关键词：
高压调速变频器（精选十篇）
高压调速变频器 篇1
中山横门电厂#1、#2机分别于1997年、1998年投产, 原设计出力 (燃油) 125 MW, 由于近年油价不断飙升, 导致生产成本大幅上升。于2005年进行了2台炉油改气工程, 并将控制系统改为DCS控制, 为了进一步适应厂网分开、竞价上网的电力体制, 节约能源、降低厂用电率成为该厂一项迫在眉睫的任务, 因此, 该厂决定首先在#2炉引风机上进行高压调速变频器改造。
1 改造前状况
#2炉风烟系统配置2台引风机, 分A、B两侧对称布置, 机组正常运行时2台引风机一起运行。
(1) 引风机风机参数:型号为Y4-73-11;额定流量为260000～484 000 m3/h;转速为730 r/min。
(2) 引风机电机参数:型号为YKK 560-8;额定功率为710 k W;额定电压为6 k V;cos准为0.848;额定电流为85.9 A;额定转速为733 r/min。
当机组正常运行时, A、B引风机将烟气引致烟囱入口, 保持炉膛内的负压。机组在加负荷、减负荷或运行工况变化的过程中, 需要调整引风机的入口挡板来满足机组运行的需求, 满负荷运行时风门开度在30%～35%。采用挡板调节风量虽然简单易行, 但它是以增加管网损耗, 耗费大量能源为代价的调节, 增加了厂用电率, 且其调节性也不能满足燃烧能力及稳定性运行的需要, 所以有必要进行调速变频器的改造。经过公开招标, 我们使用了东方日立 (成都) 电控设备有限公司生产的DHVECTOL-DI00900/6变频装置, 采用一对一控制方式。运行中, 引风机的风门全开, 利用变频装置调节电动机工作电压和频率, 进而改变转速的方法来控制风量。
2 改造方案介绍
2.1 变频器一次系统接线
每台引风机安装一台高-高变频器, 采用“一拖一”带手动工频旁路的结构方案。使用一拖一的配置方式, 分别在2台引风机的电源开关与电动机之间串联接入变频装置。变频装置包括变频器和旁路装置, 如图1所示, 由于在机组正常运行时需要2台引风机同时投入运行, 当某一台变频装置故障时, 对应的电动机可手动投入工频运行。主要设备有6 k V母线、原6 k V开关、输入隔离开关、移相变压器、变频器、输出隔离开关、旁路开关、原引风机。
2.2 系统结构介绍
DHVECTOL-DI系列无电网污染高压大功率变频器, 是采用多重化技术的直接“高-高”变换形式, 各功率单元由一个18个二次绕组的隔离变压器供电。采用高速微处理器实现控制, 以光导纤维隔离驱动。每相由6个功率单元构成多重化串联的拓扑结构, 每个单元输出固定的低压电平, 再由6个单元串联叠加为所需的高压。6 k V变频器电压叠加示意图如图2所示。每相由6个相同的功率单元串联而成, 相电压为3 464 V。6级6 k V变频器电路原理示意图如图3所示。
多重化串联结构, 使用低压器件实现了高压输出, 减低了对功率器件的耐压要求。它对电网谐波污染非常小, 输入电流谐波畸变率小于4%, 满足IEEE519—1992的谐波抑制标准;因输入功率因数高于0.96以上, 所以不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形接近正弦波, 不存在输出谐波引起的电动机发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt (滤波器) 、共模电压等问题, 对普通异步电动机不必加输出滤波器即可直接使用。
3 改造后的节能分析
2007年6月, 该厂完成了对#2锅炉2A、2B 2台引风机的变频改造, 改造后, 6月份某一时刻#2锅炉在110 MW负荷时引风机的风门开度和6 k V工频输入电流情况, 如表1所示。
由上表可看出, 变频改造后, 6 k V工频输入电流大幅降低, 节能效果明显。通过对某2日#1、#2炉引风机耗电量的比较, 计算出节能率和节电量, 如表2所示。
由于1台炉2台引风机每天节电约为:21762-6120=15642k Wh;按1台机实际运行小时数为11个月, 每个月30天计算, 每年可节电:11×30×15 642=5 161 860 k Wh≈516万k Wh;按上网电价0.53元/k Wh计算, 每年的经济收益可达:516万k Wh×0.53元/k Wh≈273万元。
4 变频器在运行、维护上应注意的问题
引风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体、给予气体能量的机械, 它是火电厂必不可少的机械设备, 利用变频器进行节能技术改造后, 不仅能提高经济效益, 而且能产生巨大的社会效益, 如果由于操作或维护不当, 造成变频器故障, 将会导致机组非计划停运或减负荷运行。因此, 在运行、维护上必须要注意下列问题, 以免由于人为失误造成不必要的经济损失。
(1) 变频器需要启动时, 风机挡板应处于关闭位置。并确认电机没有因为挡板或出口阀门不严和其他原因而反转, 否则容易引起变频器启动时过流停机;如果风机刚停机不久, 应确认风机马达已经完全停转, 否则容易引起变频器启动时单元过电压。
(2) 变频器的输入侧6 k V电源高压开关必须在变频器给出的“高压合闸允许”信号时, 才能合闸。每次分断6 k V高压开关后, 必须至少在160 s后才能再次合闸送电。
(3) 如发现变频器始终没有提供“高压合闸允许”信号, 请确认变频器控制电源是否合上, 柜门是否关好, 旁通柜隔离开关是否正确到位, 变频器本身是否处于故障状态, 以及和变频器相关的系统信号是否正确。
(4) 如需转换至工频旁路运行下, 要先停止变频器及电机, 将旁路柜内开关切换为工频方式后, 才能合上相应的高压开关。
(5) 变频室的通风、照明必须良好, 通风散热设备 (空调、通风扇等) 能够正常运转。南方地区夏季最高环境温度高达40℃, 根据研究表明, 变频器的故障率随温度升高而呈指数上升, 而使用寿命随温度升高呈指数下降, 环境温度升高10℃, 变频器使用寿命将减半。此外, 变频器运行情况是否良好, 与环境清洁程度也相关。夏季是变频器故障的多发期, 只有通过良好的维护保养工作, 才能够减少设备故障的产生。
(6) 变频器柜门上的过滤网通常每周应清扫一次, 如工作环境灰尘较多, 清扫间隔还应根据实际情况缩短。多雨季节, 应防止雨水顺风道出风口进入变频器内部, 造成变频器烧毁。
(7) 每隔半年应用吸尘器彻底清洁变频器柜内设备, 并再次紧固变频器内部电缆的各连接螺母。认真查看各个回路是否有异常放电痕迹, 是否有怪味、变色, 裂纹、破损等现象。
(8) 变频器长时间停机后恢复运行, 应测量变频器 (包括移相变压器、旁通柜主回路) 绝缘, 应当使用2 500 V兆欧表。测试绝缘合格后, 才能启动变频器。
