IGBT直接串联高压变频器在炼铁厂冲渣泵上的应用
4 改造方案
由电机转速公式可知 :
n=60f×(1-s)/p
其中: s—转差率
n—转子实际转数(r/min)
f—电流频率
p—电机的极对数
可见，只要改变电机的频率f，就可以实现电机的转速调节，高电压大功率变频器通过控制IGBT(绝缘栅双极型电力场效应管)的导通和关断，使输出频率连续可调。而且是随着频率的变化，输出电流、电压、功率都将发生变化，即负荷大时转速大，输出功率大，负荷小时转速小，输出功率也小。
由流体力学可知:
Q′=Q(n′/n)
H′=H(n′/n)2
P′=P(n′/n)3
当泵机低于额定转速时节电为
E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)
式中: n—额定转速
n′—实际转速
P—额定转速时电机功率
T—工作时间
可见，通过变频改造，冲渣泵流量Q、压力H及轴功率P都将发生较大的改变，不但节能而且大大提高了设备运行性能。
以上公式为本厂提供了充分理论依据，我厂根据冲渣泵的实际特性对其进行了具体改造，冲渣泵在冲渣时工作在49.5Hz，在不冲渣时工作在25Hz，考虑到工艺对调速精度要求不是很高，本系统只采用开环控制并在高炉值班室操作，需冲渣时给调节系统一个“1”的信号，电机高速运行，不需冲渣时将此信号取消，电机低速运行，取得了很好的节能效果。
5 改造后的系统实际运行状况
变频器到厂后，我厂技术人员同成都佳灵电气制造有限公司派出的技术人员一道，经过几天的安装，一次性调试成功。于2001年11月28日开始正式运行，现已累计运行18个月，经过反复多种测试各运行参数一直正常，变频器质量性能良好，安全可靠，各项指标均达到了设计要求:
(1) 谐波抑制效果良好。电压谐波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93标准。
(2) 各种保护功能完善。过流、过压、欠压、故障保护等功能可靠，并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。
(3) 各种指示功能完备。具有输入、输出电流和电压、运行频率、故障显示、运行状态指示等功能。
(4) 操作简便。同普通的低压变频器的功能操作方式相似，功能设置和调整简单方便。
6 节能量的验证及测试方法
(1) 测量无变频调速时另一台机组在工频电压下运行的电压、电流、功率因数。
(2) 测量有变频调速时机组在49.5Hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。
(3) 测量有变频调速时机组在25Hz频率电压下运行变频器输入端的电压、电流、功率因数。
(4) 测量仪表型号为:电压互感器:JDZJ-6;电压表:16L1-V;电流互感器:LZZB-10 50/5;电流表:16L1-A;功率因数钳型表:HIOI-3266。
通过上述测量参数，根据P=1.73U·Icosφ计算得出P50=294kW、P49.5=214kW、P25=82kW。
7 改造效益
(1) 节能经济效益
机组49.5Hz运行和无变频器运行相比可节省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW
机组25Hz运行和无变频器运行相比可节省功率ΔP2=214kW-P25=132kW
年节电量:ΔW=(H1ΔP1+H2ΔP2)=365(7.5×80+16.5×132)=1013970kWh
(注:每年按365天计,H1:冲渣时间=15×30/60=7.5小时;H2:不冲渣时间=24-7.5=16.5小时)
经济效益:ΔW电价=1013970×0.56=567823元(注:韶钢厂工业电价0.56元/kWh)
(2) 节约维修费用
因冲渣水含有大量的炉渣，原系统管道和阀门在含渣水的高速冲刷下，很短时间内管壁就会变薄、阀门密封损坏须重新更换，一般情况下每年需维修费用约15万元。经变频调速改造后，有一半时间内管道的水流速度降低，磨擦减少，管道和阀门的使用寿命大大延长，每年可降低维修费用约1/3，即5万元。
(3) 实现电机软起动功能，延长了电机寿命，大大减少了冲渣泵故障发生率。
(4) 提高了自动化水平，节约了大量工业用水。
由上述可知，综合经济效益每年可达60多万元，一年即可全部收回成本。
8 结论
通过对冲渣泵系统的变频调速的技术改造，我厂使用了成都佳灵电气制造有限公司制造的IGBT直接串联高压变频器，经过较长时间的运行检验，证明该产品性能可靠、功能齐全、技术先进，说明国内自主开发的高压变频器在技术上已经处于世界先进水平。由于IGBT直接串联高压变频器无输入输出变压器、体积小、性价比高、综合性能好等方面均超过了国内外其它产品，是新一代高性能高压变频产品的代表，为高压变频调速技术在我厂内其它工序的技术改造提供了一条可行的途径，在高压变频改造领域具有极大的推广价值。
参考文献
[1] 吴加林. IGBT直接串联高压变频器[J]. 电工技术，2003,(2).
[2] 吴忠智，吴加林. 变频器应用手册(第2版)[M]. 北京:机械工业出版社, 2002.
