罗伟俊，邓  广，叶晓颜，韩必豪

主抽风机是烧结生产的主要设备之一，其风压、风量的变化，对烧结生产的影响很大，而其电耗一般又占整个生产线的1/3左右。因此，合理的控制主风机的运行状态，对提高烧结生产效率以及大量降低电耗，有十分重要的意义。
1  烧结主风机改变频调速的重要性
我国钢铁企业的烧结厂都广泛存在着生产原料及工况变化的情况，而为适应生产，目前只有改变主抽风机的风门开度来满足烧结生产过程的需要，这在过去几乎成了一种统一的模式。然而，这种方法存在着很多弊病：① 根本无法随时动态跟踪工艺进行风量调节以满足最佳工况要求；② 据我们考察有些烧结厂的主抽风机，一般风门开度都在40%～60%之间，电能的损失和浪费可想而知；③ 这些大风机起动困难，起动过程故障率高，对电网影响大。为克服这些弊端，我们首先想到利用变频调速技术。
根据我们厂的生产经验，烧结生产过程中，对风量的要求有一个动态平衡的过程，各项技术经济指标越先进对平衡的要求就越高。因此，我们盟发了对主抽风机进行变频调速改造的设想，利用现代化跟踪手段，实现配料大小循环，三机联调，把点火温度及主烧结负压一同送入大闭环控制。这些设想的实现，最重要而且最困难的就是主抽风机的调速问题，随着高新技术的迅猛发展，用中压变频器来实现上述连续、精确地调节，条件已经成熟了。
实现主风机变频控制，就能合理、随时、动态地调节风的负压和流量，使风量和风压相对恒定，为均质烧结生产提供了有利的条件。反之，没有良好的调节方法，靠人工进行调节，根本无法合理应用，这样就有可能出现大量生料，成品率和工序能耗等指标都难以达到良好指标。主风机采用变频调速后，原来打不开的风门打开了，原来风门控制的风量变成由转速来控制，从输出功率P与风机转速关系P=kW3（K-风机常数；W-电动机旋转角频率）可知，随时着风门的打开，风量减少变成了转速的下降，所以，P成转速立方倍下降，克服了以前调节风门功率损耗大的问题。另外电机起动由原来全压或降压启动，变成变频启动后，起动性能大大改善，所以，大电机启动困难、冲击大、易损伤等问题便迎刃而解了，效益体现在多方面。
2  烧结大风机上变频调速的可行性
目前，许多小功率的风机改变频调速，效益已得到证实，但在国内，尚无烧结主抽风机上变频调速的先例，烧结风机能否上变频调速呢？现在，大型异步电动机变频调速也已屡见不鲜，而大型同步机上变频调速在国内还无先例，同步电机上变频调速究竟如何？同轴主油泵在实现风机调速后，如何补充油量？等等这些问题，都是上变频前要解决的问题。
(1)  为了证实烧结风机上变频的可行性，我们在烧结杯试验中进行了变频调速试验，得到了令人满意的数据。     

表1

从表1试验数据看，情况与主抽风机非常类似，未装变频前，风门开度从0～70°以上，风量基本不变，风压从32～200变化，整个试验过程，电流保持3.4A不变；装变频器后，风门全开，600mm料层时，测得风量98～200时，风压32～194，电流0.6～2.6A，电机转速1106～2900转/分，节电效果十分明显。2001年1月6日，在ROCKWELL自动化和广西南宁怡得发展公司柳州分公司（柳州市怡得安豪科技发展有限公司）的协助下，我们正式将A-B中压变频器用在2000kW同步电机上，进一步验证了烧结主风机上变频的实际效果，在正常生产情况下，风压下降了近4kPa，功率节约了近600kW，对生产工艺和节电产生了重要作用。
试验和实践均能充分证明，烧结主风机上变频调速是完全可行，而且是非常成功的。
(2)  大型同步电动机上变频是否可行？通过我们的实践，也得到了充分的肯定。同步机上变频后，摒弃了原来的异步起动的方法，由A-B中压变频系统配套，采用同步启动方法，随着电机转矩和转速的变化，自动调节运行参数直至达到最佳调速要求，整个过程十分平稳，甚至在电网上毫无冲击的感觉。AB中压变频器可做到同步机定转子电流及功率因数等各参数最佳匹配，从而使运行效果达到最佳水平。
(3)  由于我们主抽风机系统润滑在起动前由副油泵负责，起动完毕后，是由同步机同轴的主油泵供油的这样，在风机变频调速后，主油泵可能运行在低速状态。所以，供油系统就必须考虑油量的补充问题，怡得公司在完成这个工作时，采用了付油泵变频PID调节方式，用较少的投资，保证了主风机低速时，润滑系统的正常供油。这也为主风机变频调速的实施起到了重要的保证作用。
(4)  风机电机冷却：由于同步电机的冷却是自循环风冷，当电机转速下降时，冷却效果也会下降，但由于风机的特性所至，低速时电机负载成立方倍下降，所以发热量也大大减少，实践证明，电机低速运转时，温升不但不上升，反而下降了。
3  方案选择
大功率、高电压的变频器在国内使用尚不普遍，因此，要进行这样大的投资，必须要认真的选择合理的方案。高压变频器，目前从主电路的结构型式可分为交-直-交和交-交两种，交-交型变频器由于控制方式决定了其输出频率只能达到1/3-1/2原频率，故不能满足我们的要求，而交-直-交型变频器不受电源频率的限制，频率调节范围宽，且元件少，利用率等能满足我们的需要。交-直-交变频器由于直流部分不同，又可分为电压型和电流型，电压型变频器的输出电压为方波，当负载出现短路时或在变频器运行时投入负载，都易出现过电流，动态响应较慢，有较大的谐波分量；电流型变频器由于电流控制性好，可限制逆变装置换流失败或负载短路所起的过电流，其运行可靠性高，当负载为电动机时，电压近似正弦波，还能实现发电和制动，把机械能变为电能回馈电网，线路结构简单，动态响应快。通过分析比较，我们选择了美国A-B公司生产的1557型电流型中压变频器，它能保证电网电压在5.9～6.8kV范围变化时正常工作，电流谐波畸变率≤3%、Cosψ≥0.98、η≥97%，变频器能与包括qut140CPU53414大型PLC接口实现烧结工艺闭环控制。
4  实际运行特点
①  A-B公司的电流型1557中压变频器，运用于烧结主风机调速系统，调速范围大，运行平衡，具有良好的控制精度。
②  同步起动电流小、没有任何电气与机械的冲击。
③  励磁电流自动跟踪负载与转速变化，系统运行点优化。
④  通讯能力强，易于上网控制。
⑤  系统调试方便，运行可靠，电机噪音低，发热量降低30%以上。
⑥  节电效果十分明显。
5  运行效果分析
(1)  从主风机变频器投入后的情况看，用变频与接工频运行情况大不一样。上变频之前，电机转速为1500转/分，风门不能开完，否则电机将过载。一般正常生产时，风门开度在80%～90%之间，因此相当部分电能消耗在风门上，2000kW电机经常运行在满载状态，同时由于我们的网路电压偏高（一般在6.3～6.7kV），所以，电机工作磁通接近饱和区，激磁损失增加，工作电流上升。按运行记录计算，电机原来消耗功率1865.8kW，变频器投入后，电机只需运行在42Hz就能满足生产要求，变频输出电压为4350V，电流174A，转速1260转/分，功率消耗1179.9。生产典型参数见表2：

表2

电机在正常运行情况下，年节电：685.9kW×24h×360天×0.904=5357263kWh（0.904为其它因素系数），电费按0.46元/度，可节支246万元/年。