高压变频范文

时间:2023-09-17 04:45:40

高压变频

高压变频篇1

关键词:变频器 多重化 飞车启动 完美无谐波

0 引言

哈尔滨九洲电气股份有限公司成立于2000年,是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术,以“高效节能、新型能源”为产品发展方向,从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的高科技上市公司。

本文主要对PowerSmart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。

1 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成

Power SmartTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备,一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面(数码管和彩色触摸屏可选)、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。

2 工作原理

Power SmartTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化,就是每相由几个低压功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式,使变频器输出电压的谐波含量很小,不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt也很小,不会给电机增加明显的应力,因此可以向普通标准型交流电动机供电,而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小,不需要附加输出滤波器,输出电缆也长度无要求。由于谐波很小,附加的转矩脉动也很小,避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上,完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置,也不会与现有的补偿电容装置发生谐振,变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰,因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。

3 技术特点

采用双DSP控制,可靠性高,杜绝了变频器死机问题;采用36脉冲整流(以6KV变频器为例)及空间矢量多重化PWM技术,每相由6个功率单元串联而成,并直接驱动电动机,无需输出升压变压器。输出电平数高,dv/dt很小,输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术,对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄,控制精度高,避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制,上电自检,运行中实时监测,检测速度高。通过双DSP系统,实现纳秒级运算并进行综合判断,分析准确,减少变频器误报警。具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能,提高了输出波形的准确性,增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能,无论电机处于正转还是反转状态,变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能,避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时,系统均能故障定位并且及时告警或保护,对电网波动的适应能力强。支持中心点偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时,能够立即对该单元实施旁路处理,而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压,这保证了系统的不间断运行。

4 出厂测试

Powersmart系列高压变频器检验项目(全功率出厂测试)包括:①一般检验:包括外观、部件、元器件。②电气间隙与爬电距离检验。③安全与接地检验。④外壳防护检验。⑤保护功能检验。⑥显示功能检验。⑦效率检验。⑧功率因数检验。⑨输出电压检验。⑩频率分辨率检验。 过载试验。 连续运行试验。 启动特性控制实验。 温升试验。 谐波实验。 控制回路上电源切换实验。 不间断后备电源实验。 高压掉电短时跟踪再启动实验。 飞车启动试验。

九洲电气生产的每一台PowerSmart系列高压变频器,在出厂时都经过严格测试。九洲电气组建了高压大功率变频器实验室。具体包括:电气性能试验室,负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室,负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室,负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站,是与罗克韦尔共同建造的,负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV,最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。

参考文献

高压变频篇2

[关键词]高压 变频器 过电压故障 危害 原因 解决

中图分类号:TD53 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)01-0063-01

正常情况下,直流母线电压为三相交流输入线电压的峰值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算,直流母线电压1.414x700=989V。在过电压发生时,直流母线的储能电容电压将上升,当电压上升至一定的值时〔通常为正常值的10%-20%),高压变频器过电压保护动作。因此,对于变频器来说,有一个正常的工作电压范围,当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。

1.过电压故障的危害

高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压,中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几方面。

1.1 对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接影响,严重时会引起电容器爆裂。因而高压变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定范围内,一旦其电压超过限定值,变频器将按限定要求跳闸保护。

1.2 对功率器件如整流桥、IGBT、SCR的寿命有直接影响,直流母线电压过高,功率器件的安全裕量减少。例如对AC700V输入电压等级的功率单元来说,其功率器件的额定耐压一般选定在DV1700V左右,考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大,因此在直流母线电压过高时再叠加功率器件开关过程中产生的过电压,很有可能超过器件的额定耐压而造成器件击穿损坏。

1.3 对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的。DC/DC变换器需从直流母线取电,DC/DC变换器的输入电压也有一定的范围,直流母线电压过高,则变换器中开关管如MOSFET也会击穿。

2.引起过电压故障的原因

一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两个方面。

2.1 来自电源输入侧的过电压

正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%―+10%以内,但是,在特殊情况下,电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升,所以当电压上升到保护值时,变频器会因过电压保护而跳闸。

2.2 来自负载侧的过电压

由于某种原因使电动机处于再生发电状态时,即电动机处于实际在速比变频频率决定的同步转速高的状态时,负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,通过各个功率单元逆变桥中的四个IGBT中的续流二极管回馈到功率单元的直流母线回路中。此时的逆变桥处于整流状态,如果功率单元中没有采取消耗这些能量的措施,这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升,达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。

3.避免过电压故障的方法

根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能的产生原因的分析,可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生:一是避免电网过电压进入到变频器输入侧;二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送,使其过电压的程度限定在允许的限值之内;三是提高过电压检测回路的抗干扰性;四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。

