業(yè)成本，提高市場競爭力。武鋼表示，“這項技術引進及自產(chǎn)在帶來顯著成本效益的同時，還將有效確保變流器核心模塊的即時供應，增強企業(yè)服務客戶的能力。更重要的是，我們還能從中學習到以英飛凌為代表的先進德國生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制經(jīng)驗，對提高公司整體生產(chǎn)管控水平大有裨益。”

礦用對旋軸流主透風機的變頻改造

摘 要：本文先容了礦用主透風機變頻改造的必要性和其改造后的節(jié)能效果，并結合具體應用闡述了高壓變頻器的主要技術特點和應用效果。          關鍵詞：礦用對旋軸流透風機 高壓變頻器 調(diào)速節(jié)能          一、礦井和礦用對旋軸流透風機概述          　　星村煤礦位于山東省曲阜市境內(nèi)，生產(chǎn)系統(tǒng)按照120萬噸/年裝備，為全隱蔽型井田。井田內(nèi)主要有第四系、侏羅系和石炭二疊系含煤地層，煤層埋躲較深，采用立井開拓方式。礦井透風方式采用中心并列式。副井進風，主井回風。兩臺對旋軸流風機，一用一備。          　　將一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，而葉輪的轉向彼此相反，稱為對旋型軸流透風機，或者對置式軸流風機。煤礦所使用的對旋軸流風機因其主要由該透風機采用兩級葉輪對旋式結構，兩級葉輪分別由容量及相同型號電動機驅動，兩個葉輪旋轉方向相反，從進風口看，第一級葉輪順時針方向旋轉，第二級葉輪則按逆時針方向旋轉。當空氣流進第一級葉輪獲得能量后并經(jīng)第二級葉輪排出，第二級葉輪兼?zhèn)淦胀ㄝS流風機中靜葉的功能，在獲得正直圓周方向速度風量的同時，增加氣流的能量，從而達到了高效率，高風壓。          　　我礦主透風機為湘潭平安電氣生產(chǎn)的BD-II系列彎掠組合正交型隔爆對旋軸流式主透風機。型號為BD-II-8-NO.27。一用一備，每臺風機配置兩臺450kW、10kV防爆型鼠籠電機。電機采用了南陽防爆團體的風機用高壓隔爆型三相異步電動機。電機型號為YBF630M-8。電機電壓為10kV，轉速為744轉/分，額定電流33.9A.。通過調(diào)節(jié)風機葉片角度和風道擋板來完成風量的調(diào)節(jié)。          二、礦用對旋軸流透風機變頻改造的必要性          　　礦用對旋軸流透風機（俗稱“主透風機”）是煤礦的“呼吸系統(tǒng)”的中樞，須24小時不中斷運行。由于煤礦企業(yè)受復雜的生產(chǎn)條件和環(huán)境影響，在設備選型上煤礦根據(jù)反風及開采后期運行工況所設計的透風機及拖動的電動機的功率，遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率，造成了大馬拉小車的普遍現(xiàn)象，耗能相當嚴重。如何降低企業(yè)的生產(chǎn)本錢，進步勞動生產(chǎn)效率是煤炭生產(chǎn)企業(yè)需要解決的主要題目。          　　從透風機選型的過程和煤炭生產(chǎn)的實際情況，對旋軸流透風機在恒速運行中存在以下題目：          　　1.電能的嚴重浪費          　　主扇風機設計上余量大，主扇風機一直處在較輕負載下運行。由于采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費，增加了生產(chǎn)本錢。          　　2.啟動困難，機械損傷嚴重          　　主扇風機采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的盡緣有著較大的威脅，嚴重時甚至燒毀電動機。而高壓電動機在啟動過程中所產(chǎn)生的單軸轉矩現(xiàn)象使風機產(chǎn)生較大的機械振動應力，嚴重影響到電動機、風機及其它機械的使用壽命。          　　3.自動化程度低          　　主扇風機依靠人工調(diào)節(jié)檔板，更不具備風量的自動實時調(diào)節(jié)功能，自動化程度低。在故障狀態(tài)下，如風騷短路，將對礦井正常生產(chǎn)造成嚴重影響。          　　高壓變頻器作為一種新型的電力變換裝置,負壓風機廠，已經(jīng)成熟地應用到產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的各個行業(yè)，不但啟動輕易，節(jié)能效果明顯，而且對電機的保護功能齊全。因此，為保證礦井生產(chǎn)的安全，降低生產(chǎn)本錢，進步自動化程度，對旋軸流透風機的變頻改造就成為事在必行的工作。          三、高壓變頻器的技術特點          　　為克服以上存在的題目，我們決定對主透風機進行變頻改造。根據(jù)論證分析和現(xiàn)在高壓變頻的技術現(xiàn)狀，我們采用了利德華福公司的HARSVERT-A 10/070功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻器。利用一臺變頻器直接拖動一臺風機的兩臺電機的改造方案。          　　HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，直接10kV輸進，直接10kV高壓輸出。變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。它采用了新型IGBT功率器件，全數(shù)字化微機控制。具有可靠性高、易操縱、性能穩(wěn)定等特點。          　　1.