高壓變頻器裝置在熱連軋層流冷卻系統中的應用

　　層流冷卻工藝是熱連軋精軋后續的重要環節，對于900℃左右的熱板進行冷卻，以保證下道工序卷曲的順利進行。此環節決定著板材的光滑度和表面質量、成品率、價格，應用高壓變頻裝置是保證此環節質量的第一方案。
1 高壓變頻裝置的工作原理
（1）原理框圖

（2）裝置原理
　　如上圖，該裝置是主要由變壓器部分、變頻器部分、控制器及輸出部分等組成，直接由10KV系統供電，經裝置工作后輸出0—10kV電壓，控制電機運行。
　　變壓器：具有移相功能，副邊繞組分為三組，采用延邊三角形接法，構成48脈沖給每個功率單元供電，同時在輸入側配置檢測電壓和電流的器件以及溫度檢測器件。
　　變頻器：是單元串聯的多電平拓撲結構，使24個功率單元每8個串聯構成一相，再并聯組合成高壓變頻器。
　　功率單元具有旁路功能則是保證當某個功率模塊發生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應的功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路的SCR導通，保證電機電流通過，仍形成回路。為保證輸出的三相電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。
　　通過每個單元輸出端子的串聯組成星型接法給電動機供電，并通過對每個單元的PW／Vl波形進行組合，得到dv／dt小的PWM波形。
　　控制器：由高速單片機和工控Pc機等元件組成，優化電機運行性能，采用無速度傳感器的直接矢量控制，算法精確，邏輯合理。并且提供友好的中文WINDOWS監控和操作界面，可以實現遠程監控和網絡化控制。內置的PLC進行開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號（包括DCS／RS485／Profibus／Modbus／以太網等）的協調，還可以根據現場的要求擴展開關量，保證系統的靈活性。
（3）變頻器設置保護功能
　　變頻器設置過電流、過電壓、欠電壓、缺相、短路、超頻、失速、功率器件的過熱、瞬時停電等保護。
2 應用的基本要求
　　層流冷卻工藝對變頻器設置要求有效控制水泵電機的各種運行工況，包括軟起動、控制變速、定速帶載運行、正常停機以及緊急停機等。
　　變頻裝置及其輔助設備，應有良好的可控性能、合理的運行操作方式及就地起停、調試和正常／事故情況下所必須的測量、控制、調節保護及報警等設施，以保證水泵的安全經濟運行。
　　符合現場的情況包括：與水泵有關的廠用電系統接線（電源）、額定電壓、額定電流、現場諧波情況等，保證變頻裝置能夠長期安全穩定運行。
　　采用標準化的元件和模塊化的設備設計，以適合設備使用時更換的需要。用于保護、控制、聯鎖與報警的部件（如PLC、中間繼電器、開關、指示燈等），必須保證質量優良、準確可靠。
3 應用結果分析
　　結合變頻裝置的工作原理和應用的基本要求，通過實際運行，其運行結果如下：
　　（1）裝置功能完善，運行穩定，安全可靠。不論是軟起功能、變速控制、定速帶載、正常停機、緊急停機，還是保護功能、自檢功能，都由裝置完成，即保證和完善了原有控制如液力偶合器控制等的功能，有較之繼電保護功能更全，更靈敏。使運行更可靠更穩定。
（2）變頻裝置與現場實現信號無縫接口，滿足生產需要。變頻裝置與現場接口表如下：

　　變頻裝置按照節點狀態自動高速、低速按現場要求的設置運行。并且裝置自帶的轉速測定，為現場直接提供電機的轉速指示，使運行情況更直觀。高精度，全范圍的調速，以及完善的通訊接口，可以同控制系統進行極好的配合。
　　（3）裝置調試簡單，維護量小。由于采用矢量控制，PLC邏輯控制，變頻調速裝置在出廠前，已經按照工藝參數進行了編程設計和出廠調試，使得在現場只按照運行情況進行復調和復檢即可，整體設備集成度高，使得維護量很小。
　　（4）電機實現了軟起、軟停、變頻調速、運行全功能，變頻裝置提供的無諧波干擾的正弦波，減少了電機故障，延長了電機的使用壽命和維修周期。并且變頻調速裝置功率因數，高速時，接近于1，低速時大于95％ ，而以往的液力偶合器高速時功率因數為0．84，而低速時效率和功率因數極低，功率因數有時只有0．6左右，而且調速范圍達不到要求。變頻軟起動損耗很小，只有直接啟動的1／10，每年的起動節能是非常可觀的。而液力偶合器不能實現真正的軟啟動，雖然可以空載啟動，但是在從動軸的啟動過程中，能耗無法有效消除。
　　變頻調速裝置的停機率非常低，而液力偶合器在絕大多數情況下，必須停機，影響整個機組的安全運行，加大了起、停損耗，同時整體的停機損失大大增加。
　　（5）變頻調速裝置的輸入輸出諧波都滿足國家標準，對電網和電機影響極小，起動、運行平穩、噪音小。屬環保型，綠色產品。
　　（6）模塊化設計，維護方便，具有非常強的自檢功能，單元故障時，可不停機降額運行，整機故障可旁路至工頻運行。完善的各種保護和自檢功能，通過各種安全措施，避免了很多場合下不必要的停機所造成的損失。
　　（7）全中文的操作界面，操作簡單，故障情況也可一目了然。
　　（8）高壓變頻調速裝置節電率高達30％ ～60％。以每年運行300天計，節電在1944000kwh～3888000kwh。本地區工業電價約為0．5元/kwh，則每年節電費約為97．2萬元-194．4萬元，相對于投資（每套系統投資約80萬元）來說其效益是相當可觀的。
4 結束語
　　高壓變頻調速裝置在層流冷卻工藝中的成功應用，以其顯著的節能效果和良好的系統相應、控制品質，證明了高科技術的美好發展前景。但由于大功率晶閘管等電子器件的生產工藝在我國還不能滿足要求，需原裝進口，造成成本20％ ～30％的增加，是我們應用者期待盡快解決的困擾。我們相信在不遠的將來隨著我國改革開放進程和技術革命的進步，高壓變頻調速系統技術將進一步完善、裝置的成本也會大大降下來，以滿足不同行業技術改造要求。