（凌源钢铁股份有限公司辽宁朝阳122500）
摘要：本文主要介绍了变频器节电原理及节电改造前期计算和变频器原理及应用
关键词：变频，移相变压器，节能
随着经济转型的不断深入，市场竞争的不断加剧，节能降本是企业提高竞争力重要手段之一。凌钢股份在风机设备变频节能改造方面做了大量的工作。
一、风机变频节能原理
在管道阻力特性不变的情况下，风机所需的轴功率与转速的立方成正比关系。
如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。
（1）
当所需流量从Q1减小到Q2时，采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，由式（1）可知，所需轴功率P2与H2×Q2成正比，显然，轴功率下降不大；如果采用调速控制方式，风机的转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此，其运行工况点由A点移至C点。此时，所需轴功率P3与积HB×Q2成正比。图中速度调节相对阀门调节节省的轴功率为面积Delt(P)×Q2，显然，节电效果十分显著。
二、变频系统工作原理
本节介绍以10kV设备为例。
2.1功率单元串联原理
中压大功率变频器是由多个功率单元串联而成，以10kV每相八单元串联为例，每相由八个相同的功率单元串联而成，每个功率单元输入电压U2l为690V，由于整流回路的负载为电容负载，则其输出电压平均值Ud的最小值为Udmin=1.35U2l=1.35×690≈932V；而最大值为负载等于零时电容器电压，即整流变压器二次侧线电压的峰值，即Udmax=√2U2l=√2×690≈976V。所以每个功率单元的三相不可控整流电路输出电压平均值Ud的变化范围为932V～976V之间，这也就是直流母线上的电压。电气连接为星接，线电压为交流10kV。
AC10kV输入连接到移相变压器，3组8个功率单元的串联结构，使得输出到电机的最高电压可达10kV。通过移相式SVPWM调制叠波技术，使得输出电压波形近似于正弦波。
2.2功率单元电气原理
改造前工频全速运行，风机入口阀门保持46%开度，即可满足生产要求，平时一般不需要调节风门，电机工频运行电流为110A左右。
3.1选型原则
1、电压，输入电压与电网相匹配，输出电压与电机额定电压相匹配；2、电流，变频器额定电流不小于电机工作（额定）电流；3、考虑负载情况，即风机泵类负载。选用艾默生变频器可选用1套AriVert-G3100-10/10B-N中压变频器，变频器额定电压10kV、额定电流179A，且变频器120%过载60秒，综合考虑变频改造后电机的使用情况，能够满足生产需要。
3.2变频改造模式
采用中压变频一拖一形式进行控制，中压变频器可对电机进行变频调速运行，当变频器发生故障时，可通过旁路柜将电机切换至旁路状态，在原系统模式下工频运行，避免影响生产。
图2-2移相变压器原理图图3-1高压变频一拖一控制示意
中压变频器一拖一模式：标配方案由变频器、旁路柜（包括3个高压隔离开关QS1、QS21和QS22）、高压开关QF和电动机M组成。QS21断开，QS1和QS22闭合时，系统变频运行；QS1和QS22断开，QS21闭合时，系统工频运行。QS21和QS22之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。
3.3改造节能目标预测与实际
1）工频状态下，耗耗功率为：
Pd=√3×Ue×I运×cosФ=1638kW
2）变频器效率η=97％，变频改造后，将风机入口阀门开到最大，根据生产情况对电机进行高低速调节运行，满足生产的工艺和节能的要求：
Pb=√3×Ue×Ie×cosФ×风量3/η
=√3×10×172×0.86×0.78133/0.97
=1260kWh
3）变频改造节能预测比例约为：
(1638–1260)/1638≈23%
4）改造后变频器运行在39HZ可满足工业要求，由于系统管路机械方面等的其他损耗，工艺条件等变化以及其他不可控因素影响，改造后实际消耗功率节约比例约为22%。基本达到了预期效果。
3.4附加效益分析
除了显著的节能经济效益，变频系统在降低设备维护成本、延长设备使用寿命、操作简化等方面也有诸多优势。
（1）降低设备维护成本
变频改造后，设备维护由原来的机械维护转变为电气维护，变频器的日常维护只需定期对防尘滤网进行清洗，大大减少了维护成本。电机、风机转速降低，轴承等磨损较改造前减轻，设备维护周期延长。
（2）延长电机寿命
变频改造后，由于电机的启动方式由原来的直启方式转变为变频启动方式，减小了启动电流，减小了电流冲击冲击对电机的损害，延长电机的使用寿命。
3.5其他注意事项：
（1）工厂环境复杂，务必满足环境条件中规定的防尘要求。
（2）将外部电缆引入柜内连接后，引入孔须用腻子完全封闭。
（3）推荐安装空调设备，选用空调，按照发热量匹配合适的冷却空调，满足工作环境条件中规定的温度要求。
（4）如果加装排气管道，出口风扇排风量匹配合适的风机；室内进气口要加装过滤网。
（5）电机冷却风机采用一般为同轴风冷形式，变频改造后调速过程中，电机转速降低，冷却风机转速随电机降低，需核实电机冷却要求。
四、结束语
钢铁企业生产一般都耗电高、用电量大，节电潜力也大，抓好各生产工序的节电，是节约能源的重要环节。改造耗电高的工艺，逐步淘汰低效设备，推广节电新技术，提高电能利用率。通过节电工作，使产品的耗电指标逐步达到国内和国际先进水平，以提高企业经济效益、提高市场竞争能力。
参考文献：
[1]《钢铁企业电力设计手册》编委会《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社ISBN9787502415358出版时间1996.1.1
[2]天津电气传动设计研究所《电气传动自动化技术手册（第3版）》机械工业出版社ISBN：9787111339892出版时间2011.5.1