(9) 每次维护变频器后, 要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等情况, 防止小金属物品造成变频器短路事故。特别是对电气回路进行较大改动后, 确保电气连接线的连接正确、可靠, 防止“反送电”事故的发生。
5 结语
通过对#2炉2台引风机进行变频改造, 达到了预期的节电效果。同时证明了对高耗能马达实行变频器改造, 是节能减排有效途径之一。然而, 在运行、维护中需要结合变频器的相关特点, 注意相关技术问题, 以使变频器在节能减排中实现最大的效果。
摘要：通过介绍高压调速变频器在中山横门电厂引风机上的改造使用, 证明了高压电机改用高压变频后, 能达到预期节能降耗作用, 并且能提高设备的安全性、可靠性。
关键词：高压调速变频器,引风机,节能,应用
参考文献
[1]吴忠智, 等编.变频器应用手册.第3版.机械工业出版社, 2007
高压变频调速装置在电厂的应用论文 篇2
摘要：根据山东十里泉电厂供水泵应用高压变频调速装置的实效，说明国产高压变频调速装置的技术已日趋成熟，大力推广应用它所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。
关键词：高压变频调速；水泵流量调节；节能
引言
山东十里泉电厂是一个具有5台125MW，2台300MW及一台140MW机组的中型电厂。
十里泉发电厂目前由30km外的水源地供水，水源地共装有5台水泵，均由560kW/6kV高压电动机拖动，多数情况下启动1～2台泵就可满足发电要求，采用手动节流调节方法控制水流量。如果节流阀开度不大、并且水流量足够，则停一台水泵；如果节流阀全开仍不满足水流量要求，则再开启一台水泵，由于管道长达30km，且节流阀始终处于调节状态，如选择一台水泵进行变频调速改造，节流阀全开，实现恒水压控制，不但具有良好的节能效果，泵站的`控制特性也大为改善。
1 高压变频调速装置选型依据
对于6kV等级，目前主要有3种方式的高压变频装置：单元串联多电平型、三电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容易实现冗余运行，在单元故障时能进行旁路而不影响电动机连续运行，并且具有谐波小、dv／dt低、技术成熟等显著优点，因此，决定采用这种方式的高压变频器。
在对国内外各厂家的单元串联多电平高压变频装置，进行性能价格比较和运行可靠性评估后，选用了上海发电设备成套设计研究所和上海科达机电控制有限公司生产的MAXF700－6000/750型高压变频调速装置，该类型产品具有如下6个特点：
1）功率单元冗余运行、故障时自动快速旁路，确保电机正常运行；
2）可在线更换功率单元，不须停机；
3）采用无极性电力电容代替电解电容，提高了装置寿命和整体可靠性，内不须更换电容；
4）采用特制散热器，使功率单元温升低，装置体积减小（宽3800，深1200，高2200）；
5）输出dv/dt低（在500V以下），电动机绝缘不受损害；
6）电网自动重合闸后继续运行。
2变频运行的其它优点
该泵站经高压变频改造后，除了节能外，水流量控制特性以及电动机和泵的运行特性明显改善，主要有以下6项优点。
1）实现恒母管水压控制操作人员只须改变母管压力设定值，不再调整节流阀，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。
2）管道压力降低原来节流调节时，流量变小时，管道压力反而升高，容易爆管，不利于管道安全运行，而采用变频调节后，流量变小时，管道压力亦变低。
3）电动机软启动避免水泵频繁启停经测量，变频运行时起动电流<5a，而工频直接起动电流>300A，因此，变频运行完全消除了因直接启动造成的对电动机和电网的冲击，降低了电动机故障率（电厂电动机因直接启动造成故障已屡见不鲜）。
4）功率因素提高从电网侧看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0.95，因此，即使同样是满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这也有利于节能和设备安全运行。
5）电机和泵运行寿命延长设备转速降低后，运行噪声降低，磨损减少，设备寿命延长。
6）控制响应速度增快改变水压设定值后，装置迅速改变运行转速，使母管水压迅速跟踪设定值。
3 现场实际操作
交流会上来自山东黄台，德州，石横，白杨河，里彦，聊城，凯赛，皱县，莱城，临沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青岛等17个电厂及上海宝钢电厂等50余名代表，在现场进行了实地操作，并重点观察了以下4项试验。
>1）单元切换和自动平衡试验在额定负荷时，切换1～15中任意功率单元，电动机始终保持连续运行，且单元投切后三相电压电流保持平衡。
2）自动手动切换试验在自动恒水压控制和手动恒频率控制之间切换，装置运行频率和水压波动不超过规定值。
3）自动运行时阶跃响应试验由于变频泵在运行时，要承受工频泵的开停冲击，这相当于约20％的阶跃信号，因此，试验时，在自动运行状态下对设定值施加20％阶跃变化，超调量和振荡次数不超过规定值。
4）变频泵运行时，工频泵投切试验系统自动运行时，当升高设定值到装置给出“压力过低”报警信号时，投入一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到设定值，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。当降低设定值到装置给出“压力过高”报警信号时，切除一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到位，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。
4 节能效果
高压变频调速装置投入运行后，节流阀全开，采用远方自动恒水压控制方式，平时操作值班人员只须改变压力设定值（在操作室用按钮进行升降设定），多数情况下，变频器运行在40Hz左右，功率270kW左右，高压输入电流不到30A，而50Hz定速运行时功率约530kW，高压输入电流60A左右。
运行平均负荷按0．95×560kW计算，每年运行300天，即7200h，节电1340MWh。按上网电价计算，两年不到便可收回投资，如按电的售价算，因为该装置投资不到73万元，则一年就可以收回全部投资。
5 结语
高压调速变频器 篇3
关键词：矿井通风机；变频器；变频调速
