调速控制技术在炼钢厂除尘风机中的应用研究

凌幸福

（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南 娄底 417000）

除尘风机作为炼钢厂生产工作中必不可少的设备之一，其产生的风量参数、负压参数等有效数据在运行过程中基本一直处于较稳定的状态。但受到一些外界环境或工厂生产技术等因素的干扰（例如一些炼钢厂生产工作任务较少、机械设备不定时开关等），直接的影响了除尘风机设备的持续运行[1]。根据有关调查数据显示，设备在正常运行过程中，其能耗的有效利用率仅占整体的35%～65%，其余工作能量全部消耗在风机的空转上，为了提升除尘风机的工作效率，将调速控制技术引入到炼钢厂除尘风机的应用中，满足了设备荷载的变速运行，实现设备的随时启动或暂停，进而达到节约能耗的功能。因此以下将根据炼钢厂除尘风机的运行规律，开展其调速控制方法的研究，为满足现代化工艺生产提供良好的技术支持。

1 基于调速控制技术的炼钢厂除尘风机调控方法设计

结合炼钢厂除尘风机的运行规律及工厂的生产活动，以下将从调节转差频率、分析矢量控制数据、调整发电机轴速三个方面，进行基于调速控制技术的炼钢厂除尘风机调控方法的详细设计。

1.1 转差频率调节

根据炼钢厂除尘风机的运行规律，以下将结合调速控制技术，设计对应的调速控制方法研究。首先应降低V/F调控模式自身具备的缺陷，在调速控制理论模式基础上加入控制速度的闭合环口，闭合环口的计算公式如下所示。

如上述公式所示，为炼钢厂除尘风机中的闭合环口设计[2]。公式中，Pe表示为不同转速频率下设备发电机的输出轴距，计算单位为N/m；Pl表示为设备负载状态下发电机的输出轴距，计算单位为N/m；j 表示为设备单轴状态下惯性产生的转动量，计算单位为N/m·s2；dw表示为设备正常运行状态下角转速；dt表示为角转动产生的功率，计算单位为kB。结合公式计算，可得出除尘风机的控制转速变化规律，转差频率的调节即为Pe-Pl轴距的计算，根据Pe-Pl轴距的变化情况分析对应的转差频率[3]。如下图1所示。

图1 除尘风机设备轴距—转差频率关系

如上述图1所示，为炼钢厂除尘风机输出轴距与转差频率变化之间的关系。在确保设备运行过程中，气隙磁通的条件下，结合调速控制技术定义的设备转差频率为k，保持设备频率速度与转速同时升高或降低，可使用外界信号干预的方式将设备运行状态无衰减的传递到频设备频率控制中心上，实现基于调速控制技术的炼钢厂除尘风机设备中转差频率的调节，基于上述技术以下将进行对应的矢量控制分析。

1.2 矢量控制分析

根据上述对炼钢厂除尘风机设备转差频率的调节，下述将进行对应的矢量控制数据的分析。为了提升设备发电机的发电功率，在实现风速调节的基础上满足节能减排的要求，以下将构建异步数据矢量控制模型[4]。模型结构如下图2所示。

图2 异步数据矢量控制模型结构

如上述图2所示，为异步数据矢量控制模型的结构图。对应的A、B、C为炼钢厂除尘机的不同运行频率，首先应先构建对应的动态坐标，通过坐标之间的转换，可将直流发电机转换成异步变流发电机。根据动态化矢量变换，计算不同运行状态下的直流电输出轴距。计算公式如下所示。

如上述公式所示，为多种运行状态下的直流电输出轴距计算。公式中，Pe表示为轴距，计算单位为dm；K表示为设备转动轴系数，通常取值为1.2～1.8之间；I表示为直流电电流大小，计算单位为A；t 表示为设备的多种运行状态；α表示为电枢状态；f表示为电磁电流。通过控制设备运行状态下周围磁场的变化，可将直流电流转换成可调速电流，将异步运行状态转换成等效坐标轴，依据传统的直流电控制方法，获得炼钢厂除尘风机设备的电流控制权限，同时结合电流反变换状态实现对发电机速度的调节控制[5]。同理，根据二者之间的解耦关系，可计算设备瞬间转换运行状态时的电流数值，在控制Iα的条件下，不影响If的数值。因此，对数据的矢量控制即是对运行状态下不同形式电流的分解及重新组合，可实现有效的提升调速控制的动态化性能。

1.3 发电机轴速调整

根据上述进行的矢量数据控制分析，下述将调整除尘风机的发电机轴速，实现炼钢厂除尘风机的调速控制方法的设计。首先进行异步驱动轴速的计算。计算公式如下所示。

如上述公式所示，为异步驱动轴速的计算公式，公式中，r表示为旋转状态下发电机周围磁场的变化规律；f表示为炼钢厂的供电电压，计算单位为伏特；R表示为发电机的转换差运行频率，计算单位为次/s；60表示发电机的极对数。根据上述计算公式，改变f的数值可直接改变设备的运行转速，进而实现对设备轴速的控制。提升除尘风机的出风量，一方面可以提升工厂的供电电压f，也称开流调节，另一方面可通过控制风口的开关程度调节发电机的轴速，也称节流调节，结合风机参数变化规律，不排除外界干扰因素，在满足风量的前提条件下，可将风压进行大幅度调整，降低风机效果面积与功率之间的比例，满足动态化风速需求量，实现炼钢厂除尘风机的调速控制方法的设计。

2 对比实验

为了验证本文设计的炼钢厂除尘风机的调速控制方法的有效性，将其与传统的调速控制方法对炼钢厂除尘风机设备的调速耗能情况进行比较，设计了如下对比实验，对比实验流程如下：设置传统调速控制方法为对照组，设置本文设计的方法为实验组，为保证实验结果的客观性，选取同种类型的炼钢厂除尘风机进行分别的调速控制，其它对实验结果产生影响的因素保持一致，收集5组实验数据，将实验过程中的相关数据信息进行记录，并通过分析得出对两种方法检测出的炼钢厂除尘风机设备的运行功率，将实验数据绘制成表格。如下表1所示。

表1 实验组与对照组实验结果对kW/h

由实验及表1中数据可知，实验组设备消耗的功率明显低于对照消耗的功率。因此通过实验证明了本文设计的炼钢厂除尘风机的调速控制方法具有更高的实用性能，更具有实际的应用价值，因此应加大该方法在炼钢厂除尘风机中的应用。

3 结语

文章开展了基于调速控制技术的炼钢厂除尘风机调控方法的研究，从调节转差频率、分析矢量控制数据、调整发电机轴速三个方面，进行炼钢厂除尘风机的调速控制方法的详细设计。并通过对比实验的方式验证了该方法具有一定的使用价值，尽管该方法的已经在部分炼钢厂开始逐步应用，但仍缺乏大量的实践数据证明方法的有效性，在后期的发展中，将建立更加全面的数据管理机制用于存储不同状态下的设备运行状态，为炼钢厂除尘风机的调速控制提供更加有利的机制指导。