3.1 在电源榆入侧增加吸收装置,减少变频器榆入过电压因素

对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下,可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

3.2 从变频器已设定的参数中寻找解决办法

在变频器中可设定的参数主要有两个:减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时,变频器减速时间参数的设定不要太短,而使得负载动能逐渐释放;该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限,特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制,而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象,就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值,暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值,即采用分段减速方式。

3.3 采用在中间直流回路上增加适当电容的方法

中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器#解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法,是以增大变频器容量的方法来换取过电压保护能力的提高。

3.4 在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压

目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥,电源电压高,中间直流回〖路电压也高,有些用户处电网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高,对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置的移相整流变压器高压侧预留5%、 0分接头,一般出厂时移相变压器输入侧都默认接在0分接头处。在电压偏高时,可以将输入侧改接在+5%分接头上,这样可适当降低功率单元输入侧的电压,达到相对提高变频器过电压保护能力的目的。

3.5 增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性

前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分,因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面入手。

3.5.1 中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线,并且线长应尽量短,电路板检测回路的入口处要增加滤波电容;降压电阻应选用功率裕性好、温漂小的电阻。

3.5.2 低压部分要采用工业等级的基准源,采用高共模抑制比的光耦参数以提高光耦一、二次侧的抗干扰能力。

3.6 在输入增加逆变电路的方法

处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路,可以将多余的能量回馈给电网。但可控整流桥价格昂贵,技术复杂,不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用,只有在较高级的场合才使用。

3.7 采用增加泄放电阻的方法

根据实际情况在功率单元内增加泄放电阻,为中间直流回路多余能量的释放提供通道,是一种泄放能量的有效方法,能一定程度上缓解频繁过电压的矛盾,其不足之处是能耗高,可能出现频繁投切或长时间投运,致使电阻温度升高、设备损坏。所以电阻的选择要和负载的惯性能量相匹配。

高压变频篇3

【关键词】高压变频软启动;一拖二变频器;励磁装置

引言

鞍钢炼铁总厂新烧分厂2#烧结机于1989年投产,主抽风机风量为23000m3/min,配电机为7600kW。在实际运行过程中,由于主抽风机配电机功率偏小,启动困难,且电机经常过载,影响烧结生产的稳定运行。特别是近几年,因电动机老化,原有引进的模拟系统启动装置不稳定,发生电动机启动不了,甚至烧毁现象。本项目为现有风机主电机和变频装置更新改造,在原有土建基础不动的前提下更换主电机为8000kW和一套电压型变频软起装置。

1、系统概述

鞍钢烧结风机同步电机高压变频软启动系统技术方案是采用高压一套“一拖二”变频软启动系统,用以解决电机直接启动对电网和风机造成巨大冲击的问题。同时,该系统通过内置同步切换装置,在电机与电网频率和相位同步后,自动将电机平滑无冲击地切换到电网运行。

变频器(软启动)采用一拖二方式;电动机站及温度检测等在控制系统中统一考虑.风门关闭不严10%开度情况下能够满足正常启动。

2、主传动电气控制方案

对于此烧结变频软启系统,西门子提供完美无谐波系列变频器,其采用多电平串联技术,36脉冲整流电压源设计,确保电网侧的谐波满足GB的标准,由于是电压源设计,确保整个启动过程中电网的功率因数保持不变,变频器选型具有足够的裕量,适合大惯量烧结风机的启动,该系列变频器在鞍钢有着良好和广泛的应用业绩,由于内置的同步传输功能更适合大型同步机及异步机的启动应用。

2.1变频软启动系统组成及工作原理

高压变频软启动系统由高压变频器、升压变压器、同步电机(包括励磁装置)和高压开关等设备组成。

高压变频软启动系统的基本工作原理以SM#1为例说明如下:

(1)确保#1风机重载启动;(2)合开关MBC#1和开关MBM#1,变频器驱动SM#1电机开始工作,其输出频率从0Hz逐步升到50Hz(时间可设定),同时,变频器的输出电压(升压变压器后)对应的从0V升到10KV,SM#1电机开始在额定转速下运行;(3)变频器检测电网电压的频率、相位和幅值,并调整其输出电压逐步达到和输入电网电压同频同相;(4)变频器确认输出电压和电网电压同频同相并锁相后合开关MBL#1――由于这时电机的频率和相位与电网一致,切换过程对电网没有任何冲击;(5)切换过程中电机由变频器和电网共同供电,变频器逐步将电机的负载由变频器转移到电网,最后变频器断开开关MBM#1;(6)最终电机SM#1负载由电网承担,启动过程完毕。