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0084-02
1 概述
我公司使用两台通风机是沈阳通鼓风机厂生产的型号为K4-73-01№32F的离心式主通风机，各配有一台Y630-12G型电动机，额定电压6kV，功率1200kW，额定电流150A，转速580r/min，一台工作，一台备用，该风机的额定流量为20000m3/min。负压2300Pa，所需流量为
15516m3/min。
2 主扇风机采用高压变频调速可行性分析
范各庄风机主要技术参数表如表1所示：
表1
设备名称离心式风机生产
厂家沈阳通鼓风机厂
通风机
铭牌参数型号K4-73-01№32F
额定流量（m3/min）20000
工作压力（kPa）2.4
转速（r/min）580
叶轮直径（m）3.2
轴功率（kW）1200
额定效率（%）85
电动机
铭牌参数型号Y630-12G-2/Y630-12G-1
额定功率（kW）1200
定子电压（V）6000
定子电流（A）150
转速（r/min）496
功率因数0.81
如图1所示，是通过调节风机的转速来改变风机特性的曲线，从图中可以看到：当风机转速调至n1时，风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于点M1，风机的风量、风压分别为Q1、H1；相应的当风机转速调至n2时，风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于点M2，风机的风量、风压分别为Q2、H2。n1>n2，根据特性曲线可以看出，当转速降低，流量降低，同时风机压力也随之降低，风机内部压力也随之下降。这样就可以使用高压变频器，通过改变频率来改变风机的转速，这种方法不必改造风机本身，只需由外部调节风机转速，风机档板能够保持全开的位置不变，同时能够实现无级线性调节风量，适用于需要风机连续运行、连调节的场合。
图1 调节风机转速改变风机的特性曲线
3 高压变频改造技术方案
高压变频器工作原理：三相6kV高压交流电通过高压开关柜送至干式隔离移相变压器，供给每相5个共计15个单相IGBT逆变器功率单元，采用Y形连接，每相上的5个功率单元输出的SPWM波相叠加后，将形成线电压为6kV的高质量的正选波输出，供给电动机。通过控制此输出正弦波的电压幅值和频率，来控制电动机的转速。
图2 曲型系统连接电路
系统连接电路：如图2所示是高压变频系统的典型的电路连接示意图，通过此图可以看出高压变频系统的整个工作过程：通过高压隔离开关K1变压器的原边能够连接到母线电网上，而母线电压经过多组副边绕组降压移项后，输入到高压变频器，高压电动机的工作就是有高压变频器的输出直接驱动的。
高压变频器主电路：图3所示就是高压变频器的主电路。图4和图5分别为实测的高压变频器输入电压波形和电流波形。
图3 变压变频器主电路
图4 高压变频器输和电压波形
图5 高压变频器输入电流波形
电压叠加原理：将多个功率单元的输出电压相互叠加就形成了高压变频器的输出电压。例如由5级功率单元叠加形成的6kV高压变频器的电压叠加原理如图6所示：
图6 高压变频器电压叠加原理
当电网电压为6kV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于1.732×3450V≈6000V，达到电网电压的水平。
图6所示，是多个功率单元串联后所得到的阶梯正弦PWM波形。
图7所示，是实测得到的高压变频器输出电压波形和电流波形。
正弦PWM波形因为正弦度好、du/dt值小。
图7 功率单无输出波形及输出相电压波形
高压变频器的系统组成：高压变频调速系统的组成包括功率柜和变压器柜、旁路柜。
4 风机应用高压变频器后取得的效果
（1）变频器控制电源可以实现双路同时供电，保证控制电安全可靠。（2）变频器除具有远程控制外还可以实现本机控制，即可通过变频器本机控制操作面板选择“本机/远程”控制。（3）变频器具有过流、短路、接地、过压、超温、通信故障、控制电源故障等保护功能。（4）高压变频器自身功率因数高，无需额外的无功补偿装置。（5）变频器与现有风机控制系统配套使用。（6）能够实现现场、矿调度室远程监控变频器与风机的运行状况。（7）根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式可计算出年节约电能消耗：
P=[0.45+0.55（Q/Qn）]
Pe=[0.45+0.55×257/333]×1200=1079kW
式中：
Q——风机实际风量
Qn——风机额定风量
Pe——电机额定功率
节电率由公式k=1-（Q/Qn）3/[0.45+0.55（Q/Qn）2]=1-0.773/[0.45+0.55（0.772）]=0.41
年节电：1079×0.41×24×330=350.3728万度，每度按0.5元/度计算，年可节电：350.3728×0.5=174.1864万元。
5 结语
采用高压变频调速装置，风机得到高效运转，减少了风机负荷，节电效果显著，年节电350万kWh。采用变频调节后，系统实现软启动，减少了对电网的冲击，减轻了起动对风机叶片、电机的机械损伤；大幅度降低风机噪音和振动，减少了噪声对环境的污染，具有一定推广应用价值。
参考文献
[1] 朱荣花，于励鹏.矿井通风机与通风系统的经济运行分析[J].煤矿安全，2009，（8）.
[2] 荣信.RHVC系列高压变频器用户手册.
[3] 李峰，李永强，王伟.浅析矿井通风机采用变频的节能效果[J].才智，2008，（14）.
高压水泵机组变频调速的设计应用 篇4
关键词：变频调速,高压水泵,节能降耗
0 引言
在工业生产制造领域中, 风机、水泵类设备应用广泛, 其电能消耗以及阀门、挡板等相关设备的节流损失大概占到生产成本的7%~25%, 是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入, 市场竞争的不断加剧;节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。
传统风机水泵的风量和水量调节是靠调节风门和阀门开度的大小, 这样, 不管生产中需要多大的风量水量, 风机水泵都要全速运转, 而风门、阀门的节流损失也要消耗掉一部分能量, 所以传统的调节方式不仅会造成大量的能源浪费和设备损耗, 而且设备的控制精度也受到限制。从而导致生产成本增加, 设备使用寿命缩短。同时, 大功率的风机水泵直接启动也会造成对电网的冲击, 危害电网安全。
