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电压源型变频器应用于高炉鼓风机可行性研究

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张家强张洪明李进军

【摘要】国内钢铁冶金企业高炉电动鼓风机驱动装置基本采用电流源型和电压源型两种变频软起装置。电流源型变频器相对占比在70%以上，电压源型变频器应用相对较少。目前包钢高炉电动鼓风机全部为电流源型变频器，论文主要以西门子空冷型完美无谐波电压源型变频器为例，讨论电压源型高压变频器在高炉鼓风机系统的应用可行性及应用方案。

【Abstract】Inthedomesticsteelandironmetallurgicalenterprises，twotypesofvariablefrequencysoftstartingdevicesarecommonlyadopted，namely，thecurrentsourcetypeandthevoltagesourcetype.Therelativedutyratioofcurrentsourcefrequencyconverterismorethan70%，andthevoltagesourceconverterislessused.Atpresent，theelectricblowerofblastfurnaceinBaogangGroupisallcurrentsourceconverter.TakingtheperfectnorharmonicvoltagesourcetypefrequencyconverterofSiemensaircooledtype，thepaperdiscussesthefeasibilityandschemeofapplyingvoltagesourcetypehighvoltagefrequencyconverterinblastfurnaceblowersystem.

【关键词】高炉电动鼓风机；电流源型变频器；电压源型变频器

【Keywords】blastfurnaceblowersystem；currentsourcetypeconverter；voltagesourcefrequencyconverter

TN773【文献标志码】A1673-1069（2018）07-0184-03

1电压源型相较电流源型变频器工作特点

根据直流电路中滤波方式的不同，可以分为电压源型和电流源型两种。由于一般为感性负载，与电源之间会产生无功功率交换，所以在中间直流回路中要有缓冲无功功率的元器件。电压源型与电流源型变频器直流电路分别采用电容器和电抗器滤波。电压源型变频器在电压波峰较高时，通过电容器储存电场能，在电压波谷较低时，电容器通过释放电场能来进行补充，达到保持直流回路电压平稳的目的。电流源型变频器在电流波峰较大时，通过电抗器储存磁场能，在电流波谷较小时，电抗器通过释放磁场能进行补充，达到保持直流回路电流平稳的目的。电压源型直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。同时直流电压源的箝位作用其输出的电压波形为矩形波，并且与阻抗角无关。而交流侧输出的电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时电流要反相，所以开关器件两端需要反并联。以上为两种不同类型变频器的工作特点[1]。

2空冷型完美无谐波变频器工作原理

电压等级为10kV系统变频器，每相由8个额定电压为750V的功率单元串联而成，输出相电压达6kV，线电压达10kV，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。10kV电压等级变频为48脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的综合因数可达到0.95以上，该变频器使用矢量控制方式来控制异步电机和同步电机。其控制性能几乎与直流电机一样。其矢量控制由以下四个基本单元构成，电机模型用于检测电机磁通及速度；电流调节器用于矢量控制的内环；磁通及速度调节器用于矢量控制的外环；前馈补偿环节用于改善转矩及磁通环的瞬态响应。

电机模型通过检测的电机电压及估算的定子电阻压降来确定定子磁通的幅值，电机速度及磁通角。这样就可以自动补偿定子电阻。电机的电压方程可以通过将三相交流量转化为直流量得到。电机模型中的一个锁相环跟踪定子频率及磁通失量的角度。电机磁通的幅值由磁通调节器控制；它的输出形成励磁分量（磁通）。电机速度由定子频率决