高压变频软启动系统中的高压变频器采用西门子完美无谐波系列(PerfectHarmony)高压变频器。该系列高压变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,具有对电网谐波污染极小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性。

变频器的功率单元为模块化设计,可以从机架上抽出,移动和更换,所有单元可以互换,更换单元不须专用工具,更换一个单元的时间一般小于10分钟。逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件,保证良好的输出波形。输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。整个变频系统采用空冷,带有防护滤网。

变频装置有过电压,过电流,欠电压,缺相,变频器过载,变频器过热,电机过载,输出接地,输出短路等保护功能。变频装置有隔离变压器的各种保护。变频器带转速跟踪再起动功能。变频器为高-高结构,10kV直接输入和7.2kV输出,输出为单元串联移相式PWM方式,输出相电压为13电平,线电压为25电平。系统一体化设计,包括输入干式隔离变压器,变频器等所有部件及内部连线,用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。36脉冲整流输入满足并优于IEEE519~1992及GB/T14519~93标准对电压失真和电流失真小于等于3%。由于是电压源设计,因此在30~100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数(无需功率因数补偿装置)。无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形,对电机没有特殊的要求,可以使用普通异步电机,电机不必降额使用。具有软起动功能,没有电机启动冲击引起的电网电压下跌,可确保电机安全、长期运行。变频装置输出波形不会引起电机的谐振,转矩脉动小于0.1%,变频器有共振点频率跳跃功能。变频装置对输出电缆长度无任何要求,电机不会受到共模电压和dv/dt的影响。变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试,也可在没有高压情况下用低压电进行空载调试。控制采用无速度传感器矢量控制,起动转矩可达100%。变频器对电网电压波动有极强的适应能力,在±10%范围内变频器能满载工作,在35%的电压下降情况下变频器能继续运行而不跳闸(降载运行)。满载时变频器部分效率为97%以上。控制系统采用全数字微机控制,有自诊断功能。电机参数自动检测、控制系统参数自动优化。变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接,具有很高的通信速率和抗干扰能力,安全性好。控制系统具有在线检测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因素、累计用电量、输出电压、电流、功率、频率、电机转速等。

2.2同步电动机励磁装置

励磁装置兼具变频起动变频运行和工频起动工频运行的要求,同时可满足变频起动工频运行的要求。在电机工频异步起动和工频运行过程中,对电机进行有效的励磁控制、限制及保护,并实现调节,设有恒励磁电流、恒功率因数和恒无功功率等自动调节手段;在电机变频起动和变频运行过程中完全受变频器控制,设有恒励磁电流自动调节方式。

2.3PLC控制柜

启动过程中需要一套PLC控制柜完成启动过程中的逻辑连锁,通过与变频器本省的信号交换来控制个断路器的闭合和开启。

2.4整流变压器

该变频软启系统需提供三种形式的变压器,其中变频器配套的变压器已随变频器一起提供。此外由于电机电压为10KV,变频器输出为7.2KV,因此在变频器输出与电机之间需增加一台升压变压器.此外对于每套励磁系统,需要提供一台整流变压器。

3、电动机速度控制

变频器采用矢量控制系统对电动机进行速度控制,从静止状态克服静阻力矩加速直至达到额定速度,完成空载启动过程中电动机的速度控制。

4、变频器控制器专有的特殊功能介绍

变频器自身软件中包含同步传输控制软件,不需要外部的同期控制设备。在电机同步电网过程中利用锁相功能瞬间可使电机同时连接在变频输出及电网上,确保电机无扰可靠并网,如果并网失败,变频器可抓住电机进行下一次并网。

5、结束语

变频型软启动控制器及电动机自投入生产以来,运行安全、平稳可靠,各项性能均优于改造前技术指标,受到用户的好评,也在鞍钢得到了进一步的应用和推广。

参考文献

[1]西门子软启动装置用户手册

作者简介

高压变频篇4

1.1高压变频节能技术原理

所谓高压变频技术,是通过调节电压的输出,控制风机的实际功率,从而进一步控制风机的转速,调节风机风量,在风机中应用高压变频技术,就可以使得出风口的挡板完全打开,利用变频技术从源头调节风机的风量输出。风机的电机转速公式为:n=(1-s)n0,n0=60f/p。其中n为实际转速,n0为理论转速,s是转差率,f是电机的运行频率(60是60s),p是电机极对数。由转速公式可看出,在不考虑转差率s的情况下(s=0~0.05),电机的实际转速n=60f/p,即n与f是成正比例相关的,n的值会随着f的增加而增加,随着f的减少而减少,所以控制功率的输出,来调节f的值,就能够完成对电机转速n的调节。