要想控制风机水泵的能耗, 目前最有效的措施就是采用变频调速的方式。变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果, 提高系统的安全可靠性和设备利用率, 延长设备使用寿命等优点成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。早期, 高压变频器由于技术上的困难, 国内生产厂家很少, 基本上都是国外的产品, 因而价格昂贵。近年来, 随着电力电子技术的发展, 变频调速技术越来越成熟, 国产高压变频器的品牌也越来越多, 其价格逐步下降, 性价比大幅提高, 因此推广变频调速在风机、水泵类设备上的应用, 对于节能降耗具有重要意义。
1 工程概况
攀枝花青杠坪矿业有限公司是德胜集团下属的子公司, 公司成立于2007年12月。2007年6月公司仰天窝铁矿采选工程正式开工, 该工程设计生产能力为270万吨原矿采掘, 60万吨钒钛铁精粉选矿能力。由于采矿场和选矿厂位于海拔高度1 585m~1 960m的地方, 生产用水极度缺乏, 为保障生产用水, 公司决定为铁矿采选工程配套建设一个独立的供水系统, 我院承接了该供水系统的设计任务。
考虑到外供水工程输水量大、输水管路长及输水扬程高的特点, 工艺设计决定采用三级泵站阶梯供水的方式, 把从安宁河、青年河里抽上来的水通过输水管道送到选矿厂附近的高位水池, 以供生产所需用水。
三级泵站 (安宁河取水泵站、青年河加压泵站、尾矿库加压泵站) 中, 安宁河取水泵站水泵电机采用680kW/10kV三相异步电动机, 而青年河加压泵站和尾矿库加压泵站水泵电机均采用680kW/6kV三相异步电动机。如果水量调节仍然采用传统的阀门调节, 就会耗费大量的电能。既不符合国家积极倡导的推广新技术, 节能降耗的政策, 也不符合企业节约资源, 降低成本, 提高经济效益的要求。故经过比较分析, 决定采用高压变频器控制水泵电机来调节生产用水量。
2 变频调速的节能原理
根据流体力学的基本定律可知, 泵类设备属平方转矩负载, 其转速n与流量Q、压力H以及轴功率P具有如下关系:
Q1/Q2=n1/n2;H1/H2= (n1/n2) 2;P1/P2= (n1/n2) 3
由以上公式可知, 如果转速由50Hz降到40Hz, 即:n2/n1=0.8, 则:P2/P1=0.512, 可见稍微降低转速就可大幅降低轴功率, 取得比较明显的节能效果。
泵类设备采用变频调速控制转速的实质就是通过改变所输送液体的能量来改变流量。泵类设备的流量-压力关系曲线如下图:
如果只是转速变化, 而阀门的开度不变, 则管阻特性曲线R也就维持不变。假设出口压力为Ha、Hb、Hc时均能满足工艺要求。在额定转速时, 流量为Qa, 出口压力为Ha, 压力特性曲线H与管阻特性曲线R相交于A点, 电机工作在A点。
当需要将流量调节为Qb时:
1) 采用阀门调节流量, 管阻发生变化, 设流量为Qb, 出口压力为Hb, 管阻特性曲线变为R’与压力特性曲线H相交于B点, 电机工作在B点;2) 采用转速调节流量, 压力发生变化, 设流量为Qc, 出口压力为Hc, 管阻特性曲线变为R与压力特性曲线H’相交于C点, 电机工作在C点。
流量-压力关系曲线图中是假设Qb=Qc, 那么可以看出, 转速调节方式与阀门调节方式相比出口压力降低了。由此得知在满足同样流量的情况下图中阴影部分即为调速方式比调阀门方式节省的能量。这就是变频调速的节能原理。
3 系统设计方案
根据当地的水文资料, 考虑到在雨季的时候高位水池的水量可以通过雨水和山顶的地下水进行一部分补充的因素, 设计院与青杠坪矿业有限公司经过工艺上的认真分析讨论, 确认了泵站的运行模式为:泵站在旱季时满负荷工作, 向高位水池提供100%流量, 预计占用年运行时间的67%;泵站在雨季时轻负荷工作, 向高位水池提供56%流量, 预计占用年运行时间的33%。每个泵站配备2台水泵, 平时一用一备。
根据泵站的这种运行方式, 在电气设计上决定采用“一拖二方案”, 即一台变频器控制两台水泵电机。正常时变频器控制一台水泵运行, 另一台水泵备用。当变频器发生故障时, 可以通过工频/变频自动切换功能保证运行水泵能够自动切换到工频电网上, 满足现场不停机的要求。当运行水泵发生故障时, 可以通过变频器或直接工频启动备用水泵。系统设计方案如下图所示 (三个泵站方案是一样的) :
水泵调速系统设计方案图
图中, DL为进线高压开关柜, K1、K3为两台水泵电机工频开关, K2为变频器电源开关, K4、K5为两台水泵电机变频输出开关。K1~K5采用真空开关, 能够满足两台水泵远方调度的需要。K1和K4电气互锁, K3和K5电气互锁, K4和K5电气互锁。
4 节能计算
由于三个泵站设备负荷和控制方式是一样的, 本节中仅以安宁河取水泵站的节能计算结果为例来说明变频调速的节能效果。
1) 计算条件参数
电动机效率=98%、变频器效率=96%、水泵额定轴功率=575kW、设曲线特性为H=1.4-0.4Q2、年运行时间为7200小时。水泵的运行模式为:旱季流量100% (500m3) , 占年运行时间的67%;雨季流量56% (280 m3) , 占年运行时间的33%。
2) 采用变阀调节控制流量时的用电量
假设P100为100%水量时的功耗, P56为56%水量时的功耗。
则P100=575/0.98=587kW,
P56=575×0.56× (1.4-0.4×0.562) /0.98=419kW
假设电费以0.6元/kW·h计算, 年耗电成本为:
7200×0.6× (587×0.67+419×0.33) =230 (万元) 。
3) 采用变频调节控制流量时的用电量
假设P100为100%水量时的功耗, P56为56%水量时的功耗。
则P100=575/0.98=587kW,
P56=575×0.563/0.98/0.96=107kW
假设电费以0.6元/kW·h计算, 年耗电成本为:
7200×0.6× (587×0.67+107×0.33) =185 (万元) ;
1年可节省电费为:230-185=45 (万元) ;
节电率为:45×100%/230=19.56%。
5 结论
以上的计算结果仅为理论上的计算结果, 在设备实际运行过程当中可能还有很多其它的因素会对节能效果产生影响, 但是, 用变频器控制风机、泵类设备取得明显的节电效果却是不争的事实。变频调速技术是一种理想的节能降耗方式, 在全球能源紧缺的今天, 也成为了国家重点推广的一项节能技术。它既提高了设备效率, 又满足了生产工艺要求, 而且还减少了设备维护、维修费用, 降低停产周期。不论是直接的经济效益还是间接的社会效益都十分明显。
参考文献
[1]魏新利, 付卫东, 张军.泵与风机节能技术[M].化学工业出版社.
[2]杨兴瑶.电动机调速的原理及系统[M].2版中国电力出版社.
