中高压变频器

中高压变频器（精选十篇）

中高压变频器 篇1

随着中高压变频器使用率的增加,变频器如何长期稳定运行也成为客户非常重视的问题,而变频器的散热问题对整个变频器系统的长期稳定运行起着非常关键的作用。因为高压变频调速系统虽然是一种非常高效的调速装置,但是在运行中,仍然有2%-4%左右的损耗,该损耗都变成热量,最终耗散在大气中。这些热量必须从装置中排除才能保证其温升不至于过高而影响正常运行。因此,中高压变频器的通风系统需针对不同的现场应用环境进行配套设计。如何把这些热量顺利地从变频器中带出来,是变频器设计中一个非常重要的问题[1]。

2 变频器热量来源

中高压变频器发热一般由以下三部分组成[2]。

一是变压器和电抗器,变压器和电抗器由于主回路的大电流必然产生铜耗和铁耗,而该部分损耗80-90%通过发热释放。这部分发热量大约为电动机功率的0.5-1.5%,采用电抗器发热量大约为0.5%,采用变压器发热量大约为1.5%。

二是变频器的功率器件损耗,IGBT、SGCT、IGCT等功率器件由于高频开关切换和导通压降等产生开关损耗和低通损耗。这些损耗大约为电动机功率的2%。

三是变频器控制部分损耗,包括控制电源、控制板件,驱动功率器件的驱动电源及其他冷却风扇或者冷却水泵。这部分产生的热量相比较前两项可以忽略不计。

3 冷却方案比较

中高压变频器冷却系统方案选择的好坏直接影响后期变频器运行质量,因此选择合适的冷却方式成为前期设计工作的一个重点。目前主流的中高压变频器内部冷却方式主要为风冷和水冷。风冷是通过风机的冷风流过散热片的方法将功率开关元件上热量带走进行冷却。风冷没有其他的附加设备,只有风机。按照对热风处理上的不同,风冷又可分为强迫风冷、空调密闭冷却和空-水冷却三种方式。下面对几种冷却方式进行分析比较[3]、[4]。

3.1 强迫风冷

强迫风冷冷却方式结构简单,施工方便,便于维修,缺点是噪声大,冷却效率低,维护量大,必须在控制室中配置足够大的通风设备来将热风排至控制室之外。强迫风冷适用于设备功率较小的场合,而且其运行稳定性依赖于当地环境,对空气洁净程度要求高。

强迫风冷冷却方式根据变频器有无独立的散热风道可细分为风道循环散热、空气循环散热两种。

3.1.1 风道循环散热

变频器出风口安装风道,将出口热空气引到变频器室外。此方式的优点是设备投资少,只需要安装变频器出风口风道及进风口过滤网,维护简单。缺点是使用环境受限,进风口过滤网需要经常维护。如图1所示为风道循环散热示意图。

3.1.2 空气循环散热

变频器冷却系统不做任何改动,用排风机增大变频器室的空气流动速率,热空气迅速排出。此方式的优点是不改动变频器冷却系统,只需用风机控制室内温度。缺点与风道循环散热相同。空气循环散热所需流量只需保证室内温度低于40℃,所需的空气流量相比于风道循环散热要低,空气过滤更容易,但要避免热空气局部聚集。

3.2 空调密闭冷却

空调密闭冷却方式主要是为中高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间,根据中高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量,从而配备一定的空调,其示意图如图2所示。采用室内密闭冷却方式,施工简单,维护量低。由于变频器排出的热风并没有全部被空调用于热交换,且空调排出的冷风不是全部进入变频器实现降温,因此,该冷却系统热交换效率通常只有70%左右。在考虑冷却设备的热交换功率时,结合极限运行情况下的发热量和系统交换效率,空调的容量设计计算裕度为1.2-1.3倍才能够符合系统安全运行的要求。

3.3 空-水冷却

空-水冷装置类似于空调,示意图如图3所示,在水管上镶嵌散热片,在水管内通入冷水,冷水的流量足够大,保证散热片较低的温度。变频器的热风经专用风道直接通过空冷装置进行热交换,由冷却水直接将变频器产生的热量带走,经过降温的冷风排回至控制室内。因此,其风路循环效率得到极大提高,风路循环效率接近99%。空-水冷却方式冷却效果与空调密闭冷却方式类似,不同的是前者通过吸收设备发热而达到控制中高压变频器室内环境的目的,而后者是通过冷却房间后才能冷却设备,对变频器而言,空-水冷却方式效果直接。

空-水冷设备整体结构组件可安装在变频器室外,其运营成本较低,变频器维护量低,但对现场冷却水水质有特殊要求。考虑到极限运行情况下的发热量,以及水温偏高、系统交换效率等因素,空-水冷却系统容量设计裕度通常选择为1.15-1.2倍。空-水冷却系统的运营成本是同等热交换功率空调冷却方式的1 / 4-1 / 5。冷却电耗指标远远低于空调冷却,避免了能源节约的二次浪费。相比较于空调密闭冷却方式,空-水冷却散热方式变频器除尘滤网的清洗周期可由原来的7-15天,延长到30-45天,大大降低了维护人员的工作强度。

3.4 设备本体水冷

当变频器功率更大或风冷无法满足散热要求时,需采用设备本体水冷方式,示意图如图4所示。变频器设备本体水冷系统对中高压变频器功率柜直接进行冷却,与中高压变频器功率柜一体化设计,能够保证功率柜始终处于25-35℃运行环境,大幅度延长滤网更换周期,减少现场维护量。通常情况下,设备本体水冷容量设计裕度选择1.2-1.3倍。其散热效果显著,变频器室基本无噪声,更为安静、清洁;但水冷系统比较复杂,设备投资很高,且水冷系统本身的可靠性会对整个变频器系统造成影响。

4 冷却方案选型分析

如何在风冷和水冷两者之间进行选择,各个厂家均有不同的看法,但比较统一的说法是看变频器的功率和采用的开关元件。功率不大的变频器采用风冷就能满足要求,在功率非常大时,需采用水冷方式。而这个功率大小的分界为多少,每个厂家的标准也不一样。这与变频器开关元件的选择及整体工艺的设计都是有关系的。

水冷方式需要在散热器中通水,利用水流带走热量,因为变频器中的散热器一般都 有不同的电位,要做好冷却水回路和电气回路的绝缘,因此必须采用绝缘强度较好的水,一般采用去离子水,它比普通蒸馏水的离子含量还要低。因此要求冷却水系统内要增加一个水处理系统,加大了冷却系统的复杂程度。另外,在水路的循环系统中,一般还要加离子树脂交换器,将散热器上的金属离子不断地溶解到水中。

从散热的角度来说,水冷的效果是比较理想的。但是,水循环系统工艺要求高,安装复杂,从长远来看维护工作量大。因为水管及密封材料寿命有限,尤其是在高温环境中,会加速产品的老化程度,短期内可能没有任何问题,但随着时间的增加,长时间工作后产品可靠性降低。一旦漏水,会对设备带来非常大的危害甚至是致命性的破坏。有些厂家的中高压变频器功率不是很大的情况下仍然采用水冷方式,主要是因为这些厂家采用了高开关阻抗的开关器件,器件开关损耗高,风冷方式中的散热片无法满足散热要求,必须采用水冷方式。

强迫风冷、空调密闭冷却或空-水冷装置这三种风冷方式也各有利弊。强迫风冷成本低廉,但是室内密封性太差,容易使灰尘进入,影响散热,增加维护量;空调密闭冷却维护量最小,室内密封性好,但运营成本较高;空-水冷装置兼顾以上两点,密封性好,成本适中。如果用户现场有冷却水,且能保证循环水的温度低于33℃,一般推荐用户采用空-水冷装置。

综合比较,中高压变频器四种冷却方式对比如表1所示。

5 实例分析

通常,决定客户选用何种冷却方式的主要因素是投资回报率的问题,以下针对某工程实例,仅从经济性角度进行比较。该工程水泵机组功率为3200k W,强迫风冷方式已不能满足散热要求,而空调密闭冷却、空-水冷却和设备本体水冷均能满足。为方便计算比较,此处按下列条件进行简化:变频器运行效率为96%;功率模块和变压器损耗均为2%;变频器室面积60m2;空调房间制冷量按180W/m2 计;空调能耗比=制冷量:网侧电耗=2.5。三种冷却方式的经济性对比分析如表2所示,可以看出,设备本体水冷系统初期投资最大,年综合运行成本最小;而空调密闭冷却系统初期投资最小,但年综合运行成本远高于其他两者;空-水冷冷却系统介于两者之间,整体经济效益较好。

