1 引言
深圳市微能科技有限公司始終致力于變頻器的技術創新和發展為己任，在過去的5年時間先后在低壓變頻器、高壓變頻器的大功率高性能的發展與應用方面作出了突出貢獻，本文介紹的就是大容量高壓變頻器的原理與在鋼鐵工業中的應用情況。
2 我國鋼鐵行業現狀
在國民經濟發展強勁拉動下，我國鋼鐵工業進入快速發展階段，這也帶動了高爐煉鐵產業的高速發展。我國煉鐵產業的現狀是集中度低，高爐座數多(約有900多座)，大于1000 m³以上高爐約有110座。
高風溫是現代高爐的主要技術特征。提高風溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產成本的主要技術措施。近幾年，國內鋼鐵企業高爐的熱風溫度逐年升高了25℃，特別是新建設的一批大高爐（大于2000m3），熱風溫度均超過1200℃，達到了國際先進水平，如2002年后，首鋼技術改造或新建高爐的熱風溫度均實現高于1200℃的目標。還有就是通過對風量、風壓、鼓風濕度、富氧率、噴吹燃料 、風口面積和長度等參數的調節，來達到提高產量及高爐的利用系數目的，這就需要對送風制度進行更好的優化。因此對驅動高爐鼓風機的電機轉速要滿足調速范圍寬度大，響應迅速的要求，顯然通過傳統的風門調節時無法實現的上述要求的。國產高壓變頻器的研發設計水平的提高和制造技術的成熟，使優化高爐鼓風機的送風制度成為了可能。
2.1 現代高爐煉鐵工藝簡介
煉鐵過程實質上是將鐵從自然狀態礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。通常分為燒結和煉鐵兩段工序。燒結：就是把鐵礦粉造塊，為高爐提供精料的一種方法，是利用鐵礦粉、熔劑、燃料及返礦按一定比例制成塊狀冶煉原料的一個過程；煉鐵：煉鐵過程主要目的就是從鐵礦石中經濟高效地得到溫度和成分合乎要求的液態生鐵。
2.2高爐鼓風機的工藝簡介
高爐鼓風機是高爐煉鐵過程中最重要的動力設備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力?，F代大、中型高爐所用的鼓風機，大多選用離心式鼓風機或軸流式鼓風機，近年來也有逐步使用大容量同步電動驅動鼓風機的趨勢。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的穩定空氣，以保證高爐燃燒一定的碳；其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關，一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產的發展，配備的風機能力都大于這一比例，因此一般采用入口風門、出口放風閥進行風量、風壓控制，以防止風機的喘振。其工藝流程圖如圖1所示。
圖1 鼓風機工藝流程圖
高爐鼓風機由于風門的損耗，風機的效率低、電能損耗大，因此采用高壓變頻器改造的節能空間巨大。但是由于高爐鼓風機作為高爐生產的最關鍵設備，不僅電動機功率容量大，且需保證連續運行。如在高爐生產過程中鼓風機發生故障特別是在出鐵水時，將造成灌渣事故，導致高爐堵爐、停產、焦比上升，造成巨大的經濟損失，因此目前國內冶金行業生產廠家對高爐鼓風機進行高壓變頻改造的案例極少，主要原因是用戶對目前高壓變頻器的運行可靠性存在疑慮。
深圳市微能科技有限公司積聚二十余年的變頻器設計、生產經驗，基于對電機控制理論的透徹了解，電力電子和微電子技術的純熟掌握，微處理技術的融會貫通，獨立開發了具有自主知識產權的超大容量高壓變頻器，率先打破了國產高壓超大容量高壓變頻調速系統的設計、生產記錄。微能公司研發技術人員與甲方生產工藝及技術人員一道，本著高度負責任的原則，實事求是，精誠合作，多次深入現場生產一線調查，獲得了生產過程的詳實數據。以保障用戶安全生產為前提的指導思想，制訂了雙方認可的周到、全方位故障處理備份方案；微能公司的規模化的生產制造，嚴密的質量控制體系，大量穩定可靠的冶金行業運行業績，獲得了甲方的認可和信任，進一步堅定了用戶的改造決心。用戶決定對該廠的2＃煉鐵高爐鼓風機進行了高壓變頻調速改造，以達到降低生產成本，改善生產工藝的目地。