高压调速变频器 篇5
通德变频恒压供水设备
通德变频调速恒压供水设备是把变频技术,微机技术与电机控制技术相结合的新型的供水设备,这种变频调速恒压供水设备是取代高位水箱,水塔的理想产品,是对气压供水设备的发展和补充,变频调速恒压供水设备由可编程控制器,变频调速器,控制电路以及电机泵组成闭环供水控制系统,完全可以满足供水系统管网中的压力保持恒定,使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态,变频调速恒压供水设备有生活专用供水,生活消防两用供水和变频定压补水等系统.通德变频调速恒压供水设备适用范围;
变频调速恒压供水设备可用于生活供水,工业用水,特别要求恒压的生产用水,高层建筑,生活小区,军事设施的消防用水,旧有给水系统的改造,变频定压补水系统.变频调速恒压供水设备主要特点;
变频调速恒压供水设备采用微机控制,全自动运行,管理简单,使用方便,结构紧凑,占地面积小,投资省,安装方便，便于集中管理,功能齐全,通过面板操作实现用户所需的各种功能,变频调速恒压供水设备可以按所需压力,根据用水量的变化来调节电机泵的转速,使设备恒压供水,达到高效节能的目的,对多台电机泵均能可靠地实现软启动,大大延长了设备的使用寿命,根据流量的变化自动完成对多台水泵进行循环软启动运行和停止的全部过程,变频供水设备保护功能完备,工作泵与备用泵具有周期性运转,自动巡检和手动巡检功能.变频调速恒压供水设备控制器采用最新微电脑设计处理器设计制造配备液晶中文显示,参数显示设定一目了然,故障时可弹出服务电话,多达75个功能参数项,9种应用宏选择，能满足五台以下的所有运行程序,其主要特点有外部接线简单用户只需通过菜单设置,即可使控制器适用于不同的供水控制系统,无需改变复杂的外部接线.变频调速恒压供水设备优点;
高压调速变频器 篇6
【关键词】PLC 触摸频 变频器 I/O接线图 梯形图
1 工作原理
当按下正转按钮SB1时，PLC输入继电器I0.0得电，其常开触点闭合，输出继电器Q0.0得电，一方面使变频器的断口5为“ON”，允许电动机正转；另一方面Q0.0的常开触点闭合，赋值指令MOVE将在输入端IN的特定地址PIW256中的内容复制到输出端OUT上的特定地址PQW256中。即将PIW256地址中模拟输入端口2、3可调的电压信号复制到由PQW256地址所对应的模拟输出端口14、15中，再输入到变频器的模拟输入端口3、4中，从而通过电位器RP1，可以平滑无极地调节电动机的正转速度的大小。
当按下反转按钮SB2时，PLC输入继电器I0.1得电，其常开触点闭合，输出继电器Q0.1得电，一方面使变频器的断口6为“ON”，允许电动机反转；另一方面Q0.1的常开触点闭合，赋值指令MOVE将在输入端IN的特定地址PIW256中的内容复制到输出端OUT上的特定地址PQW256中。即将PIW256地址中模拟输入端口2、3可调的电压信号复制到由PQW256地址所对应的模拟输出端口14、15中，再输入到变频器的模拟输入端口3、4中，从而通过电位器RP1，可以平滑无极地调节电动机反转速度的大小。
电动机的停车可以用两种方法实现：一种方法是调节电位器RP1，使其可调输出电压为0，电动机正向或反向停车；另一方面是按下停止按钮SB3，PLC的输入继电器I0.2得电，其常闭触点断开，使输出继电器Q0.0或Q0.1失电，变频器的输入端口5、6均为“OFF”，电动机停止运行。
2 I/O接线图（图1）
3 梯形图（图2）
5 变频器参数设置（表1）
结语
上述程序都经过了实验调试性能可靠、操作简单，可以用于实际的控制系统。由于作者水平有限，设计的方法可能不是很好，望广大PLC爱好者批评指正，也希望和你们诚交朋友，共同进步。
参考文献
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[2]宋伯生.PLC编程理论·算法及技巧[M].机械工业出版社，2006.
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[3]漆汉宏.PLC电气控制技术[M].机械工业出版社，2006.12.
发电厂高压变频调速技术应用 篇7
1高压变频调速系统的组成
功率单元结构。每个功率单元结构上完全一致, 可以互换, 其电路结构见图1, 为基本的交一直交单相逆变电路, 整流侧为二极管三相全桥, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制, 可得如图2所示的波形。
2变频器的几种工作状态
2.1待机状态。变频器无重故障, 则发允许合高压的信号, 6k V高压开关台上后, 旁路柜高压带电显示器灯亮。系统发出“系统待机信号” (准备就绪) , 可起动变频器, 变频器起动后准备就绪信号消失。
2.2运行状态。变频器已起动并运行, 界面显示正在运行。
2.3停机状态。变频器处于非运行状态为系统停机状态。
2.4本控/远控状态。变频器控制柜柜门上的选择开关处于本控位置, 仅能在变频器本机处操作, 即本控状态。变频器控制柜柜门上的选择开关处于远控位置远控状态。
2.5变频/工颊旁路状态。变频/工频旁路接线图见图3, QF采用带综合继电保护装置的高压断路器。KM1、KM2、KM3都采用高压真空接触嚣, 可以实现电机自动旁路或软起动功能, 其中KM3与进、出线KM1、KM2之间设计闭锁, 确保不会出现变频回路与工频回路同时闭合。在KM1与Qsl、osz隔离开关之间设计闭锁, 确保KM1在分闸状态, 才能分合Qsl、QS2隔离开关。
2.6故障状态
泵统存在重故障, 界面显示系统故障及重故障名称, 这种状态下高压无法合闸, 必须等重故障消除后, 按复位按钮进行复位后才能合闸。引风机变频运行中重故障跳闸逻辑:重故障时先跳6k V开关QF, 停变频器, 并延时跳KM1、KM2, 并发报警信号。变频器柜门上急停按钮跳闸逻辑:按下急停按钮, 则跳6k V开关QF及KM1、KM2, 变频器停止运行。一次风机变频运行中重故障跳闸逻辑:重故障时, 跳KIVI1、KM2, 变频器停止运行, 并延时2s台KM3, 自动切为工频运行方式, 如果7s内KM3未合上, 则发报警信号。
2.7开环/闭环运行状态
开环运行:功能菜单的运行方式选择项设置为开环, 计算机给定为频率给定, 变频器保持运行频率与给定频率一致。闭环运行:功能菜单的运行方式选择项设置为闭环, 计算机给定为压力给定, 变颇器将通过改变运行频率, 保持管网实际压力与给定压力的一致。
3变频器起停操作
3.1用本机界面起动变颧器。 (1) 将控制柜柜门上的选择开关拨到“本控”位置, 进人参数界面, 选为本桃给定。 (2) 确认系统已处于待机状态。 (3) 确认风机出口挡板在全关位置, 电机在静止状态。 (4) 在开环状态下设定频率。 (5) 按下操作面板的起动按钮。 (6) DCS画面上观察风机运行频率及电压、电流是否正常。 (7) 待风机运行频率达到设定值后, 打开风机出口挡板到全开位置。