1.2高压变频节能技术优点

高压变频节能技术的应用,能够避免风量因为挡板的损失,提高风机的工作效率,降低电力的消耗。比起挡板调节风量,利用高压变频技术调节,在输送风量时更加精准,能够实现对锅炉负荷的精准控制。而且高压变频技术的应用,在风机启动时,能够对风机进行有效保护。传统的全压启动方式,对发动机和风机都会产生极大的冲击力,容易引发故障,甚至设备损坏。而高压变频技术使发动机缓慢启动,有效地避免了这个问题,极大地降低了设备故障率。

2热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造方案

2.1高压变频器选型

高压变频器的选型需要考虑电压等级和投资成本的问题,如一台1120kW功率的风机,选择60kV电压等级的高压变频器显然就是不合理的,既无法对高压变频器进行充分利用,又增大了投资成本,另外在选型时还需要注意谐波污染问题。综合分析热电厂的实际需求,对比市面上的几种高压变频器型号(两电平型、多电平型、单元串联型等),选择单元串联型高压变频器是较为合适的。它采用的是近几年新出现的一种拓扑结构电路,所具有的优点有:功率因素高、抗干扰能力强、谐波污染小、造价低、故障不停机等。

2.2主系统改造方案

QF为真空断路器,QS1、QS2为高压隔离刀闸,KM1、KM2、KM3为高压真空接触器。当高压变频器投入使用时,应先将真空断路器QF闭合,再将高压隔离刀闸QS1、QS2闭合,之后将高压真空接触器KM1、KM2闭合,断开高压真空接触器KM3。当高压变频器发生故障时,高压变频器的控制保护系统将会自动断开高压真空接触器KM1、KM2,同时闭合高压真空接触器KM3,使高压电机从变频状态切换到工频状态下运行。而为了保证切换运行状态时安全可靠,需要设计电气互锁功能,即KM1和KM2闭合时,KM3无法闭合;而当KM3闭合时,KM1和KM2不能再闭合。

2.3高压变频节能技术改造方案注意事项

1)高压变频器在接线时,一定要注意输入端和输出端的区别,不可接反,以免在风机使用时引发事故。2)准确计算转子的临界转速,采取必要的技术保护措施,避免发生扭曲共振现象。3)安装完毕后,检查变频器柜体是否做好了相关接地工作。4)将预充电电源技术运营与风机启动模式中,避免全压启动对设备形成过大负荷。

3结束语

综上所述,为了响应国家“节能减排”的基本国策,对热电厂锅炉风机,进行节能技术改造刻不容缓。节能改造利用的是高压变频技术,其原理是利用输入电压改变电机的转速,从而调节控制电机的输出风量。

高压变频篇5

[关键词]矿井 高压变频 节能技术 探讨

中图分类号:TM921.51 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)14-0013-01

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅猛发展,由新型器件如:IGBT、JGCT、SGCT、等构成的高压变频器已经获得了广泛应用,大功率传动领域的节能需求得到了释放。高压变频是指输入电压在3KV以上的大功率变频器,主要电压在3000V、3300V、6000V、6600V、10000V等电压等级的高压大功率变频器,由IGBT、JGCT、SGCT、等构成的高压变频器,性能优异,可以实现PWM逆变以及PWM整流。

1、高压变频技术的原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大功率变频调速装置不断地成熟起来,原来一直难以解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用的领域和范围也越来越为广范,这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。电机是国民经济中主要的耗电大户,高压大功率电机更为突出,而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术,将是时代赋予的一项神圣使命,而这一使命也将具有深远的意义。

以前的高压变频器,由可控硅整流、可控硅逆变等器件构成,缺点很多,谐波大,对电网和电机都有影响。近年发展起来的一些新型器件改变了这一现状,如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器,性能优异,可以实现PWM逆变,甚至是PWM整流。不H谐波小,功率因数也有很大程度的提高。高压大功率变频调速装置被广泛地应用于石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等。

2、高压提升变频器系统结构

高压提升变频调速器采用最新型IGBT为主控器件,全数字化,彩色液晶触摸屏控制,以高可靠性、易操作、高性能为设计目标的优质变频调速器,采用先进的矢量控制变频调速技术完成提升机的四象限运行,用于鼠笼式电机或绕线式转子串电阻电机控制,即可用于新矿井安装,也可用于老矿井改造。