功率模塊結構：功率單元結構原理是由不可控二極管整流的三相全控橋、低壓盡緣柵雙極型晶閘管（IGBT）逆變橋、電容器組等元件組成的控制回路，為基本的交-直-交單相逆變電路，通過對IGBT逆變橋進行正弦脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制，可得到功率單元輸出的PWM波形。每個功率單元結構一致，可以任意互換，而且當某個功率單元出現(xiàn)故障時，封閉該功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，將這個功率單元隔離出往，而不影響其他功率單元的運行。          　　2.輸進側結構：輸進側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，根據(jù)電壓等級和功率模塊串聯(lián)級數(shù)，為48脈沖構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網(wǎng)側的電流波形（網(wǎng)側電壓電流諧波指標滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求）。使其負載下的網(wǎng)側功率因數(shù)接近于1，無需任何功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。          　　3.輸出側結構：輸出側由每個功率模塊的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到門路正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機的盡緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度，可直接用于普通電機。同時，電機的諧波損耗大大減少，消除負載機械軸承和葉片的振動。          　　4.控制器：控制器由DSP芯片、嵌進式人機界面和PLC共同構成。DSP芯片實現(xiàn)PWM控制。嵌進式人機界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操縱界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制，輸進輸出波形采集。內(nèi)置PLC則用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。          　　控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，可靠性大大進步。另外，交流220V控制電源掉電時，控制器可由配備的UPS繼續(xù)供電，變頻器可以保持運行。          四、改造后的主要應用效果          　　1.變頻起動對電網(wǎng)沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現(xiàn)變頻軟起動，避免了起動電流的沖擊，減少了對電網(wǎng)電壓的任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止，這體現(xiàn)了高壓變頻器作為軟起動器的作用。          　　2.按需調(diào)節(jié)風量，避免浪費。變頻改造后，風機的送風量不再需要由風門來調(diào)節(jié)，而是通過變頻調(diào)節(jié)風機的轉速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%?100%;因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風量。          　　3.變頻器運行中，假如需要機組切換，直接點擊人機界面中的“啟動1#”或者“啟動2#”進行切換。          　　4.變頻器運行過程中，可以一鍵反風功能，減少了操縱員工的工作，縮短了工作時間，進步了工作效率。          　　5.變頻節(jié)能運行，節(jié)約了大量能源。由于變頻改造后不再使風機一直處于滿負荷工作狀態(tài)，節(jié)能率高達30%以上。          　　6.需要留意的是煤礦對旋風機變頻調(diào)速后，一般情況下要求兩臺電機的運行頻率盡量一致，從而保證電機轉速一致。避免一臺轉速高，一臺轉速低，形成風阻，影響風機的正常運行。          五、運行效果          　　變頻器于2008 年5月30 日安裝完成,6月3日投進運行。變頻器顯示采用中文圖形人機界面，觸摸屏操縱，生動直觀，并且配備有上位監(jiān)控計算機，變頻器的運行狀態(tài)一目了然，各種運行數(shù)據(jù)和報警信息可在觸摸屏和上位機上查詢，便于操縱職員及時了解變頻器的運行情況。變頻器操縱簡單，兩級風機可以同時起動，可在短時間內(nèi)起動至高速，達到所需風量。縮短的起動時間確保了生產(chǎn)安全，實現(xiàn)了一鍵反風，反風操縱比以前簡單可靠，完全可滿足10 min內(nèi)實現(xiàn)反風的要求。變頻器投進運行以來一直運行穩(wěn)定，輸出頻率、電壓和電流符合要求，滿載時網(wǎng)側電流諧波總容量小于3%，風機以低于額定轉速運行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護用度，還降低了風機的運行噪聲，經(jīng)濟效益良好。          　　由此可見，礦用透風機采用變頻調(diào)速，不但實現(xiàn)了軟起停，節(jié)約了電能，而且可根據(jù)巷道的風量需求方便的進行調(diào)速，應用效果是十分理想的。變頻運行時，風機效率為80%，其節(jié)電率在30%以上，節(jié)能效果十分明顯。

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