6 结束语

本文从技术可行性、安全可靠性、经济性的角度对中高压变频器的冷却问题进行了综合分析,并结合具体工程实例对比分析了三种冷却方式的经济性。空-水冷却、设备本体水冷方案需要在设计时充分考虑好附加设备故障、可维护维修等安全防护问题,在初始设备一次性投资上远高于强迫风冷和空调密闭冷却方案。而与空调密闭冷却方式相比,通常系统运行几年节约的电费可收回投资。在净水厂等现场冷却水环境较好的情况下,空-水冷、设备本体水冷系统可以和大功率电机共用外部冷却水循环装置,从而减少投资。然而,选择何种变频器冷却方式,除了从以上角度进行分析比较以外,还需要根据现场实际情况和客户特殊要求灵活选择不同的冷却方式或其组合,以达到最优的节能运营效果。

摘要：随着电力电子器件的发展,性能优异的中高压变频器在各行各业中得到越来越广泛的应用,能否处理好变频器的散热问题是其长期稳定运行的关键。分析了中高压变频器热量产生来源,并从技术可行性、可靠性、经济性等角度对不同冷却方案的特点进行比较,并结合实际的工程案例,给出合理的变频器冷却方案选型建议,可作为工程电气设计时中高压变频器冷却方案选型参考。

中高压变频器 篇2

高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用

闫国刚 八宝煤业（集团）公司

高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用

摘 要:本文主要介绍了国产高压变频器在煤矿皮带运输机中的应用情况。针对由2台高压异步电机拖动的皮带运输机，采用了一系列方法成功的解决了皮带运输机运行中的同步、功率平衡、调速等问题。成功地应用在白山八宝煤矿主提升皮带机。应用情况表明，改造是成功的。

关键词：高压变频器 功率单元串联多电平煤矿皮带运输机 同步控制 调速

一、引言

随着电力电子技术、控制技术和电力器件制作工艺的进步，变频器技术发展迅速，尤其是国产变频器的发展更是如此，国产变频器经历了一段曲折的路程，现在走上了飞速发展的时期，国产变频器在风机、水泵等一般负载上的应用已成熟，但在提升机、皮带运输机等特殊负载上的应用实例还不多。矿用皮带输送机一般都采用工频拖动，液力耦合器传动，存在传动效率低、启动时电流冲击及机械冲击大、无法平衡功率等问题，造成了系统运行不经济；皮带及皮带架子损坏和液力耦合器及减速机磨损严重，维修及维护成本高；存在无功环流损耗。因此，对皮带运输机进行变频改造，不但大大减轻皮带机各环节的损坏程度，有利于降低企业生产成本，提高企业经济效益，还符合国家建设节约型社会的主题，具有非常现实的经济意义和社会意义。

二、煤矿皮带运输机的变频改造

1、皮带运输机的工作原理

皮带运输机是通过电机驱动滚筒，靠皮带和滚筒间的摩擦力牵引皮带，皮带通过张力变形在支撑辊轮上运动。皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去，过大的张力波极易撕断皮带。因此，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是在电机和滚筒间串接液力偶合器。

2、皮带运输机的运行工况

原皮带机是双主动辊驱动，采用两台电机拖动，电机功率为220KW，减速机传动比为55.49，起动方式是采用直接起动，即一台电机先送电起动，间隔1秒左右，起动电流降下来后，另一台电机再送电起动。在电机与减速机之间采用液力耦合器连接，以减小机械冲击。皮带机起动起来以后始终以一个速度运行，皮带运行速度为2米/秒。

3、变频改造的必要性

原系统采用液力偶合器解决了皮带机的起动问题，但仍具有明显的缺点：(1)只能在空载时起动，起动电流大。采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。起动电流为电机额定电流的5--7倍。很大的瞬间起动电流会在起动过程中产生冲击，起动瞬间会使电网电压下降，影响电网内其它用电设备，另外，还会引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。(2)液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大维护工作量，污染环境。(3)采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，容易引起皮带断裂和老化，因此对皮带强度要求较高，另外，起动速度快，突然起动加速，对减速机及皮带架子等机械部分的机械冲击相当大，对其造成的损坏程度也很大，相对减少其使用寿命。(4)皮带运输机系统采用两台电机驱动，存在两台电机间的功率不平衡问题，重载时更为明显，直接影响了皮带运输机的最大运量。(5)原系统不能实现调速，在皮带检修时，皮带速度快，增加了工人检修的难度。

三、皮带机变频器的技术特点

吉林八宝煤业有限责任公司强力皮带运输机皮带运输机担负着井下煤炭外运的任务，一旦皮带运输机出现故障就会使全矿停产，直接影响煤矿的产量，故对变频器的可靠性要求极高；又由于井下设备与皮带运输机共用，故要求变频器对电网有较低的的谐波干扰。故皮带机变频器具有以下技术特点，适应皮带运输机的特点和现场工况，1.基本技术与性能要求

1.1.变频装置输出谐波及对电网反馈的谐波符合IEEE519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。输入功率因数高（大于95%），电流谐波小（远小于国家标准5%），不需要功率因数补偿和谐波抑制装置就可满足现场条件。

1.2.变频装置对电网的波动有较强的适应能力，在-10％～＋10％电网电压波动时，可满载输出；可以承受-20％、+15%的电网电压波动而正常运行，完全适应煤矿恶劣的电压环境。

1.3.变频装置带故障自诊断功能，对所发生的故障类型及位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于操作人员和检修人员能及时辨别和解决所出现的问题。1.4.变频器的最大输出力矩不小于电动机额定力矩的200%，运用提升机变频器起动控制技术，可使电机能在较大的重载下启动，可适应负载的突变。

1.5.变频器能够对2台电机的同步启动、停止功能。在运行过程中能够自动地实现转差调节和功率平衡调节；

1.6.变频器采用5速度段控制，每个速度段可分别设置，简化了操作工的操作步骤。2.皮带运输机变频调速系统 2.1.变频器主回路图

皮带运输机采用一拖一方式，其主电路如图1所示。

两台变频器分别拖动两台电机，K1、K2组成变频通路，K3为工频旁路通路。

2.2.变频器控制系统

变频器采用远程控制，操作工可远程开机、停机以及监测变频器运行参数和运行状态；变频器采用波段控制，共分5个波段，可根据工况要求事先设好这5个速度段，操作工可根据实际工况来自由选择运行速度；两台变频器之间可实现联动控制（可在操作界面设置）；变频器具有自动功率平衡功能，可实现两台电机的同步运行。2.3.变频器的运行方式

双机运行：两台变频器都必须设为双机运行，并且其中一台设为主机，另一台设为从机，当两台变频器都具备起动条件后，变频器的开机操作才有效；变频器运行后，主机按给定频率运行，另一台跟随运行，两台变频器各自实时检测输出电流、电压等参数，经过内部运算获得电机的转差率、转速、功率等，这时从变频器再与主控变频器的相应运行参数进行比较，获得两机的运行偏差信号，经从机CPU运算后输出新的PWM控制信号，来调整从机的输出频率和功率，以实现变频器的同步运行和自动功率平衡。

单机运行：两台变频器都可设为单机运行，当设为单机运行后，只能起动其中一台变频器，两台变频器无关联。2.4.变频器保护功能

变频装置系统有过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等保护功能。变频器可与原皮带机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等对接，并完成各项安全保护性能，具体综合保护处理方案可由用户在人机界面上设定。一旦出现系统出现故障，变频器将发出声光报警信号。所有故障情况及故障位置，均在人机界面上显示出来，便于用户根据故障情况采取相应措施。

四、变频改造后的运行效果及分析

1.真正实现了皮带运输机系统的软起动

运用变频器对皮带运输机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。2.实现皮带机多电机驱动时的功率平衡

应用变频器对皮带机进行驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。

3.降低设备的维护量

变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能实现皮带运输机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机起动时对皮带架子及减速机等机械部份的冲击及损坏。不但减少了事故率以及维修量，同时降低了维修费用，4.方便皮带检修