高压提升变频器,采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出,所用的6kv高压提升变频器,变压器有18组付边绕组,分为6个功率单元M相,三相共18个单元,采用36脉冲整流,输入端的谐波成分满足国标规定,高压提升变频器系统结构。

2.1 功率单元电路

每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其主电路结构如图2示,为基本的交-直-交双向逆变电路,通过整流桥进行三相全桥方式整流,整流后的给滤波电容充电,确定母线电压,通过对逆变块B中的IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现单相逆变。当电机进入发电状态后,逆变块B中的二极管完成续流外,又起全波整流,使能量能够转移到滤波电容中,结果母线电压升高,达到一定程度后,启动逆变块A,进行SPWM逆变,通过输入电感,返回到移相变压器的次极,通过变压器将能量回馈到电网。

2.2 输入侧结构

输入侧由移相变压器给每个单元供电,每个功率单元都承受电机电流、1/6的相电压、1/18的输出功率。18个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。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,目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分。

2.4 控制单元

控制器核心由高速DSP和工控PC机协同运算来实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。工控PC提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。

光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号,每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制(PWM)信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号,并在故障时向光纤板发出故障代码信号。

信号板采集变频器的输出电压、电流信号,并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护,以及提供给主控板数据采集。

主控板采用数字信号处理器(DSP),运用正弦空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令,实现对电机控制的所有功能。通过RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据,提供变频器的状态参数,并接受来人机界面主控板的参数设置。

3、主要结论

3.1 系统组成结构

①交直交控制结构简单,系统设备较少,

②交直交控制系统采用普通鼠笼电机,电机没有碳刷换向器,维护费用低,使用安全可靠,易于操作管理,具有安全保护功能,可实现电机的免维护运行。

③功率因数,交流变频控制系统负载功率因数高,能耗低、传动效率高。直流控制系统在低速运行时功率因数极低。

④交变频系统安装空间小。

3.2 调速方式比较

与直流控制相比,交直交控制为无级调速系统,恒转矩控制,调速精度高,调速平滑稳定。

交直交控制使用的功率器件IGBT比直流调速控制(晶闸管)安全稳定可靠。直流调速随负载增加速度随之降低机械特性较弱。

3.3 性能比较

①低压变频技术

变频器采用先进的功率单元串联叠波技术、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、可靠性高、性能优越、操作简便。应用于需要四象限运行、需快速制动、动态响应快、低速运行转矩大等。

②对电网造成的压降非常小,几乎是直流控制系统的五分之一。

3.4 节能及投资比较

①节能比较变频采用四象限运行在负力运行时发电回馈电网而直流控制无法做到,可节能20%。

②交流高压变频控制投资487.26万元,直流变频控制投资420万元。

3.5 技术的先进性

交流高压变频控制系统采用先进的功率单元串联叠波技术、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、可靠性高、性能优越,具有调速范围宽,恒转矩输出,功率因数高、具有100%能量回馈、维修、操作简便,对电网无污染等技术特点。适用于四象限运行、快速制动、动态响应快、低速运行转矩大等的高精度场合。

交流高压变频控制系统具有启动静态恒转矩启动,启动平稳,输出转矩大,调速精度高,动态响应快,四象限运行等优点,网络化控制、操作可实现提升机的运程控制及诊断,可实现提升机的自动化控制。

操作系统、调速系统、监控系统、主井提升信号系统之间通过工业局域网络进行系统通讯及信号交换,并预留与矿山局域网进行联网的接口,具有远程监控功能。该系统硬件配置整洁、功能强大、技术先进、安全可靠、高效节能 。

高压变频篇6

关键词:无谐波、拓扑结构、高压变频器、效益

Abstract: with the national energy saving policy advocacy and cement plant competition is becoming increasingly fierce, make cement industry gradually towards conservation-oriented industrial development has been imminent. This article is about the principle and non-harmonic HV frequency converters in the application in the project were discussed.

Key words: no harmonic, topology structure, high voltage inverter, benefit

中图分类号: 文献标识码:A文章编号:

1.概述

长期以来,水泥行业都是国民经济生产中的能源消耗大户,在国家政策大力提倡推行节能的大形势下,提高水泥行业的节约型制造和应用水平,建立节约型水泥工业体系意义逐渐增大。特别是近年来新型干法水泥生产线,规模越来越大,因此节能空间也越来越大。在目前辊式磨系统水泥生产线的工艺设备配置中,高压风机有立磨风机、后排风机、高温风机、窑头余风风机、煤磨风机、水泥磨风机、辊压机循环风机等等,而这些风机所耗电能大约要占总消耗电能的25%~30%。所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本,因此能否降低风机的电耗,对提高效益,降低水泥生产成本是至关重要的。通过高压变频器在很多生产线上的应用证明,高压变频器在风机中的应用,不但可以通过变频器控制风机调节风量,而且风机进行变频后,节电率在30%~50%的范围内,节约了大量能源,提高生产效率,使得水泥厂的效益达到了最大化。以下就结合无谐波高压变频器的原理以及在水泥生产线中的应用进行阐述。