3 微能WIN-HV系列高壓變頻調速系統技術介紹
3.1 WIN-HV系列高壓變頻調速系統原理與結構介紹
3.1.1 系統原理
如圖2所示，WIN-HV系列高壓變頻調速系統采用多個功率單元串聯的形式。對于10kV系統，每相9單元串聯（6kV系統每相6個單元串聯），每個功率單元輸出交流有效值Vo為640V，相電壓為5760V，線電壓為10000V。
圖2 電壓疊加形成高壓輸出原理
3.1.2 功率單元結構
如圖3所示，功率單元主要由三相橋式整流橋、濾波電容器、IGBT逆變橋構成，以及功率器件的驅動、保護、信號采集、光纖通訊等功能組成的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態，如圖4所示的輸出PWM電壓波形。每個電流大小相同的功率單元在結構及電氣性能上完全一致，可以互換。
圖3 功率單元電路結構 圖4 單元輸出PWM波形
3.1.3 輸入側
WIN-HV系列高壓變頻調速系統在10kV電源側采用多達54脈沖移相整流技術，電網側諧波污染小，功率因數高，無需功率因數補償及諧波抑制裝置，對同一電網上用電的其它電氣設備不產生諧波干擾。
3.1.4 輸出側
在輸出側由每個單元的L1、L2輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，由于采用多重化的正弦脈寬調制SPWM技術，輸出諧波非常小，可消除葉片與軸承的振動，無需諧波抑制裝置可直接適配各種電機。
3.1.5 控制器
主控制部分采用專用DSP(數字信號處理器)加可編程邏輯器件為控制核心，實現SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理?？刂破饔芍形娘@示，具有頻率、電流、電壓、故障等顯示?？刂齐娫床捎脙陕冯娫醋詣忧袚Q技術，保證供電的可靠性。另外，當控制電源掉電后，可由系統配備的UPS繼續供電。
主控制部分和單元控制部分通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統的可靠性。
3.2 WIN-HV系列高壓變頻調速系統功能
3.2.1 啟動方式
WIN-HV系列高壓變頻調速系統具有正常啟動和軟起動兩種啟動方式：正常啟動方式：調速系統按正常方式啟動后，閉環或開環運行于設定值。
軟啟動方式：對于大功率電機，采用此調速系統對電機進行無沖擊電流啟動，啟動完成后電機切換至工頻電源，完成電機的軟啟動。
3.2.2 運行方式
閉環控制：檢測回路獲得被控制量的實際值，與設定值比較，得到偏差信號。偏差信號經過PID調節來控制電機轉速，調節被控制量，使之與設定值一致。
開環控制：選擇開環控制，頻率控制信號由頻率設定方式給定，輸出按照負載特性設定的幾種壓頻比曲線方式控制電機運行。
3.2.3 頻率設定功能
運行頻率設定方式包括：工控機LCD觸摸屏數字設定、外部4～20mA、0～20mA或0～10V、0～5V模擬信號輸入給定、開關量頻率上升/下降給定、上位機給定多種給定方式，滿足與現場DCS系統的所有信號類型的連接需求。
3.2.4 控制方式
本地控制：利用系統工控機觸摸屏上的按鈕實現就地控制。
遠方控制：系統提供數字和RS-485通訊接口，由DCS或上位機實現控制。
3.2.5 參數設定功能
可以設定轉矩提升、U/f加速曲線以適應不同的負載情況,可以設定多達2個共振頻率躲避區域,可以按現場情況需要設定電