采用变频调速后，可将皮带机运行速度降到很慢，解决了以前由于皮带机运行速度过快而难于检修皮带的问题，缩短了检修时间，提高了皮带的检修效率。

5.提高运输能力

改造前，若想提高皮带运行速度很难，因为皮带速度越高，要求减速机的减速比越小，电机的功率越大，起动时对电气及机械系统的冲击越大，相对带来的损害也越大，采用变频起动后，由于起动为软起动，速度是从零开始慢慢增加，所以即便提高皮带运行速度，也不会增加电气及机械方面的起动冲击能量，不会带来不良影响，经改造后，减速机的传动比由原来的55.49改为45，电机功率由原来的220KW改为280KW，皮带运行速度由原来的2米/秒提高到2.5米/秒，皮带机的运行速度增加了25%，提升能力由原来的188吨/小时提高到230吨/小时，大大提高了皮带机的运输能力。6.节约能源

通常情况下，煤矿用电机在在设计选型时都留有较大的裕量，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳，轻载时降低，造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。

采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力偶合器这个环节。而液力偶合器本身的传递效率是不高的，并且液力偶合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率可提高5%～10%。

在变频运行中，在运煤量不大的下或空载的情况下，可将皮带机的运行速度降低，也可节约一部分电量。

从整体上看，虽然皮带机的电机功率增大了，传动比减小了，皮带运行速度提高了，提升能力提高了，但用电量相对减少了，据不完全统计，改造后吨煤电量可减少0.46度，按06年120万吨产量计算，年节约电量为55.2万度，仅电费每年可节约25万元。

高压变频器在水泥厂节能中的应用 篇3

关键词：高压变频器；水泥厂；节能降耗

中图分类号： TM92 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-196-2

0 引言

水泥厂对能源的消耗一直较大，并且这一行业已被国家列入重点节能目录；由于在水泥生产过程中所消耗的电能源、水能源和污染物的排放量，相对于其他工业产业来说，都是比较突出的，所以为了减轻这一现象，建立起一个完善的节约型水泥生产体系，有利于减少能源的消耗，优化生态环境。通过现有的科学技术手段，对系统、设备进行相应的改良，是改善水泥生产所带来的能源消耗的根本所在；寻求节能与生产之间的最大平衡点，从而获取更高的经济效益。

在水泥生产的过程中，每个工艺环节都具有一定的能源消耗量，其中电动机负载消耗在生产线上占有较大的能源消耗量，比例在30%左右；高压电动机主要的功能是拖动电机进行运转生产，其占得比重也是同样的多，在实际的生产线上，由于整个系统的设置，使得在生产运行的过程中，各种风机所消耗的能源占比25%-30%，这样的耗能比例在整个生产过程中属于较大的，降低了整体的节能效果，所以对风机电动机方面的降耗工作，要引起高度的重视。这样的现象不是个别的，而是普遍存在的；根据各个生产厂家的设备、工况和产量的不同，所消耗的电能、风能也都各不相同，由于传统的风机的设计制作上，通过对进出风口的调节来实现所需风量的调节，这一工作原理是建立在增加风阻、牺牲风机的工作效率的基础上而实现的，也就是说传统的风机在使用的过程中，带来了较大的能源损耗量，不利于节能减排工作的开展；所以对其进行适当的技术改造，将生产效率低的、耗能大的风量调节设备，升级为变频调速技术来实现对风量的控制，这样的调节管控方式在满足厂家所需的生产要求的基础上，又可以实现减少电能消耗的目的；经过相应技术改造后，使得原有的一些运行故障得以有效减少，从而获取更好的经济效益。

随着相关的电子技术的发展和应用成熟，变频技术的使用变得越来越普遍，将传统的依靠调整配套的风门大小而实现对用风量的调整，转变为采用变速的电气传动调节；目前变频调速在我国的水泥制造生产过程中，已经成为了风机、泵类的电气传动调节，并且其节能降耗效果也被广泛认可，成为业内使用范围最广、效果最佳的电气传动方案。

1 高压变频的节能原理分析

对高压变频的调节，在生产过程中具有一定的节能作用，一步电动机的变频调速是通过改变电子供电频率f来改变同步转速而实现调速的；在进行调速的时候，速度之间的转换、调频都具有很小的转差率，可以更好的实现节能的效果，因为在进行速度转换的过程中，其转差功率小、效率高，同时也是异步电动机最为合理有效的调速方法。

进行高压变频调速具有几点较为明显的优点：一是传统意义上由档板进行调节方式所带来的能源损耗，在经过技术改造后，对能源的消耗有了明显的减少，高效的实现了节能的目的；二是网侧功率因数有了明显的提高，这对水泥的生产也有较好的节能作用；三是改造后的设备在开启时可以采用零转速的频度，减少了开启过程中带来的电流的消耗流失，同时也减轻了冲击扭振；四是设备自身的能源消耗量有了明显的减少，高压变频器在改造后，整体的机能效率至少能达到97%；可见高压变频器在水泥生产中所起到的节能效果是较为明显的。

2 高压变频器在水泥厂节能应用中的问题及改善对策

2.1 电流机过流或跳停的问题

通常情况下，出现电流机过流或跳停现象，多是由于高温风机的管道“塌料”而引起的；因为在水泥生产过程中，高温风机是保证熟料生产线所使用的物料进行预分解的重要负载，所以在运行的过程中会由于运行时间较长、负荷较大等问题而引起管道“塌料”，导致电流机产生中断运行的情况。水泥生产厂家使用的变频器装置，通产都会有一些电力电子器件，然而对这些电子器件的负荷能力也会做相应的限制，所以会出现跳停的现象；如果不对这样的情况进行限制和改进，出现这样的现象是在所难免的，长时间下来，对水泥生产带来更多的损害和损失。

通过对管道“塌料”而引起的电流机过流或跳停的问题进行分析，通过对现场数据、情况的采集和观察，对实施的工艺进行具体的研究了解，推出了水泥生产中窑尾高温风机专用的改良技术，从多方面进行技术改进，避免这一现象的频发，而给生产厂家带来更过的能源损耗和经济效益的流失。改良后的高压变频器在水泥生产中的应用，解决了由于“塌料”导致的高温风机变频器在生产中中断的问题，有效降低了由于出现这一故障对产销率的影响。

2.2 电机在旋转情况下启动的问题

出现电机在旋转情况下启动的现象，大多时候是由于风门档板在未关严的状态下，受到风机的拖动，使电机处于旋转的状态；当出现这一问题时，变频器会根据生产线的实际情况，进行自动搜索跟踪电动机转速，同时还具有可以根据系统设定的加速或减速时间护肤到正常的运行状态下的功能，通过这样的运行原理设计，来保证风机安全运行不中断。如果处于旋转中的电机需要重新激动，将会根据系统提供的具体参数进行具体的运行与操作，保证系统动作有效，以更高效率适应现场运行状况的需要和要求。

由于水泥生产线自身具备的特殊性，比如连续生产等特点，这就要求所使用的设备具有较高的稳定性和可靠性，其中高压变频器是重要的设备器件之一，因为只有设备原件符合需求具有相应的高性能，才能在生产中正常运行，以保证生产的质量和效率。又由于水泥生产的场地大多地处较为偏远的地带，容易出现的问题就是供电量较低、对设备的电网的影响较差等；对高压变频器进行相应的技术改良后，采用拓扑结构，通过功率单元串联技术等方案，使新技术产品具备更高更好的功能，比如带有具体的适应范围宽、单元故障自动旁路、突然中断再启动功能、工频旁路等功能，通过一系列功能的开发和改善，可以有效提高抗电网波动和负载扰动能力，使得高压变频器在水泥生产线中的可靠性和稳定性增强。

2.3 高压变频器的电机选择和使用

对于新设计的生产线，根据实际情况需要，选择高压变频器后，选高压电机的选择可以使用较为常见普通的异步电动机，不是说对设备进行技术改良，就要对所有器件选用高速变频的，异步电机就是这样的应用原理，当普通的设备可以满足生产需求时，就没有必要再去选择“变频电机”了。在水泥生产线中，“变频电机”是一种在原有的电机基础上增设了绝缘和散热措施的电动机，因为在传统的生产过程中，经常使用到的输出谐波含量较大、电压变化率dv/dt较大的低压变频器，和一些进口国外的电路结构不同的品牌高压变频器；由于在功能上有较大的提升，相应的价格也就比之前使用的电机价格高出许多。但是传统的高压变频器电机可以满足日常的生产需求，并且所耗能源成本并不是很高，基本上在可控制的范围之内。所以在电机的选择方面，根据实际生产情况，并且从经济成本的角度来考虑，普通电机就可以满足生产，而不必选择“变频电机”。

3 结语

基于我国目前具有的变频调速技术较为成熟，并且使用较为广泛，结合相应的生产情况对高压变频器在水泥厂节能应用中存在的一些问题进行具体的分析，并提出相应的改善对策；高压变频器的设备在实际的生产运行中，具备较高的稳定性和可靠性，并且相应的节能效果也较为明显，同时也得到了业内的广泛认可，是在水泥生产行业值得大力推广的技术和新型产品，可以更好的保证并提高水泥的生产质量和效率。

参 考 文 献

[1] 赵利.浅析变频器的安装与调试[J].数字技术与应用，2011，03：44.