关于高压变频器

无谐波高压变频器是采用若干个变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。在变频器中,由多个低压单元串联连接,构成驱动系统的高压输出。基于这种拓扑结构,使得无谐波高压变频器具备了在维护、功率品质方面的优点,另外变频器通过快速功率单元旁路,是系统的可靠性大大增加。该变频器具有对电网谐波危害小,输入功率因素高,无需采用输入谐波滤波器和功率因素补偿装置。输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动,噪音,输出dv/dt,共模电压等问题,不必设置输出滤波器就可以用于普通的异步电机。

图1:拓扑结构原理图

从拓扑结构原理图可以看出,它是基于功率单元电压串联结构,A、B、C为功率单元,其结构图中,变频器输入为三相交流电压,可选任何电压等级,星形或三角连接,输出6~7.2kV,可直接接入三相感应电机。

传统的变频器拥有5个独立部件,即输入滤波器、功率因数补偿、隔离变压器、逆变装置和输出滤波器。而无谐波高压变频器完美的输入/输出特性,因此其内部仅需隔离变压器和变频器两个主要部件。与普通采用高压器件直接串联的变频器相比,由于采用整个功率单元串联,器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压,可直接使用低压功率器件,器件不必串联,不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用的低压IGBT功率模块,驱动电路简单,技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构,同一变频器内的所有功率单元可以互换,维修业非常方便。由于采用功率单元串联结构,所以可以采取功率单元旁路技术,当功率单元故障时,控制系统可以将故障单元自动旁路,采用中心点漂移技术,变频器仍可降额继续运行,大大提高了系统的可靠性。

无谐波高压变频器的应用

为了充分保证系统的可靠性,为变频器同时加装工频旁路装置,变频器异常时,变频器停止运行,电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由三个高压隔离开关组成,这三个高压隔离开关在机械上实现互锁,在变频和工频运行时,分别联锁动作。为了实现变频器故障的保护,变频器用户高压开关进行联锁,一旦变频器故障,变频器跳开高压开关,工频旁路时,变频器允许高压开关合闸,撤消对高压开关的跳闸信号,使电机能正常通过高压开关合闸工频启动。

下面对立磨风机和后排风机的运行数据进行了比较,通过高压变频器在立磨风机的应用,节能效果相当明显,经济效益显著。后排风机风门的开启在70%左右,电机全速运行;立磨风机变速运行,风门全开。因现场工况变化不是很大,变频调速系统经常运行在42Hz左右,与调节档板时的消耗功率大大减少,节电效果与经济效益显著,两者电机的运行数据如下:

立磨风机的节能率为:(832-658)/832=20.9%,该风机年运行时间按280天,每度电按0.5元计算,年节省电费:(832-658)×24×280×0.5=584640元。

另外立磨风机由于变频调速系统经常运行在42Hz(生产时),电机及风机转速降低,电机及风机的轴温降低,噪音和振动降低,电机碳刷消耗量减少,整体维护周期大大延长。操作人员在DCS侧通过监控界面很方便的调节电机的运行频率,调节及时,调节精度高,由于电机变频改造后转速降低,输出功率大大降低,电机的温升也没有升高。因此高压变频器的应用效果明显,带来极大的效益。

结束语

无谐波高压变频器可靠性高,输入输出波形质量好。通过变频器实现电机的软启动,降低了启动电流,避免了启动时的机械冲击,延长了电动机寿命。同时水泥厂排风系统中粉尘含量较大,对高速转动中的风机及档板磨损很大,采用变频调速后,电机转速降低,档板全开,磨损大大减小,延长了使用寿命,降低了设备检修费用。

高压变频篇7

关键词:高压变频 电网 电动机

中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0120-01

1 高压变频器概述

变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电装置。

高压变频器在20世纪80年代中期才开始投入市场,但随着大功率高性能的电力电子器件的速度发展和市场的巨大推动力,高压变频器近20年的发展非常速度。使用器件已从SCQ.GTO晶闸管,GTR发展到IGBT.IGCT和IECT。功率范围从几百千瓦发展到几十兆瓦,现在高压变频器的设计制造和检测技术已经成熟,可靠性有充分的保障,使用面越来越广,我国有多个厂家可以生产高压变频器。

