全数字矢量变频器在密闭鼓风炉鼓风机上的应用

1  引言

    主鼓风机是密闭鼓风炉生产工艺上要求与密闭鼓风炉同步的关键设备，风机性能和运行的安全可靠性直接制约着密闭鼓风炉的生产能力。本公司在100kt铅锌技术改造完成后，原有的2台6kV，1000kW的主鼓风机（靠阀门调节风量）已经不能满足密闭鼓风炉大风量生产的技术要求，为满足铅锌冶炼过程中对风量的严格要求，使主鼓风机有足够的可调能力与密闭鼓风炉相适应，决定使用西门子公司生产的IGBTIMOVERTMV全数字矢量变频器，经过一段时间的试运行，该系统具有显著的节电效果，较高的调速精度，简便的使用方法和易于实现自动控制等性能。

2  SIMOVERT MV功能及特点

2.1  技术指标和硬件特点

    SIMOVERT MV控制采用了久经验证的TRANSVEKTOR磁场定向控制。其控制原理是运用空间向量估计值以及为降低电机损耗与开关损耗而经过优化的逆变器触发脉冲模式，以获得优良的控制特性和更高的动态性能，该中压变频器具有功率因数高（在整个输出范围中，PF>0.96）,输出线路谐波电流低，性能可靠，系统稳定性好等特点。

2.2  通信能力与控制软件功能

    SIMOVERT MV具有很强的通信能力，可通过智能串行接口等通信模块灵活地把变频器接到相应的网上，其通信速率可达38.4kb/s，同时该变频器的矢量控制方式可以精确地测定和控制电机电流的力矩分量和励磁分量，具有调节参数的自动优化，自动故障显示与报警，可以灵活设定和更改过程数据通道等特点。

3  传动系统的设计与配置

    密闭鼓风炉鼓风机中压变频调速系统主要由控制器，6kV中压变频器、双电源控制柜、电动机及风机等组成，其组成示意图如图1所示。

图1  密 闭 鼓 风 炉 变 频 调 速 系 统 组 成 示 意 图

    其中控制器为美国英格索兰公司Microcontroller Processor Module；变频器为德国西门子公司产品，型号是6SE8018，1800kVA；电动机为西门子公司产品，型号为6kV，1300kW；风机为美国英格索兰公司的空压机。

3.1  HV－IGBTSIMOVERTMV全数字矢量变频器主电路的组成

    如图2所示，该系统主电路变频传动变压器为三绕组，二次为12相二极管整流输出，可减少整流装置产生的高次谐波对电网的影响，逆变部分为采用高压IGBT的三电平逆变器。对于HV—IGBT器件，每次开通或关断时的瞬变电流和瞬变电压是可以完全控制的，因而它们可以获得优良的输出电压特性，同时，其触发电路所需要的元器件数量比GTO或IGCT的触发电路要少得多，故其结构简单紧凑，而且可靠性极高。

图2  变频器主电路组成  [page]

    全数字化的SIMADYND控制系统可用作开环控制和闭环控制，采用了速度极快的全数字化32位信号处理器和多用、灵活的标准软件。同时，功能齐全的保护系统不仅满足了密闭鼓风炉风量随工艺要求而及时调整的需要，也避免了不必要的跳闸，增进了过程控制效率（风机跳闸时，密闭鼓风炉将会造成风口灌渣）。

    由于在进行SIMOVERTMV传动系统开发之初，就考虑了电机的配套问题，因此，采用西门子H－compact和H－compactplus标准电机的SIMOVERTMV传动系统，在技术上和经济上都具有最佳的与上述电机配套的和协性。

3.2  双电源控制

    为了维护系统的稳定运行，该调速系统中设计了一套满足自动切换的双电源供电电路，确保了系统控制电路的稳定。

4  密闭鼓风炉鼓风机变频调速系统的连接

    英格索兰控制器负责风机系统运行中的联锁与控制，将系统中电气控制信号进行综合和逻辑判断，监控风机的运行状况，对运行中出现的异常情况进行声光报警（包括防喘振系统），同时，接受密闭鼓风炉中央控制室的指令，根据密闭鼓风炉工艺，利用变频器进行加、减风量操作，控制和确保风机的安全可靠运行，满足密闭鼓风炉工艺的要求。

5  密闭鼓风炉鼓风机变频调速系统的应用效果

    密闭鼓风炉鼓风机变频调速系统一次投运成功，自2001年10月投运以来，使用情况良好，具有以下优点：

    1）满足了密闭鼓风炉的工艺要求，该控制系统的可靠性极高，满足了鼓风炉冶炼过程中对风量和压力的严格要求，为年产100kt粗铅锌提供了可靠的保证。

    2）变频电机的工作频率一般在40～50Hz之间调整，节能效果明显，每年可节约电费230多万元。

    3）转速调节性能好，全数字化矢量控制系统使得风机动态响应好，灵敏度高，调速范围宽。

    4）系统稳定性能好，磁场定向控制方式可以达到与直流传动系统相媲美的动态性能，能准确地推断和调节转矩电流分量和磁通电流分量，利用矢量控制方法，预先给定的转矩可以准确地维护和限定。

    5）英格索兰控制器和变频器可进行快速、准确通信，具有良好的适应性，因而操作简单、可靠，提高了工作效率。

6  结语

    本公司在这次技术改造中采用了一系列西门子新近推出的先进技术和装置，系国内首次在英格索兰风机上使用了变频调速技术，很好地解决了变频控制与风机控制之间相互通信联络的技术，使风机在生产中发挥了最佳效果，并取得了良好的经济效益，因而在行业中具有推广价值。