基于矢量控制的完美无谐波高压变频器应用研究_图文

1、台金自动化年基于矢量控制的完美无谐波高压变频器应用研究孙凯，刘惠康，唐兴隆，谢丹雄（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉）摘要：以武汉钢铁集团公司炼铁厂高炉除尘风机的改造项目为背景，提出一种完美无谐波的高压变频方案并结合矢量控制技术。论述这种控制方案的优点和巨大的经济效益。关键词：高压；谐波；矢量控制引言其中在满足工艺要求的情况下尽量减小轴功率是钢铁生产过程中，炼铁是核心环节，炼铁厂各降低能耗的重点。种设备繁多，能耗密集且生产规模很大，但同时带如图所示为离心风机风压日和风量的曲来的一个问题是烟尘排量大，污染程度高，所以各线特性图。图中，、分别为风机的速度特性曲种高炉都配有大功率除尘风机以改

2、善这种恶劣环线和管网特性曲线，和为风机的工作点。可境。然而大功率的高压除尘风机其能量消耗是相做如下分析：在不调速的情况下，从大流量，调当惊人的，在我国能源环境非常严峻的今天，节能到小流量：只能改变管网特性，这样速度没变，减排成了必须的措施。传统的除尘风机采用三相功率消耗就没有节省；如果我们把速度降到：，把交流恒频率供电，电机本身的转速无法改变，通过工作点定在点，则在满足风量的同时降低了速调整挡板开度、利用液力耦合器和其它机械方式度，从而减小了轴功率。调速，能量损失很大且调速范围和总体性能并不日理想。利用普通变频器调速又面临高压和严重谐波干扰的问题，本文以武汉钢铁集团公司高炉除尘风机的改造项目为

3、背景，介绍一种基于矢量控制的完美无谐波高压变频方案，以达到高性能调毫日速和节能环保的目的。里日：高压风机的变频调速原理及方案皿风机的运行特点风机一般采用异步电动机，异步电动机的转子转速计算公式如下，可见调速的关键就在于频率的控制：凡：型坠巫（）高压式中，为转速为步频；为转差率；为磁极对对于高压风机来说使用普通变频器是有困难数。的，特别是对于本文的项目背景中涉及的高另外，我们这里先给出与风机耗能相关的几压风机，需要多个功率器件串联才能提供如此高个参数和公式，以便于后面的分析：的电压，这在实践中有很大困难，特别是串联器件塞笔：一：笼（薏）巩一：一是（老）：（）的静态和动态均压问题很难解决。对此采用

4、功率单元串联式的多电平电压源型高压变频系统来处式中，、日、分别为风机的风量、风压、轴功率。理。收稿日期：作者简介：孙凯（一），男，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向为智能控制、新型电气传动技术。冶金自动化年功率单元串联式多电平方案是将输入高压交流电经过隔离变压器变换成为一系列的低压电，再经过低压逆变，最后在逆变侧串联叠加成为需要的高压交流电输出。在实际应用中，可根据所需电压大小来确定串联的单元数，不过考虑到控制算法的复杂程度，串联单元数一般不超过个。在本文中讨论高压风机的控制，准备采，用个功率单元串联的模式，并且每个功率单元采用矢量控制方式，以进一步提高风机性能。功率单元串联式高压变频的主电

5、路结构图如图所示。可以把该型变频方案的特点归结如下：移相变压器（）一体化设计，体积相对较小，安装调试简单。（）无须更改原有电机，可实现工频切换。（）不需另加变压器、电抗器、滤波器、补偿电容器等其它装置。（）谐波污染极小，对周围设备无电磁干扰。（）高功率因素、高效率，功率因素可达到。（）各类保护完善，操作简单，运行稳定可靠，某一组出现故障，可自动旁路，不会严重影响设备图变频系统结构图整体的工作。单组电路和旁路系统如图所示。图单组电路和旁路系统风机运行的谐波分析与节能计算风机运行的谐波分析电气设备和电网质量的影响不可忽略。对于本项目中的除尘风机，其影响更是巨大的。变频器能够让交流电机变速运行，使得

6、交流电机有了更广泛的用途，目前高性能变频器已经可以让交流电机的调速及带载能力与直流电机相媲美。但变频器是电力电子设备，工业生产中变为了有效的抑制谐波，我们对电压输人采用多重化技术，通过将低压各绕组移相，以达到移相多重化的目的。这里将输入电压分成个相位组，则可形成脉波的整流结构，各脉波之间互差的电角度，这样最低次的输入谐波也就是频器的广泛使用也带来严重的谐波污染问题，对冶金自动化年次了。输入电流很接近于正弦波，谐波电流失真表高炉除尘风机电机（型号彤如）的铭牌参数项目额定功率额定电压额定电流额定转速“，砭参数率一般在以内。当采用控制时，变频器的输出谐波分析是比较复杂的，单相桥式逆变电路在双极性调制

7、方式下，其输出谐波的角频率为删。±如，（）目前全压工作电流年工作时间式中，时，后，；，时，；。为载波的角频率；，为调制波的角频率。当采用功率单元串联式多电平多重化技术时，各个功率单元在同时进行控制，当娜疵¨一一叭一电机低速运行，工作电流可降为，功率因数可达。以工业用电每度角计算，可得如下计算结果（形表示一年节约的电能，表示节约的电费）：有个单元叠加时，相电压的表达式为，一，。丝÷亨（丛互）蝼竺卫仉。±卫配，形肋扎妒（歹×××一，××）×××形××，

8、7;±，“（，砌。砌，）然数；，为转动惯量。（）式中，肘为调制深度；。为相电压；及均为自这样在个功率单元叠加时，在相电压中可元万元可见使用高压变频器后，仅电费一项一年就可节约多万元，这样只需不到两年项目改造的成本就可以收回，经济效益是相当可观的。以得到（）个台阶的阶梯波输出，最低次谐波为州一次，为所有功率单元的载波比。其宏观效果与完美的正弦波相当接近。除尘工艺要求与节能计算以武钢炼铁厂一号高炉为例，高炉有东、西两高压风机运行的矢量控制交流电机的高性能调速，追求的目标是达到与直流电机一样的平滑无级和零速带载能力。普通秽模式下，交流电机的变频调速有很大的局限性，机械特性和带载能力都不太理

9、想，所以高性能的变频调速应采取矢量控制方式。本文中，不准备个出铁口，平均每炉铁需。但风机并不需要连续运行，一个出铁周期中出铁时间平均为，间歇期为。如果在间歇时间里能使电机低速运行，将能节约大量的电能。现场设备的具体数据如表所示。使用变频器控制后，在出铁口出铁期，电机全压高速运行，工作电流为；在出铁口间歇期，强调矢量控制的具体推导，只就其具体应用做出说明。本工程中的控制方式采用的是无速度传感器矢量控制，因为除尘的工作环境相当恶劣，光电码盘很难发挥作用。系统的控制框图如图所示。图无速度传感器的矢量控制框图一电机给定转速；砂一转子总磁链给定值；？一给定转角差速度；？一计算中间值；晡一电流转矩分量给定值台金自动化年在这种控制模式下可以很好的提高风机低速时的效率和机械特性。参考文献：张皓，续明进，杨梅高压大功率交流变频调速技术北京：机械工业出版社，姚岚，刘文忠高压变频装置在送吸风机上的应用及注意事项河北电力技术，（）：陈道炼逆变技术及其应用北京：机械工业出版社，编辑：徐慰珠结语利用高压变频器控制高压风机，避免