[2] 周加胜.中低压变频器的安装与调试[J].变频器世界，2007，08：101-109.

[3] 孙彩丽.变频器的安装与故障处理分析[J].电子制作，2012，12：57.

高压变频器在设备改造中的应用 篇4

关键词：渣浆泵,氧化铝,高压变频器,控制系统,节能

0 引言

氧化铝生产中的大功率泵类是高能耗设备,传统上采用高压直接传动,为确保冗余,设计容量往往要高于实际容量。在实际生产中,系统通过提高管道的阻力来控制流量。高管阻运行状态下,电机以额定转速运转,导致统系统的运行效率低,再加上较大的设备冗余,系统中必然存在着能源浪费。而利用高压变频器来控制高压电机的转速,可以调节泵的流量,并改变高压电机的运行性能,达到显著的节能效果。本文以某氧化铝厂脱硅机喂料系统渣浆泵的节能改造为例,介绍高压变频器的设计和应用。

1 改造前设备的使用状况

该厂早期安装的#1～#4渣浆泵配置500kW/6 000V高压电机,采用6 000V高压直接驱动,以额定转速运行,实际生产中通过调整泵出口阀的开度来控制流量。这就增加了渣浆泵出口管道的阻力,使泵的实际工作点远离额定工作点,降低了泵的运行效率,造成了大量的能源消耗。

2 渣浆泵变频运行的节能分析

根据泵的工作原理可得:

W∝HQ (1)式中,W为泵的消耗功率;H为泵的出口压力(即量程);Q为泵的流量。设泵的转速为N,则H∝N2,Q∝N,由此可以推导出:

因此,需要调节流量时,对转速稍作调整即可使泵的轴功率发生很大变化。例如,当转速由额定值下降10%时,电机功率可以下降27%。水泵的特性曲线如图1所示,流量调节方法一般有出口阀门控制、进口阀门控制和变频控制(转速控制)。当泵工作负荷与额定负荷相差较多时,不同的流量调节方法所需功率差别极大:功耗最大的曲线对应的是出口阀门控制方式,该方式最不节能;变频控制(转速控制)接近于理想曲线,所需功率最小,节能空间最大;当水泵的工作负荷在额定负荷附近时,不论采用何种调节方式,所需的功率均接近额定功率,此时变频调节达不到节能的目的。

由以上分析可知,变频节能是由设备的负载特性和工况决定的。当设备满负荷工作,即工作在阀门开度最大时,如果仅为节能,那么没有必要进行变频改造,否则投资回报率太低。

正常工作状态下,渣浆泵阀门开度在60%～80%,因此应用变频调速的节电潜力较大。此外,变频器具有平稳起动、精准调速的特性,在满足生产需求的同时,还可以改善电机的起动性能,达到节电和稳定设备运行的目的。

3 高压变频调速系统的技术要求

从总体上讲,高压变频调速系统一方面要适应电网的波动(包括母线的欠压和短时失压),另一方面要实现在电机起/停过程中的软起动、软制动及智能调速。具体要求如下。

(1)在设备的可靠性方面:渣浆泵是烧结法脱硅机和拜耳法料浆系统的关键设备,为避免因设备故障而导致生产流程的中断,进而造成生产和设备事故,高压变频设备必须具有高可靠性。

(2)在起动力矩方面:根据生产要求,渣浆泵必须带压带料起动,因此要求变频设备应能输出较高的起动力矩,以确保设备平稳起动。

(3)在外部环境的适应性方面:变频器能承受10%的电源电压波动和5%的电源频率波动;6kV电源欠压时可不停机,并自动降频,在电压正常后能恢复到原速度。

(4)在操作和维护的方便性方面:系统能随时显示电压、电流、频率和电机转速,并能非常直观地显示电机在任何时刻的实施状态;具有很强的诊断、指示能力,可检测变频器各部分的运行状态,提供完整的故障检测电路和精确的故障定位;拥有嵌入式功率模块,方便更换,适应一般维护人员的检修技能水平;具有就地和异地操作功能,可灵活选择现场/远程控制。

(5)在机组控制的配合性方面:系统能真正实现与现场DCS系统的无缝接口,接收和输出0～10V/4～20mA工业标准信号。

4 主要设备及控制系统的选型

4.1 变频器选型

根据渣浆泵的工况及运行环境,变频器应能满足高的可靠性和起动力矩,具有完善的保护功能,同时对工作环境要求不能太苛刻。通过比选和论证国内外产品,最终选用HARSVERT-A06/065型高压变频器。该变频器的输入输出采用高一高方式,即输入侧接6kV电源,输出侧接6kV异步电机。其主要控制性能指标:调速范围为100:1,稳态转速精度为0.5%,动态转矩响应时间小于200ms,起动转矩为150%额定转矩。变频器由开关隔离柜、变压器柜、功率柜和控制柜组成。

4.2 DCS控制系统

利用现场原有的热工PLC控制柜,在保证系统冗余的基础上,增加相应的输入/输出信号隔离器,将高压变频器的数据通过接口电路传送到由PLC组成的DCS控制系统,再经过组态软件对数据进行处理和控制,使整个系统具备远程和本机控制功能。

4.3 控制方式

由于#1～#4渣浆泵对应2套脱硅机组,因此在实际运行中,每套脱硅机组的2台渣浆泵为一开一备方式,采用4套高压变频器分别单独控制,实现一拖一的控制方式,即每套变频器单独控制1台渣浆泵。在现场控制箱上设置本地/远程控制,正常情况下,采用远程DCS控制,由DCS系统向变频器发出运行和调速指令,使变频器拖动电机工作;在DCS系统出现短期故障时,可在不停机状态下通过现场控制箱实现远程/本地控制的无扰动切换,以保证系统继续运行。

5 主要电路的设计

5.1 主回路接线设计

为方便摇测电气绝缘,在高压变频器的进线侧和出线侧分别设置了1个高压隔离开关,并将2个隔离开关安装在同一个隔离柜内。该隔离柜的主要作用:每次送电前,2个高压隔离开关均置于断开位置时,可以在高压配电室测量馈出电缆的绝缘,在出线侧测量高压电机的绝缘;当高压变频器停电检修时,能够具有明显的断开点,以确保检修的安全。同时,为防止误操作,在2个隔离开关上加装电动联锁机构,只有当高压配电室断电时,才能进行隔离开关操作。变频器一次接线示意图如图2所示。

5.2 变频器与现场外围控制接口电路的设计

系统控制接口的接线示意图如图3所示。所有开关量均采用无源接点输出,定义为接点闭合时,有效接点容量均为24VDC/1A;模拟量输出为4～20mA的电流源,其带负载能力均为250Ω。

6 改造效果

渣浆泵采用变频控制后,正常运行时的转速一般达到1 250r/min即可满足生产要求,比额定转速(1 485r/min)下降15.8%。改造前#1～#4渣浆泵单台每月耗电量为30.96万kW·h,改造后为18.58万kW·h,节约12.38万kW·h。此外,渣浆泵的出口管道取消了控制阀,使管道处于最小管阻的畅通状态,同时降低了泵过流件的磨损,减少了备件的消耗及检修费用,延长了设备的使用寿命,提高了设备的运转率。

7 结束语

中高压变频器 篇5

高压变频技术在电弧炉除尘系统中的应用

在分析电弧炉设备的运行现状和研究电弧炉除尘系统特点的基础上,通过采用高压变频器在炼钢厂除尘系统改造中的.应用实例,介绍了高压变频技术在炼钢厂电弧炉除尘系统中实现节能降耗,提高自动化控制水平方面的应用效果.