3.2用DCS起动变频器。 (1) 将控制柜柜门上的选择开关拨到“远控”位置。进人参数界面, 选为模拟给定。 (2) 确认系统已处于待机状态。 (3) 确认风机出口挡板在全关位置, 电机在静止状态。 (4) 在开环杖态下设定频率。 (5) 点击DCS界面的起动按钮。 (6) DCS画面上观察风机运行频率及电压、电流是否正常。 (7) 待风机运行频率达到设定值后, 打开风机出口挡板到全开位置。
3.3用本机界面停变颊器。 (1) 确认选择开关已拨到“本控”位置。 (2) 确认变频器在运行状态。 (3) 关闭相应风机的出 (入) 口挡板。 (4) 按下操作面板的停机按钮。 (5) 观察风机运行频率及输出电压等是否降到。
3.4用DCS停变频器。 (1) 确认选择开关已拨到远控位置。 (2) 确认变频器在运行状态。 (3) 关闭相应风机的出 (入) 口挡板。 (4) 点击DCS界面的停机按钮。 (5) 观察风机运行频率及输出电压等是否降到0。
4变频器日常维护
4.1运行人员每班巡视一次, 保持室内温度在0-30℃, 必要时联系电控高压班清理柜门防尘垫的灰尘, 保证冷却风路的通畅。
4.2监视变压器的温度, 正常温度应在90℃以下, 三相温差不大于10-20℃, 变压器运行温度达到130℃应报警, 达到140℃应跳闸。
4.3控制柜工控机人机界面应无报警, 输入输出电流、电压、给定频率等各种参数显示正常。
4.4对变频器进行检修时, 一定要保证高压电已断开, 并为防止误合闸采取安全保护措施。
参考文献
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高压锅炉引风机的变频调速改造小结 篇8
1 JZHICON-1A高压变频器工作原理及特点
变频器为串联多重叠加多电平拓扑结构的高压变频器,包括输入切分变压器、功率单元柜和控制单元柜。变压器柜内装一台输入变压器,干式;功率柜内装有18个功率单元,分属三组,即每组6个功率单元串联输出50～60 Hz、线电压6 kV的三相交流电,以驱动交流电动机;控制柜内装有一台主控器,整个系统的控制都由它完成。每台单相逆变器为典型的单相三电平桥式逆变器,它由输入变压器的一个副边绕组供电,经整流、滤波后的直流电供给单相桥式逆变线路,采用专门的PWM控制技术将直流电逆变为0～50 Hz、0～55 V的可调频调压的单相交流电。变频器每组由6台单相逆变器串联可得到0～3 462 V交流电。三个相组成三相输出,线电压为6 kV。在多重叠加时每台逆变器中 PWM 的三角波有均匀的相位移,因而叠加时有用的基波直接叠加,而高次谐波互相抵消,大大减少了输出电压中的谐波含量,输出波形十分接近理想的正弦波。来自主控制器的控制信号和送往主控制器的应答信号都经过光缆传送,既有高的电隔离能力,又有高的抗电磁干扰性能。图1为 JZHICON-1A变频器功率单元接线图。功率单元是一种单相桥式变换器,由输入切分变压器的副边绕组供电,经整流、滤波由4个IGBT以PWM方式进行控制,输出可变频、变压的交流电。功率单元采用模块化结构,同一型号变频器中的所有功率单元电路拓扑结构相同,同一变频器内的所有功率单元可以互换,为日后维修带来了快捷和便利。当某一功率单元发生故障不能按要求输出交流电时,主控制器发出IGBT封锁信号,将桥式逆变器封锁,同时发出旁通信号,将输出整流桥间的旁通晶闸管导通,构成旁通支路,使输出电流无阻碍的流过该功率单元,此时,变频器可以重新调整其他功率单元的输出电压,使系统在略低的输出电压下继续工作。由于采用功率单元串联结构,所以可以采用功率单元旁路选件,当功率单元故障时,控制系统可以将故障单元自动旁路,变频器仍可降额继续运行,大大提高了系统的可靠性。
2 改造方案
设备参数:电机型号 YKK500-4-4,额定功率 1 120 kW,额定电压 6 kV,额定电流 130.3 A,额定频率 50 Hz,功率因数 0.87。
变频器型号 JZHICON-1A-6/135,额定功率 1 350 kW,额定电压 6 kV,额定电流 135 A,额定频率 50～60 Hz,功率因数 0.96;变频器效率额定输出时大于97%,达额定输出的20%～88%时大于95%;谐波总含量小于4%,功率因数大于0.96,频率分辨率0.01 Hz。高压变频器的主回路接线如图2。
3 运行情况及节能效果
引风机采用变频调速后,运行方式为风门挡板全开,通过变频来调节电动机转速,达到调整风量的目的。变频器控制接入DCS系统,可由DCS系统和控制柜来完成正常操作,变频器正常运行频率在40 Hz左右。
注:① QS1和QS2、QS3分别为电机工频、变频运行选择隔离开关,刀闸之间可靠机械互锁,防止误操作,同一时刻只允许QS1或QS2和QS3闭合工作;② QS1～QS3都不是负荷开关,禁止带负荷操作,只有在变频器主回路开路状态、高压断路器QF断开状态下,才允许操作隔离刀闸QS1～QS3,选择电机控制方式。
改造前,电动机电流约80 A,平均功耗为980 kW;改造后,电流50 A,平均功耗为610 kW,功耗下降达370 kW,按照年运行330 d计算,年节电量为370×24×330 kW·h=2 930 400 kW·h;按每kW·h电0.4元计,则年节能效益为2 930 400×0.4=117.22万元,节电率为370/980=37.75%。
系统自2007年3月投入运行以来,运行稳定,节能效果明显。夏天到来时,发现变压器温度达到90 ℃以上,功率元件柜过热报警,安装大功率空调后,报警得以消除。2007年8月份,由于控制柜UPS电源故障,变频器退出运行状态,QS2、QS3断开,将 QS1合上,风机处于工频运行状态。
JZHICON-1A-6/135型高压变频器在我公司使用期间,节能效果也是比较明显的,但根据我们使用的经验来看,产品的可靠运行和及时的售后服务也是节能的关键因素。2007年8月初,变频器在使用过程中,UPS发生故障,蓄电池放亏电后,锅炉引风机停机,造成130 t/h锅炉停炉,给公司的生产造成了一定的损失。而高压变频调速系统处于旁路运行状态。作为一个高压变频调速系统来说,它包括变压器、功率元件、电子元件、控制系统、电源元件、联接器件、低压控制元件等各个组成部分,任何一部分出问题都将导致整个系统的瘫痪。
4 高压变频调速改造注意事项
从高压电机变频器的选型和改造方案看,有以下几种选择。
(1)高-高型
用高压变频器直接驱动电动机实现变频调速,整体效率高,技术先进,但功率开关器件耐压低,需要串联的功率器件个数较多时,逆变器损耗增大,系统可靠性降低。
(2)多电平型
多电平功率变换是目前较理想的高压变频类型,功率器件的开关频率大大降低,其优点是可使用常规低压功率器件实现高压变频调速技术,并从根本上解决谐波及EMI问题。
(3)转子变频调速技术
把低压变频器用在转子回路中,达到调速的目的,投资较省,但需要更换电机。
可靠性方面的考虑。要选用高品质的变频器,既要节能,还要求工作的可靠性较高。
随着新器件的问世、器件耐压水平的提高,高压变频器从GTO发展到目前应用HVIGBT以及IGCT、IECT等器件。变频调速技术迅速向小型轻量化、大功率化、高效率化、高性能化、高可靠性方向发展,此外还拥有强大的通信能力和与互联网的融合能力,给了我们较大的选择空间。变频调速装置在我公司,乃至整个电力、石化行业,都将具有更为广阔的应用前景。