2 国内变频器厂家介绍

目前,主要国内生产厂家有北京利德华福、四川东方凯奇、湖北三环、山东风光、哈尔滨九洲、北京台康电气、广东中山朋。四川成都佳灵(采用无变压器模式,号称世界性突破)北京利德华福与东方凯奇公司,生产该产品时间最长,业绩也最多,在市场可称为第一梯队。湖北三环,北京合康电气,山东风光哈尔滨九州仅有不到30台,业绩为第二梯队其余的为第三梯队。截止到2005年为止,国内投资的高压变频器约1000左右,国内生产稳定运行的就频器在1600kW以下,最大试运行的变频器在2200kW左右,且全部为风冷,与国外在3500kW以上液泠的现状有较大差距,国内的厂家基本走的失量叠加型的技术线路。

3 国内与国外变频器的比较

高(中)压变频器通常指电压等级在IkV以上的大容量变频器按照国际惯例,供电电压小于10kV而大于等于1kV时称中压,大于等于10kV时称高压相应额定电压的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。

我国习惯1kV以上的电气设备均称为高压设备有的变频器生产企业将电压范围为1kV~3kV称为中压变频器,电压范围为6kV~10kV及以上的称为高压变频器。

4 使用高压变频器后对电网的谐波,功率因数等方面的影响

4.1 谐波

在电力系统中,理想条件下,希望电流和电压均为正弦波,当工作时,电流就会成非正弦波,非正弦电流在电网阻抗上产生电压降,从而造成负载侧的电压波形也变成为非正弦波,对于周期性的非正弦波。谐波的危险非常严重。一方面,谐波使电能的生产,传输和利用的效率降低,设备过热,绝缘老化,使用寿命降低,严重时还会使设备因谐波发生故障或烧毁,谐波设备中还会产生机械振动和声,严重时还会使设备电和机械产生谐振,别外谐波也可能引起电力系统的局部串联式或并联式谐振,引起保护系统误动作,谐波在电力系统线路中的传传输或者在设备工作中发射还会对电网中的设备或设备回通信号,设备使用产生严重干扰。

4.2 谐波对电力电子器件以及电力电子装置

本身也造成很大损伤,谐波回增加系统损耗,损耗的增加直接导致系统的发热量增加,相应要求系统的散热措施要加大,造成系统体积,成本增加,同时还会因为谐波造成装置的过电流、过电压等问题,从而影响系统的可靠性,因此对于网络供电质量,用户用电的各级电网中的谐波有着严格的限制。例如,按照GB/14549—1993的要求,6kV等级电网中总的电压谐波不允许超过协议容量的4%,其中本电网用电装置产生的电压谐波不允许超过2.4%。正弦电压加到线性无源元件,如电阻,电容和电感上时,其电流和电压为正弦波,但当正弦电压加到非线性电路(如各类电力电子装置)时,远不如电压源型变频器。

4.3 谐波仰制

高压变频器装置因其功率较大,在电力系统网中都属较大型用电设备,如果谐波与功率因数处理不当,就会成为网络中的一个大的干扰源。

解决方法:一是装谐波补偿装置来补偿谐波,这对各种谐波源都适合。另一种是对电力电子装置本身进行改造,使其不产生谐波,功率因数可控制为1,这只适用于主要谐波的电力电子装置。谐波滤波装置的传动方法是采用IC滤波器,即可补偿谐波,又可补偿无功功率,且结构简单,一直被广泛使用,但其存在诣多问题。

4.4 采用有源电力滤波器

其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等,而极性相反的补偿电流,从而使电流中只含有基波分量。

4.5 功率因数

电力系统网络元件及负载主要都是阻感性的,因此在电力传输过程中需要提供无功功率,无功功率对电网的影响主要有以下几点。

(1)增加设备容量,无功功率的增加,会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机,变压器及其电气化设备容量和导线载面积增加,同时,电力用户的起动及控制设备,测量仪表的规格和尺寸也加大。

(2)无功功率的增加,使总电流增加,使设备及线路损耗增加。

(3)使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,供电质量严重降压。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作,这是由其本身的性质所决定的,异步电动机和变压器都是典型的阻感负载源,所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很大比例。