作 者：卫永锋  作者单位：山西太钢不锈钢股份有限公司装备部 刊 名：电工文摘 英文刊名：ELECTRICIAN ABSTRACTS 年，卷(期)： “”(3) 分类号： 关键词：高压变频技术   电弧炉   除尘风机   节能  

中高压变频器 篇6

关键词：高压变频器；斜井带式输送机；电控系统；应用研究

一、工业概况

平煤股份八矿主斜井位于新副井东侧，平均坡度为15°，斜长2850米由西向东延伸，主斜井钢丝绳芯带式输送机采用线摩擦驱动高压变频调速技术，担负己五采区的原煤运输任务，其设备型号为：DTL120/50Z2X800+3X800，带速4m/s，运量800t/h。电机型号为：YBBBP-4504-4，功率为800kw，电压等级6000V。主机运距2924米，用3x800kw电机驱动，两用一备，子机运距500米，用2x800kw电机驱动。子机胶带机位于主机1300米处，子机上层胶带拖住主机上层胶带摩擦运行。考虑到主斜井运距长、运量大，为了满足高效、快速、平稳的运行，减轻对机械和电网的冲击，故采用HIVERT高压变频器调速技术来满足各种运行需求。

二、工作原理

HIVERT系列高压变频器为交-直一交电压源型变频器，应用成熟的低压变频技术，采用先进的单元串联叠波结构、空间矢量控制的正弦波PWM方式。每相由5个功率单元串联。高压6kV电源直接输入到隔离变压器高压侧，变压器二次侧经过降压移相后输出三相690V电压，分别给各功率单元供电。功率单元经三相全桥整流一直流滤波一单相逆变输出三个环节，然后每相各单元串联，三相丫联结直接输出高压6kV驱动电动机运行。每个功率单元还设有单元旁路装置，以便功率单元故障时不影响旁路故障单元，确保带式输送机运行的连续性。

三、高压变频器的特点

HIVERT系列高压变频器采用先进的工业计算机控制，内置PLC。效率高，额定工况下，系统总效率高达96%以上，功率单元模块化，可以互换，维护简单，输入电压可调。功率单元采用光钎通讯控制，完全电气隔离，变频器内置PID调节器，可实现闭环运行。具有本地、远程、上位三种控制方式。有全面的故障检测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存。输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。功率单元工作电源为高压开关电源，避免了瞬时停电对单元的影响，瞬时停电具有自启保护功能。人机界面中、英文两种语言可选，操作容易，功能强大。具有过电压保护、缺相保护、过电流保护、欠电压保护、器件过热保护、瞬时断电保护、电动机负载过载和过电流保护、限流、电压自动调节功能。

四、运行现状及应用效果

平煤股份八矿主斜井通过采用HIVERT高压变频控制系统来驱动电机来控制钢丝绳芯带式输送机的启停，系统操作简便，启动平稳，启动电流小，减少对电机绝缘层的冲击，增加了钢绳芯胶带和电机的使用寿命。运行模式采用主从模式，频率给定实现可调，调速范围广，实现空载或轻载时低速启动运行，重载时高速运行，减少了过电压的故障。其电流控制在30A～55A的范围之内，大大降低了能耗，不仅使胶带运输机平稳运行，也满足长距离、大运量钢丝绳芯带式输送机的运行需求。运行以来，提高了工作效率，保证了安全生产，降低了事故发生率，节约能耗，取得了显著地经济效益和社会效益。高压变频器驱动调速系统与传统的驱动系统比较具有不可比拟的优势：（1）提高了工作效率。通过采用高压变频调速控制系统，提高了电机的功率因数，根据输送带的运煤量自动调节运行速度，使运行效率得到了提高，能够使其工作在最佳的输送状态，提高了运行效率。（2）节能效果显著。使用HIVERT系列高压变频器对拖动电动机进行变频调速后，把变频器输出频率设为

20～40Hz，就可以使输送带运行速度与井下煤仓下煤量相匹配，同时降低了运行电压和电流.减小电能消耗。变频调速运行比直接工频运行可节约电能10%～15%。（3）节省维修费用。采用HIVERT系列高压变频器，设备自使用以来，一直稳定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证了生产。（4）有效减少人力资源。采用HIVERT系列高压变频器运行稳定可靠，操作简单方便，每班只需1名司机操作即可，节约人力资源，提高生产效率。

五、小结

平煤股份八矿主斜井通过采用HIVERT高压变频调速技术，通过调节电机转速实现了节能，设备的磨损情况有所改善，减少维修量，节约维修费用，降低了职工的劳动强度，延长设备使用寿命。与传统的设备相比，保护功能更强，可以更好地过流、过压、过热，具有多项保护功能。实践证明，将高压变频调速技术应用到带式输送机上，节能效果更显著。

参考文献：

[1] HIVERT高压变频器在新疆焦煤集团带式输送机上的应用

高压变频器在火电厂中的应用 篇7

电厂中使用的风机、水泵大都是定速运行,随着机组负荷的变化,只能通过改变风机的出入口挡板或水泵的出口阀门来适应新工况要求,这时风机、水泵使用效率降低,大量的能量损耗在挡板、阀门和管道上。高压变频器可根据设备实际需要改变电机转速,使设备处于最佳运行状态,大大提高运行效率,达到节能的目的。

1 高压变频器适用设备类型

火电厂内各机械设备负荷类型可分为恒转矩、二次方转矩、波动功率等。其中,风机和泵类为二次方转矩负荷,其转速n与流量Q、压力(扬程)H以及轴功率P的关系为:

式中,Q1、H1、P1分别为风机(或水泵)在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率;Q2、H2、P2为风机(或水泵)在n2转速时相似工况条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。因此采用变频调速后,若泵和风机流量减小,变频器控制电机转速降低,其能耗将以转速三次方的比率下降,节能效果非常显著。对于恒转矩负荷,电机功率仅与电源频率的一次方成正比,采用变频调速控制后的节能效果相对于二次方转矩负荷较差。而对于碎煤机类的波动功率负荷,电机功率与电源频率没有比例关系,若使用变频器,基本没有什么节能效果。因此,火电厂中以节能为目的采用变频调速控制的主要是风机和泵类负荷,包括引风机、送风机、排粉机、烟气再循环风机以及凝结水泵、循环水泵、灰渣泵等,其中又以锅炉风机和凝结水泵的变频应用最多。

2 高压变频器在火电厂中的应用分析

2.1 高压变频器在锅炉风机中的应用

现以某200MW机组1号锅炉引风机为例,计算其节电效益。

锅炉配送引风机2台,风机型号为Y4-2×73No26.5F;额定功率为1 335kW;电压等级为6kV;全压为4 002Pa。

根据公式:

有:

式中,Ha为实际需要的风压,在发电机满负荷运行时,引风机实需压力为2 847Pa;HN为风机额定压力,4 002Pa;ns、fa为在所需压力Ha下风机的转速及供给电机电源的频率;nN、fN为风机的额定转速和额定频率,fN=50Hz。

由于。那么发电机在满负荷运行时的节电率为:

机组在调峰运行时将长时间处于低负荷运行,风机也要跟着降低负荷,若把这部分运行状态也计算在内,实际节电率将更高。

2.2 高压变频器在凝结水泵中的应用

电厂中凝结水泵均按满足机组运行的额定工况并有一定的冗余量进行选择。同时,由于负荷的峰谷差大,因此电网机组低负荷运行不可避免。然而结水泵采用定速运行,流量靠出入口阀门调节,电机出力接近额定状态,即便在机组负荷低、流量小时,电机消耗的功率也是额定功率,电能浪费严重,机组经济性受到影响。因此,可采用高压变频器来自动调节凝结水泵的转速,从而调节电机的输入功率,达到节能的效果。

表1、表2是某电厂分别采用工频挡板与高压变频器调节时凝结泵系统的能耗情况。

考虑到电机运行时因无功功率的存在将增加电网的有功损耗,因此依据GB 12497-95《三相异步电动机经济运行》,引入电机的无功经济当量、综合功率损耗、综合输入功率等概念,分别计算两种调节方式下凝结水泵的综合输入功率(见表3)。计算式如下:

式中,∑Pc为系统消耗的综合输入功率;∑P和KQQ分别为系统消耗的有功功率和无功功率,KQ为无功经济当量,取0.06 kW/kvar。

3 结束语

火电厂中的风机、水泵等大功率辅机应用高压变频器,不仅使其调速性能优越、运行工艺安全可靠,而且节能效果显著。同时,变频调速装置减小了启动电流,降低了噪音,减少了维护工作量。随着高压变频技术的不断发展,单位功率价格的不断下降,高压变频器在电厂中将具有更为广阔的应用前景。

参考文献

[1]DL/T 5222-2005,导体和电器选择设计技术规定[S]