摘要：介绍了高压变频器在锅炉引风机中的应用案例,对改造后的节能效果作了总结,对运行中发现的问题作了分析,提出了在电力、石化工业生产中优先对高压大功率电机采用变频调速技术进行改造的优选方案,并对高压变频器系统在节能改造中的应用前景作了展望。
关键词：高压变频器,调速,节能,改造
参考文献
高压调速变频器 篇9
1 高压变频器节电系统特点及优势
高压变频器节电系统是集高电压技术、自动控制、光电通信、微电子技术以及大功率电力电子技术等高新技术于一体的产品, 它通过变频器实现过程, 能够控制正弦脉宽调制, 输出端使用单元的移相串联, 并且内置变压器隔离设备, 能够直接拖动10KV高压电动机。高压变频器节电系统应用领域宽广, 能适应各种场合。由于采用了变压器隔离设备, 对电网输出的谐波非常小, 不需要常规的滤波装置, 功率因数等各项技术指标也都符合各行业的最高标准, 各种类型的电动机都能适配。
高压变频器节电系统的特点和优势:
(1) 采用正弦脉波调制技术 (PWM) 、电源交流-直流-交流的转换移相串联直接输出高压技术、抑制谐波隔离变压器技术、输入端变压器移相等多种技术。输出端功率单元使用3~9个串联叠波, 电压波形近似正弦波, 输入端功率因数高、电流谐波低, 可适配各种类型的电动机。
(2) 高压变频器节电系统能够实现电动机软启动, 当负载突然变化或电动机启动时, 能有效地控制启动电流, 避免过流保护动作。
(3) 高压变频器节电系统工作电压范围为UN-2 0%~+15, 10 KV电压系列可在8 KV~11 KV条件下稳定运行。
(4) 高压变频器节电系统具备自动跟踪电机转速功能, 当电网电压波动或电压瞬间为零时, 电机的转速也会波动或急剧下降。在电网电压正常后, 高压变频器节电系统能够自动调整输出频率以适应电机的即时转速。这时电机可以以即时速度平滑地加速起动, 很快就能恢复到正常运行状态, 避免发生停车事故, 保证了工艺生产的连续性, 有效地提高了工作效率。
2 风机节电性能分析
目前风机风量 (流量) 的调节方式多采用古老的阀门挡板, 虽然简单易行, 但是这种方式对风机管道的损耗非常大, 对大功率的风机管道而言损耗更大, 相应的电能损耗也会更大。采用高压变频器节电系统控制风机的风量能够有效避免上述损耗。风量根据转速的一次方下降, 风机的轴功率按转速的三次方下降, 这样调节电动机的转速能轻而易举实现风量 (流量) 的调节。目前调节电动机转速性能最佳的方式是交流变频器调速技术。
2.1 实例分析
某大型化工企业的锅炉引风机3台10k V/315k W, 鼓风机3台10k V/250k W电机, 对其运行情况进行分析。
2.1.1 运行工况介绍
锅炉引风机风机型号为Y4-73-12Na20, 轴功率为252k W, 风量为165713m3/h, 风压为3598Pa, 转速为960r/min, 烟尘温度为150℃以上, 炉膛负压为-10~-30Pa。风门开度50%时占运行时间的80%, 电流为14A, 此时引风机进口压力为负1400Pa, 风门开度80%时占运行时间的20%, 电流为18A。电机直接启动。
锅炉鼓风机风机型号为G4-73Na D, 轴功率205k W。风门开度60%时占运行时间的90%, 电流为10A, 此时风压3000Pa, 风门开度65%时占运行时间的10%, 电流为11A。电机直接启动, 进风温度不低于30℃。
2.1.2 运行工况分析
锅炉的引风机、鼓风机在运行时, 入口的阀门挡板不是全开的, 由于它采用阀门的挡板开关来调节风量, 所以能量大部分都消耗在阀门的挡板上, 而且阀门挡板开度越小耗能越多。经过现场调查研究, 根据阀门挡板的开度和电动机电流可以得出以下结论, 正常工况下, 使用阀门挡板调节风量的风机, (下转第192页) 其消耗掉的功率与风机的风量、挡板开关的程度成正比。
分析风机实际运行情况, 可以得出:
(1) 风机运行时的实际风量只是风机额定风量的一部分, 风机运行时, 风量如果远小于额定风量, 风机的效率就会很低。
(2) 采用阀门挡板调节风量, 其阀门入口和进口存在一定的压差, 在阀门挡板上消耗了非常大的能量。
(3) 采用阀门挡板的风机在配备电机时常采用大于实际功率的电动机。
从以上几方面改善锅炉引风机、鼓风机的运行工况, 减小电动机的运行功率, 节能效果会非常好。
2.2 高压变频器节电系统的原理
风机电机一般采用交流感应电动机, 根据流体力学的原理, 三者的关系公式:P∝Q×H。
当风机的旋转速度由n1变化到n2时, 风机的风量 (Q) 、轴风压 (H) 与功率 (P) 与转速 (n) 的关系公式为:
(1) Q2=Q1×n2/n1; (2) H2=H1× (n2/n1) 2; (3) P2=P1× (n2/n1) 3。
由上式可知风量和电机的转速比成正比, 电动机的轴功率与转速比的立方成正比。也就是说如果需要的风量是额定值的80%, 我们将变频器的频率调节到40赫兹, 这时电动机的转速为额定转速的80%, 通过计算得电动机的实际功率仅为额定值的51.2%。
当所需风量从Q1降到Q2时, 如果使用调节阀门的挡板方式, 风机管道的阻力会直线上升, 系统的运行工况会急剧下降, 特性曲线上移, 轴功率P2与H2×Q2成正比关系。但是使用变频器调节转速来控制风机风量, 情况将会完全不同, 首先管网特性不会发生变化, 风机的特性曲线将下移, 轴功率P3与HB×Q2成正比关系。从以上的分析来看, 所节约的轴功率Delt (P) 与 (H2-HB) × (C-B) 成正比关系。
变频器调速控制的风机类负荷, 节电率在20%~50%之间, 这是因为变频器调速后电动机的效率有所下降, 再加上调速装置产生附加损耗。某化工厂鼓风机、引风机安装高压变频器节电系统后的运行情况表明, 节电率在30%以上。
2.3 高压变频器控制的风机系统具有的其他优点
(1) 电网的功率因数提高:由工频直接驱动的电动机, 满载时运行功率因数仅为0.85上下, 由于工频驱动电机实际上不可能达到满载, 正常情况下其功率因数都在0.8以下运行。而用高压变频器控制的风机系统, 电动机满载运行时功率因数在0.9以上, 不但能够减少电网的感性无功功率, 还能节约因功率因数低而增加无功补偿设备的安装及运行费用, 对电网来说减小了感性无功功率的负担, 增强了系统运行的稳定性和可靠性。
(2) 降低了设备的检修费用:在风机低负荷运行时, 用变频器控制的风机节电系统, 只需要降低变频器的输出频率就能降低风机的转速, 风机的机械系统如轴承、减速机等转动部分的磨损会大大降低, 检修的周期延长, 设备的使用寿命自然会更长;高压变频器控制的风机系统阀门挡板的开度可达100%, 阀门中的挡板在运行中不受任何作用力, 阀门的检修维护量将大大缩减。高压变频器控制的风机系统的运行过程中, 只需定期对高压变频器控制柜进行除尘, 主机可继续不间断运行, 设备维护时不需要停止生产。变频器通过调节电动机的转速去调节风量, 满足工艺生产要求的同时又降低了工作强度, 而且每年可节约大量的检修费用。
(3) 使用高压变频器控制的风机系统后, 电动机启动时能够实现软启动。在整个启动、运行过程中, 减小了电动机的损耗, 电动机的启动电流低于额定电流的1.2倍, 避免了对电网的冲击, 而且风机启动时的噪音也非常小, 振动也将大大降低。