5 变频器优点

变频器作为一种高效起动及调速方式,起动性能好,自动平滑加速,保护性能完善,且能实现故障,判断显示具备精度高,节能效果好等优点。

影响变频器的价格因素有以下几点。

(1)容量越大,成本越高,销价也越高。

(2)电压等级同容量的情况下,电压等级越高,成本越高。

(3)与变频器容量,电压等级不相关的系统分别为:柜体,控制系统。

(4)对变频器构成的影响主要有以下几方面。

①变压器(容量大变压器就大价格就高)。

②功率单元(与容量大小相关,电压等级高则用的功率单元就多,成本及价格就越高)。

③连接系统(与电压等级相关,主要是电缆长度,单元个数多,则所需电缆数就多)。

6 结语

高压变频篇8

【关键词】沈鼓高压风机;高压变频器;耗电;节能

一、概述

第一冶炼厂动力中心采用了两台6KV沈阳鼓风机厂整套高压风机(以下称沈股风机),两台风机互为备用。该风机是通过调节风机入口的导叶开度来改变风压、风量的大小。通过对现场的生产运行工艺、设备工况进行分析,这些设备存在着如下问题:

1、高压风机采用直接启动法,启动电流是电机额定电流的6~7倍,经常造成电机、电缆、开关损坏,机组被迫减负或停机;

2、电机全速运行受到考验,维护周期短。

3、通过风机入口的导叶开度来改变风压、风量,调整节流损失大、入口压力低、系统效率低,造成能源的浪费。

4、导叶和管道的磨损及经常停机检修不仅造成经济损失而且影响正常生产。

因此,解决上述问题,可以考虑采用变频调速控制技术,利用高压变频器对风机电动机进行变频调速控制,实现生产能力的变负荷调速。这样,不仅解决了入口导叶控制系统的效率低、设备工作特性差等难以克服的缺点,而且提高了系统运行的经济性指标;延长了设备的使用寿命,节约能源,为降低厂用电率提供了良好的途径。

二、高压变频的改造方案

(一)现场技术数据

电机 高压风机

型号 YKS4003-2 型号 GM35H-11

额定电压 6KV 进口流量 250m3/min

电机功率 560KW 进口压力 93.8KPa

额定电流 65.4A 出口压力 218.8KPa

功率因数 0.87 功率 560KW

效率 0.95 主轴转速 22093r/min

(二)实施预案

经过对原系统的分析,对原系统的风压控制由原来的导叶调节改为变频器调节,取消入口导叶,在高压风机至吹炼管线上安装流量计、压力变送器,把流量、风压信号送至动力中心,通过变频器完成对电机调速,最后达到调整管道压力,完成工艺生产调节环节。由于我厂为两台高压风机,一用一备,所以经过研究和讨论后采用一台变频器要在两台电机之间切换的方案,变频器设备接入动力中心侧高压开关和高压风机之间,变频器控制接入原有的DCS系统,由DCS系统来完成正常操作。

高压变频器型号:

型号 HIVERT-Y 06/77P

输出容量 800KVA

驱动额定功率 630KW

额定电压 6KV

输出电流 70A

额定频率 50Hz

输入功率因数 0.98

效率 0.98

三、改造后经济效益分析

我厂实际正常生产时风机满载运行19小时、每天空载运行约5小时。导叶开度在60%左右,电机电流55A。即使满载运行时风机的风压也只有额定值的50%左右,风量为额定值的60%~80%。如果生产不正常电机空转时间更长。

(一)直接效益

1、风机每天实际消耗电能=每天工作电能+每天空载电能

风机每天实际消耗电能=1.732×6kV×55A×0.87×19h+1.732×6kV×30A×0.87×5h

=9791.45kW.h+1356.16kW.h

=11147.60kW.h

2、不调节频率只考虑空载时停机

变频改造后节电率=1356.16kW.h÷11147.60kW.h =12%

每年节约电费=1356.16kW.h×320天×0.54元/kW.h=23.43万元

3、满载时调节频率,空载时停机

根据现场数据,运行的最大流量为11000m3/h,流量比为73%,翻阅手册查风机流量和功率关系图,可知变频时功率比为49%,用阀门调节时的功率比为62%,相差13%。

变频改造后节电率=(9791.45×13%+1356.16)÷11147.60

=2629.04÷11147.60

=24%

考虑到现场实际运行与理论计算值有差异,实际节电率略低。

实际节电率为:24%×0.8=19%。

每年度节约电费=2629.04kW.h×320天×0.54元/kW.h=45.43万元

注:每度电电费按照0.54元计算。

(二)间接效益

高压风机采用高压变频调速控制后,除实现节能降耗的经济效益外,其他方面的效益也是很明显的:

1)变频改造后,高压电机实现了软启动,解决了启动电流对电网和电机的冲击,同时使整套送风系统设备运行的安全性、可靠性提高。

2)电机通过变频器运行降低了维护费用。

3)不存在导叶和管道的磨损及经常停机检修所造成经济损失。

四、小结

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