[2]李丽萍,李丽君,程祖田.燃气电站凝结水泵变频调节方式的经济性分析[J].华北电力技术,2007,(2):19 -21

[3]孙国琴,周德.大力推广国产高压变频调速节能装置[J].电机与控制应用,2006,33(6):3-6,10

[4]毛正孝,赵友君.系与风机[M].北京:中国电力出版社, 1999

[5]吴忠智,吴加林.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社,2002

高压变频器在水泵驱动系统中的应用 篇8

在各类调速方式中,变频调速作为一种转差功率不变的高效调速方式,相对于调压调速、转子回路串电阻调速、串级调速、变极调速等方式,具有调速范围宽、效率高、功率因数高、转速变换率小、平滑性能好等优点。从当前的技术手段看,通过变频器实现风机、水泵类负载调速运行,节能效果明显。另外,变频装置特性可以保证起动和加速时具有足够的转矩,使电机实现“软”起动,以消除起动时对电机的冲击,从而提高电机和机械的使用寿命,保证电网稳定。因此,高压变频器的应用前景十分广阔。

1 水泵变频调速节能原理

水泵的运行工况点是由扬程H、流量Q与管网特性曲线R决定的。如图1所示,水泵的正常运行工况点是在水泵额定转速特性曲线n1与管路全开时管网特性曲线R1的交点A。在实际生产过程中,为适应生产的需要或外界环境的变化,水泵的工况点要随之变化,称为泵的运行调节。改变工况点有两种方法:一是改变管网特性曲线;二是改变泵本身特性曲线。

变速调节是在保持出口阀门开度不变的情况下,通过改变水泵的转速来改变水泵特性曲线,从而改变运行工况点,以达到调节流量的目的。当转速改变时,水泵特性曲线从n1变为n2,由于此时管路阻力不变,因此工况点沿管网特性曲线R1从A点移动到C点,此时流量减小为Q2、扬程减小为H2,所需轴功率(kW)为:

从流体力学的原理得知,使用感应电机驱动的水泵,当电机转速由n1变化到n2时,Q、H、P与转速n的关系如下:

可见轴功率P与转速n的立方成正比关系。在最低扬程满足用户需求情况下,流量相对额定流量越小,变速调节所需的轴功率越小。因此,在低于额定流量时,相同的流量,变速调节相对节流调节所需要的轴功率小,所消耗的供水功率少。因此,采用变速调节时,水泵工作效率基本上处于最佳状态,节能效果显著。

2 水泵电动机组驱动系统构成

惠南庄泵站共安装8台额定流量为10m3/s的卧式单级双吸离心泵,水泵与电机采用直联传动方式,每台泵配套7 300kW异步电机,额定转速为375 r/min,正常情况下机组6工2备,出水总流量变化范围为20～60m3/s。由于在供水运行时,上游来水和下游需水情况变化较频繁,需要经常性地改变机组投入数量和调节机组转速,因此从提高工作效率、节能环保等方面考虑,选用ABB公司生产的ACS6000AD高压变频器。整个水泵驱动系统由高压开关柜、输入变压器、ACS6000变频器、高压电机等构成,主回路如图2所示。

2.1 高压开关柜

机组馈线高压开关柜为移开式金属铠装型,配套施耐德真空断路器Evolis-12,额定电流为1 250A,配有微机综合保护(GE公司的F650),以有效保护输入变和变频器。按照变频器设备运行安全要求,该断路器分闸及熄弧时间合计小于60ms;同时,断路器操作机构除常规的跳闸线圈外,还配备了欠压分闸线圈,确保故障情况下可靠分闸。

2.2 输入变压器

输入变容量为8 620kVA,Dy11接线,联接于电源与变频器之间,使电网电压(10kV)与变频器输入电压(3 160V)相互匹配,为变频器提供所需电能。

2.3 ACS6000变频器

ACS6000系列变频器以ABB公司自行研制的IGCT作为开关元件,采用DTC(直接转矩控制)电机控制方式。电机配套选用的变频器型号为ACS 6111_F06_1a11_C26_W2a,该系统主要由输入滤波单元(IFU)、有源整流单元(ARU)、电容组单元(CBU)、逆变单元(INU)、控制单元(COU)、水冷单元(WCU)和终端连接单元(TEU)等组成,其中TEU和COU安装在一个柜体内,前后布置。

2.3.1 IGCT性能特点

IGCT由ABB公司最先开发并投入市场,是在GTO基础上发展起来的新型复合器件,它吸收了GTO和IGBT的技术优点,具有优良的特性:门极驱动采用特殊的环形封装,使得门极电感非常小,因此无需吸收电路,有利于器件串联应用;IGCT内部集成了驱动电路,对门极驱动的要求比IGBT和GTO都低,用户只需提供20～40V的直流电源供电即可,驱动电路与系统控制器采用一条光纤连接,用于传输控制信号和器件故障反馈信息,抗干扰能力强;开关损耗低、通态电流大、响应快速;不使用焊接或键合导线,而是采用了独立的弹簧压力封装技术,降低了器件对压力不均匀性的敏感度,提高了器件在高压大容量应用领域的可靠性;工作范围可达几百赫兹至几十千赫兹,接近IGBT的开关速度。

2.3.2 ARU和INU的功能及其特点

ARU作用是将交流电变换成直流电后提供给逆变电路,通过对ARU的控制,可调节直流电压和功率因数。ARU为三相全控整流电路,与INU配合可实现能量的双向流动,实现电机四象限运行。INU的作用是将直流电变换成负载所需的交流电,通过对INU的控制,可调节电机转矩及磁通。ARU和INU都具有一个交流端和一个直流端,直流侧都连接到直流回路的电容上,因此系统是对称的。在电动运行模式时,ARU单元的运行如同一个制动模式的INU单元;在制动模式,ARU单元的运行如同一个电动模式的INU单元。

图3是INU的主回路电气原理图(ARU电气原理图与之相反),主要包括12个IGCT(S11～S14、S21～S24、S31～S34)、12个续流二极管(D11～D14、D21～D24、D31～D34)、6个钳位二极管(D15、D16、D25、D26、D35、D36)和3个平衡电阻(R1～R3)。该电路是典型的二极管中性点钳位三电平逆变电路。

L1和L2为di/dk钳位线圈,保护上、下半桥的功率开关器件,防止在短路等情况下产生过大的电流突变。快速短路监测装置(FSCD)并联在L1和L2上,当监测到由短路引起的过大电流或IGCT故障且触发后没有正常电流流过时,迅速发出跳闸信号切除电源,使变频器紧急退出运行。

R4、D4、C1和R5、D5、C2组成RC钳位电路,防止某个IGCT关断时产生的电压突变,并释放钳位线圈L1、L2的能量。

中性点钳位二极管确保每相上下半桥IGCT分担的直流电压均衡,并保证当另一桥臂上IGCT都关断时元器件的安全,是电路实现三电平输出的不可缺少的重要组成器件。

平衡电阻用于保证当IGCT都关断时的电压分布,防止出现直流正负母线电压不平衡的情况。

在交流侧都接有三相滤波器,限制du/dt的大小,防止其对电机或输入变造成伤害。

ARU和INU的硬件组成及结构基本上相同,唯一不同的是ARU比INU多2块ASE(Anti Saturation E-quipment)抗饱和装置,其作用是当能量向电网反馈时,监测输出到电网侧的直流分量,防止输入变因饱和而过热。

2.3.3 CBU的功能及特点

CBU连接在ARU和INU之间,起到直流稳压作用。CBU主要包括2组电容器、充电单元、接地刀闸和放电单元,其电路如图4所示。

电容组是CBU单元的主要组成部分,直流电压被两组水冷电容器(每组6个电容器)等分,上端和下端电容器组构成三电平逆变器要求的直流母线的三电位结构。

接地刀是为运行安全设计,只有当接地刀合闸后才允许运行人员打开CBU柜门;同时为防止带电合接地刀,柜内设置了电磁闭锁装置,只有当直流母线电压低于50V时才可以进行接地刀闸的操作。

充电回路是在整流器主电源投运前对直流母线进行预充电而设置,主要是考虑到直接用整流器对电容器充电时冲击电流较大,因此在变频器启动前,用低压辅助充电变压器通过充电回路对电容器组进行充电。当直流母线电压达到约4 300V时,充电变压器断开,待电压降到4 200V时,MCB合闸,由ARU进行充电,直至达到4 840V工作电压。辅助充电回路采用二极管构成整流桥,由于电压较高,因此每个桥臂由2个二极管串联组成。

放电回路只有在变频器电源切除后才能动作,放电电阻放电或关闭IGCT由INU控制。

2.3.4 WCU水冷单元

由于变频器功率大、发热量大,因此其功率元件都采用水冷方式冷却。变频器冷却系统分内、外两部分,相互隔离,通过热交换器进行热量交换。为防止温度升高等情况导致内部循环水电导率升高,威胁元器件安全,在冷却水回路中安装有水电导率监测装置和离子过滤器。另外,低压和控制电缆等都需要通过WCU柜引入,以确保与TEU高压电缆有效隔离,防止干扰。

2.3.5 COU控制单元

COU是ACS6000的核心,除对变频器本体进行控制外,COU还要对电机、输入变和高压主开关及WCU系统的运行状况进行监控,所有控制按钮都安装在COU的盘柜面板上。TEU同COU共用1个盘柜,两个单元前后布置,TEU位于COU后,所有高压一次电缆进出线都安装在TEU柜内。

2.3.6 DTC直接转矩控制

在DTC控制系统中,定子磁通和转矩作为主要控制变量,在先进的电机模型软件中通过高速数字信号处理器对电机状态以每秒40 000次的速度进行计算。由于电机定子磁通和转矩值不断更新,所得实际值与设定参考值不断进行比较,因此可实现对逆变器中每一个开关元件状态的确定,确保其始终保持最佳的开关组合,当负载突变或电源干扰所引起的动态变化时可迅速作出反应,保证电机定子磁通和转矩均处于设定的范围内,使系统稳定运行且快速控制电机的转速和旋转磁场。

图5为直接转矩控制系统的逻辑框图,该系统将检测到的电机电压和电流的瞬时值经电机模型运算后得到电机的电磁转矩和定子磁通,再与同系统设定值进行比较后送入控制系统,通过计算得到逆变器IGCT的最佳触发时间与最优开关位置,然后发出触发脉冲,控制逆变器各开关元件的运行。

2.4 运行特点

(1)速度和转矩控制精确,电机软启动冲击小,运行平稳。由于DTC提供了精确转矩控制,配合使用脉冲编码器,静态速度控制偏差达到±0.01%,动态速度控制偏差为0.2%～0.5%。变频器在电机零速时能提供1.2倍额定转矩的启动转矩,启动过程即快又稳,且启动电流较小,无冲击,真正实现了软启动。在整个调速范围内,变频器运行平稳,温升正常,运行噪音低于75dB。

(2)谐波抑制效果好,达到了标准要求。变频器整流侧采用三电平全控PWM有源整流电路,电源侧输入电流波形接近正弦,测得电源侧高次谐波含量低于2%,即使母线上3台电机同时运行,电压和电流谐波也满足GB/T 14549的要求。

(3)完善的保护功能和故障自诊断功能。ACS6000具有非常完善的保护功能,如电源过压、欠压、缺相,变频器过压、欠压、过流、短路、接地,IGCT故障,电机超温、堵转,通讯监测等,并且自诊断功能完善。当系统出现异常或故障时,可给出简短准确的故障信息,维护人员根据故障信息对照手册即可了解具体的故障内容和处理方法。

(4) DriveWindow SW软件工具强大。DriveWindow SW软件可实现变频器参数的设定、备份,数据监视,故障或事件记录等功能,完成变频器配置和故障诊断工作,同时还可作为远方控制平台使用。通过光纤连接至装有DriveWindow SW工具的电脑后,即可实现对变频器的远程控制操作。故障记录器可记录64组最新的故障或报警事件记录,数据记录器记录任意选定的6个I/O点或通道的实时采样数据,并用图形化的界面显示出来。记录器触发方式可任意选择为外部触发、故障信号触发、越限触发、手动触发、报警信号触发,适合现场调试和故障查找的需要。

(5)网侧功率因数高。在整个调速范围内,变频器电源侧的功率因数保持为1.0,无需无功补偿装置就达到供电企业对用户的功率因数不得低于0.9的要求,节省了力率调整电费;同时由于无功电流减少,电机涡流损失、铜损、线损都相应减小。

(6)适应电网电压波动能力强,电压工作范围宽。电网电压在-10%～10%之间波动时,系统均可正常运行。DTC控制的快速转矩阶跃响应特性在负载和电网变化时能快速作出响应,使其适应电网电压波动和负载突变。

(7)操作简单,运行方便。设备模块化集成度高,指示功能完备,闭锁功能完善,运行操作简便,还可通过计算机远程操控,便于实现无人值班、少人值守。

3 结束语

不同厂家、不同控制原理的高压变频驱动系统的主电路结构、性能指标等差异较大。在设备选型时,必须根据所驱动设备的运行工况、变频器效率、调速范围、过载能力、转矩脉动、外形尺寸、对电网电压波动的适应性、谐波含量能否控制在国家标准范围内、价格及售后服务等多项指标进行综合比较。本文对中性点二极管钳位三电平逆变电路和ACS6000系列高压变频装置的原理和技术特点进行了基本介绍,为相关人员提供选型参考。

摘要：介绍了变频调速的节能原理,并分析南水北调中线惠南庄泵站水泵电动机组驱动系统的组成、技术特点、各模块主要功能及运行特点。

关键词：高压变频器,变频调速,节能,水泵电动机组

参考文献

[1]Bin Wu.大功率变频器及交流传动[M].北京:机械工业出版社,2008

[2]张皓,续明进,杨梅.高压大功率交流变频调速技术[M].北京:机械工业出版社,2006

[3]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2008

[4]张承慧,崔纳新,李珂.交流电机变频调速及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008

[5]陈国呈.新型电力电子变换技术[M].北京:中国电力出版社,2004

[6]赵莉,葛琼璇.基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制[J].电气应用,2005,24(10):111-114

中高压变频器 篇9

1.1液力耦合器调速

液力耦合器是液力传动装置的一种, 又叫液力联轴器。液力耦合器结构由壳体、涡轮、泵轮三个部分组成。

壳体中充入工作液体, 当泵在原动机作用下转动时, 壳体内的液体受叶轮推动而转动, 在离心作用下沿着叶轮外环进入涡轮, 在同一转向上给涡轮以推力, 使其推动机械转动。液力耦合器属于低效的调速方式, 调速的范围有限, 高速时会丢转;低速时转差损耗大, 最大可达到额定功率的l5%左右, 低速时效率非常低;线性度差, 精度低, 响应慢。

1.2串级调速

串级调速是把异步电机转子能量部分回馈到电网, 改变转子滑差来实现调速, 这种调速方式运用可控硅技术, 必须使用绕线式异步电机。串级调速优点是转差功率可以回收, 所以调速效率较高, 但是存在问题也很多。它不适合鼠笼型异步电动机;软启动功能不能实现, 启动过程复杂;启动电流较大;调速范围在50%~95%, 调速范围较窄;响应较慢, 闭环控制不易实现;效率和功率因数低, 随转速的降低下降很快;同DCS控制的配合难实现, 对提高系统的整体自动化程度非常不利。

1.3高压变频器调速

高压变频器在近十多年的发展中非常迅速, 技术上已经非常成熟, 电力电子技术, 计算机控制技术, 现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术在高压变频器上达到高度的运用, 可与大、中功率电动机配套[1]。和其他调速产品比较, 变频器具有很多优点:

1变频器采用触摸式面板, 液晶显示界面, 可随时显示频率、电流、电压及转速等, 可直观地显示电动机的实时状态。2高的调速精度和精确的频率分辨率可以完全满足所有生产工艺的要求。3高压变频器有国际通用外部接口, 保证了DCS实现通讯, 构成闭环控制系统。4具有远程和就地操作功能, 还可通过联网实现远程控制功能。5具有电子保护和电气保护功能, 使电机和变频器在故障和正常运行时均可得到安全保证。6电机可实现软制动、软启动;启动电流小于电机额定电流;电机的启动时间可调, 使电网的影响减小。7提高了劳动生产效率, 延长了设备使用寿命, 减少了配件的损耗。

2高压变频器应用案例

2.1方案描述

河南某钢铁公司炼钢厂除尘风机电机功率为1 250k W, 为了提高风机电机的效率, 该公司在2010年采用高压变频器进行变频升级改造, 改造后启动过程中的冲击电流消失, 运行电流降幅很大, 节能效果非常显著。

2.2现场方案

除尘电机是除尘净化系统的动力中心, 一旦除尘电机不能正常工作, 不但生产受到影响, 造成巨大的经济环境损失, 还有可能危及到现场工作人员的人身安全。另外, 除尘系统生产环境较恶劣。所以除尘电机配套的高压变频调速系统, 要求具有极高的稳定性和可靠性。鉴于以上工作环境特点, 对变频系统的主要要求有:1效率要高, 调速范围要大。2要求变频器带有旁路功能, 变频器一旦出现了故障, 可使风机电机切换到正常工频运行。3有共振点跳转功能设置, 能使风机电机避开系统共振点运行, 避免风机喘震。4要求变频器有高可靠性及稳定性, 应具有长期运行条件[2,3]。经过多方比较调研, 最后该钢铁公司同某高压变频器公司合作, 共同制定了除尘电机的变频调速改造方案, 方案如下:

该钢铁公司除尘风机电机采用高压变频器进行调速控制, 该变频器为高-高、电压源型, 加设工频旁路切换开关。

旁路切换系统采用一拖一旁路柜, 由一个单刀双投和一个单刀单投组成, 分别是变频器QS1进线刀闸、变频器QS2出线刀闸、QS3工频刀闸。电源经QF1原断路器至一拖一旁路柜的变频器QS1进线刀闸, 经过变频器后, 再经过一拖一旁路柜的变频器QS2出线刀闸到二次风机电机。QS3工频刀闸并接在变频器QS1进线刀闸、变频器、变频器QS2出线刀闸两端。当变频器在“保护”状态时, 断开变频器QS1进线刀闸、变频器QS2出线刀闸, 合上QS3工频刀闸, 即可实现旁路功能。如图1所示:

2.3使用高压变频器后的节能效果

从表1中可以看出, 当除尘风机电机变频工作在45HZ、46HZ、47HZ时电机消耗的功率分别为713.6k W、791.3k W、886.7k W, 在满足负载要求的前提下, 相比工频工作状态下的功耗下降了20%以上。

3结论

通过以上实例, 我们可以看出, 在钢铁行业经过高压变频器节能改造, 可以收到以下效果:

1效益得到增加。高压变频器的节能效果显著, 企业负担有效减轻。

2工艺得到改善。投入高压变频器后水泵、风机可以非常稳定平滑地调整压力、流量, 运行人员可以方便地调控, 改善了工艺运行参数, 效率得到了提高。

3减小了维护量。使许多零部件的寿命得到延长。

4降低了工作强度。高压变频器可以实现远程控制。可实现自动化运行, 劳动强度大大降低, 生产效率得到提高, 为优化运营提供了前提。

5减少了对电网的冲击。使用高压变频器后, 系统可以实现软启动, 电机的启动电流和额定电流相差不多。对电网几乎没有冲击, 既减轻了起动转矩对电机的损伤, 又可有效延长电机使用寿命。

高压变频器作为一种新型的节能技术和调速技术, 其性能和技术胜过以前任何一种调速方式。通过这么多年的实践运行经验, 高压变频器的可靠性、性能已经得到了很好的验证, 今后必将有更宽广的舞台。

参考文献

[1]吴忠志, 吴加林.中 (高) 压大功率变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]陈伯时, 陈敏逊.交流调速系统:电气自动化新技术丛书[M], 北京:机械工业出版, 2005.

高压变频器在锅炉风机系统中的应用 篇10

锅炉风机在现在的工业生产中利用非常广泛, 但是此设备利用有一个明显的弊端就是能耗量太大。在锅炉风机运行的过程中, 覆盖范围特别广, 所消耗的能量也非常巨大, 在大量的能量消耗面前, 一旦发生能量供给问题, 将直接影响工业生产。在目前的钢铁、电力、冶金和煤炭等领域, 锅炉风机都是不可缺少的生产设备, 为了保证这些领域的生产正常进行, 利用高压变频器来实现锅炉风机的稳定具有积极的意义。

1 高压变频器的工作原理及调速方案

1.1 工作原理

变频器的工作主要依靠半导体器件的开关作用, 通过开关控制可以将工频电源合理地变换到另一频率的电源。就整个变频器而言, 主要是由主回路和控制回路两部分组成, 在进行变频的时候, 主要利用控制回路。在主回路当中, 主要包括整流器、逆变器和滤波器, 而在控制回路当中, 主要包括驱动回路、光电隔离回路和单片机。在整个变频器的工作中, 通过控制回路和主回路可以实现变频器的频率调控, 从而达到变频的目的[1]。

1.2 调速方案

目前运行的高压变频器调速方案主要有两种, 分别是高-低-高变频调速控制方案和高-高变频调速控制方案。高-低-高变频调速方案主要是利用降压变压器实现高压向低压的转换, 然后再经过变频器使得变频后的电压能够符合实际工作的需要。此调速方案的技术难度相对较小, 操作起来将更加方便。高-高变频调速控制方案进行调速主要利用功率单元模块的串联, 通过这种串联, 可以直接进行高压电源的输出, 以实现实际需要的转换, 这种方案从根本上解决了高-低-高变频调速方案存在的问题[2]。

2 变频器的主要控制方式

2.1 V/F控制

V/F控制是变频器的主要控制方式, 又叫作电压频率控制, 主要是在改变电压频率、达到调速目的的同时保证电动机的磁通不会发生改变。由于这种控制方式采用开环控制, 所以控制性能相对比较低, 在低频的时候为了实现低频转矩特性的改变必须要进行转矩补偿。另外, 由于动态转矩能力和静态调速性能都不高, 所以控制曲线会随着负载进行变化和波动, 也就说V/F控制虽然是变频器的主要控制方式之一, 但是实际应用中会表现出比较强的不稳定性[3]。

2.2 矢量控制

矢量控制也是变频器的主要控制方式之一, 又叫作磁场定向控制, 主要是因为此种控制方式是根据磁场的定向原理来对异步电动机的磁通和转矩电流进行控制的, 从而实现自动跟踪和电压及频率的调节, 最终实现指定值和检测试验值的一致。在利用此种控制方式进行控制的时候, 需要对三项定子电流的幅度和相位进行实时的调整, 通过合适的定子电流矢量输出来控制异步电动机转矩。目前, 此种控制方式转速的响应比较快, 而且调速的范围比较广, 所以在控制系统中应用比较普遍。

2.3 转差评率控制

转差评率控制也是变频器的主要控制方式之一, 这种控制方式不同于V/F控制和矢量控制, 是一种直接的控制。在实践中, 通过控制转差评率可以实现电动机转矩和电流的变化。在实际应用中, 可以对电动机的转速进行检测和计算, 利用计算数据可以进行转差评率的调节, 在以电动机的速度和转差频率作为基础参数的情况下进行处理, 作为变频器的给定频率对电动机进行控制, 加减速的特性和限流的能力和V/F控制作比较, 会发现有大幅度的提升。此种控制方式的静态误差较小, 稳定性高, 有一点不足是动态性能较弱。

3 高压变频器在锅炉风机中的应用

3.1 应用方案

高压变频器在锅炉风机系统中的应用方案主要利用高-低-高变频调速控制方案。此方案的应用需要做好四方面的工作:第一是要做好回路图和操作方式的设计, 通过科学合理的设计使得变频方案更具有时效性。第二就是元件在系统中的接入。元件的接入主要是进行合闸闭锁、旁路接入和保护措施的实施。第三是控制方式的选择, 考虑到锅炉风机系统的动态性能较强, 所以采用适量控制来进行变频。第四就是速度的设置方式。速度设置方式是变频实现的关键, 所以要根据实际进行设置[4]。

3.2 应用结果

在锅炉风机系统中利用高压变频器之后产生了非常显著的结果, 主要从三方面来分析:首先是锅炉风机系统的运行稳定程度明显上升, 通过变频控制, 过去能量供给不稳定的现象得到了解决。其次是锅炉风机系统的工作效率大幅度上升。因为稳定程度有了较大的改善, 所以工作效率可以保持稳定。最后是能量消耗问题得到了解决, 经济效益特别明显。

4 结语

高压变频器在目前的社会生产中利用已经非常广泛, 根本目的就是要实现工业生产效率的提高。在工业生产中, 锅炉风机系统是非常重要的动力驱动系统, 利用高压变频器可以有效实现锅炉风机系统的动力稳定, 这对于稳定锅炉风机系统的工作效率、提升企业经济效益具有积极的作用。

参考文献

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[2]吕志三.IGBT直接串联高压变频器在锅炉风机上的应用[J].电气应用, 2011 (8) :34-37.

[3]李芳.高压变频器在电厂锅炉风机节能中的应用研究[J].电子技术与软件工程, 2014 (2) :160.