3 结束语
电动机使用变频器能够实现智能控制, 满足各种工况的需要, 目前在各行各业的应用非常广泛。变频器能够节约电力能源的作用也经过了实践的检验, 尤其是大功率的高压电动机, 节电效果更加显著。锅炉的10KV引风机、鼓风机使用变频器控制更加能够证明变频器的优越性, 转动设备的损耗降低, 检修周期、设备更换周期延长, 为企业降低生产成本做出了较大贡献。
摘要：能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。能源电力是国家经济、发展的重要基础, 也是能源战略课题中的重中之重。我国在电力方面重点推广的节能技术之一——高压大功率节电技术, 在节能方面有着明显的效果。
高压调速变频器 篇10
高压电动机广泛应用于钢铁、冶金、石油、化工、采矿、粉磨站等大中型厂矿企业, 主要用于拖动风机、泵类、压缩机等大型机械, 是能耗大户, 而且大部分的高压电动机需要根据工艺要求调速运行, 但目前仅有5%～10%的电动机采用调速运行[1]。如应用于水泥厂粉磨站的收尘风机, 大部分电动机仍采用恒速运转, 在产量变化及生产品种变化 (水泥成品的颗粒细度不同) 而需要不同的风量来满足工艺要求时, 其风量调节依靠挡板开度控制, 挡板调节不但控制精度较差, 并且依靠挡板截流减少风量, 电动机的输出力矩变化较小, 造成大量电能被白白浪费。同时工频直接启动对电动机和电网电流的冲击也很大, 影响电动机的使用寿命。为了改善工艺、降低能耗, 以粉磨站收尘风机为例, 笔者提出了对高压风机进行变频调速控制的方案。
1 调速原理及高压变频技术的发展现状
1.1 交流异步电动机调速原理
变频调速通过改变输入到交流电动机的电源频率达到调节电动机转速的目的。交流异步电动机的输出转速公式[2]为
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式中:n为电动机的输出转速;f为输入的电源频率;s为电动机的转差率;p为电动机的极对数。
由式 (1) 可知, 电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电动机的极对数有关, 因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速 (调整p) 、改变转差率调速 (调整s) 和变频调速 (调整f) 。其中变极调速因为转速几乎是成倍地变化, 因此调速的平滑性差, 不能实现生产工艺所要求的无级调速;改变转差率调速可以采取的方法很多, 如转子串电阻调速和串级调速等, 该调速方式存在使电动机的机械特性变软、铜耗增加等缺点;变频调速的调速范围大, 一般可达到10～12, 平滑性好, 机械特性的硬度不变, 因此变频调速得到了越来越广泛的应用。
1.2 高压变频技术的发展现状
高压变频技术起步较晚, 大约在80年代中期才形成产业化生产[1]。近年来, 随着电力电子器件及控制芯片集成技术的快速发展, 以及市场需求的推动作用, 高压变频技术的发展非常迅速, 但是到目前为止还没有象低压变频器那样具有统一的结构。在高压变频技术发展早期出现的是高-低-高型变频技术, 该技术首先通过降压变压器降低电源电压, 进行低压变频, 再通过高压变压器升高电压, 实现高压输出, 因为输入、输出均用到变压器, 系统工作效率降低, 且体积大、能耗大, 对电网的谐波干扰较大。相比较而言, 近几年发展起来的单元串联式多电平变频器体积和能耗均大大降低, 且输入、输出波形好, 对电网的谐波干扰较小, 输出电压可以满足普通高压电动机6 kV和10 kV的要求, 甚至可以达到更高的电压输出, 因此这种拓扑的高压变频技术受到越来越多专业人士的青睐。
2 高压风机变频调速系统结构原理
以额定电压为6 kV的风机为例, 其变频调速系统主电路拓扑结构如图1所示。
高压变频调速系统采用直接 “高-高”变换形式, 移相变压的阀侧绕组分为A、B、C三相, 采用电压叠加原理, 由各组低压叠加产生高压输出, 每相由7个功率单元串联而成, 共21个功率单元, 每个功率单元的相电压Ue=494 V, 每相的相电压Up=494×7≈3 464 V, 则输出线电压undefined。且输出线电压谐波量很小, 接近于标准正弦波。
2.1 变压器连接方式
输入侧隔离变压器采用移相变压器给每个功率单元供电, 21个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。变压器原边绕组为6 kV, 二次绕组分为7个不同的相位组, 共21个三相绕组, 每个副边绕组接1个功率单元, 形成42脉波的二极管整流电路结构。这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形, 使其负载下的网侧功率因数接近于1, 不需要任何功率因数补偿、谐波抑制装置。变压器二次绕组采用三角形延边接法, 目的是实现多重化, 降低输入电流的谐波成分。这种移相接法可以有效地消除41次以下的谐波, 对电网的谐波污染小。另外, 由于变压器副边绕组的独立性, 使每个功率单元的主回路相对独立, 每个功率单元等效为1台单相低压变频器。
2.2 功率单元结构
功率单元为基本的交-直-交变换电路, 电网电压经二次侧多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电, 经过输入二极管构成的三相桥式电路整流, 再经过由低压绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 构成的逆变桥, 输出为单相交流电压。该功率单元为三相输入、单相输出的交-直-交PWM电压源型逆变器, 如图2所示。
每个功率单元的结构及电气性能完全一致, 将同相相邻功率单元的输出端串接起来, 形成Y联结结构 (2个功率单元串联电路如图3所示) , 实现变压变频器的高压输出, 为高压电动机提供电能。
每个功率单元分别由输入变压器的1组二次绕组供电, 功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。每个功率单元承受全部的输出电流, 但只提供1/7的相电压和1/21的输出功率, 所以功率单元的电压等级和串联数量决定变频器的输出电压, 功率单元的额定电流决定变频器的输出电流。由于采用整个功率单元串联, 所以不存在器件串联引起的静态或动态均压问题。
每个功率单元采用电压源型结构, 直流环节为滤波电容, 电动机所需的无功功率由电容提供, 而不需要和电网交换, 变频器输入功率因数高, 可保持在0.96以上, 且在整个速度可调范围内基本保持不变, 不需采用功率因数补偿装置。当某一个单元出现故障时, 将图2中的软开关节点K导通, 可将该功率单元旁路出系统而不影响其它单元的运行, 变频器便可持续降压运行。如果负载对电压要求十分严格, 也可以设计一个完全相同的备用功率单元, 以减少很多场合下因停机造成的损失。
3 结语
采用高压变频调速控制技术可以使风机在变速状态下运行, 保持挡板全开, 通过改变风机转速调整风量, 既可以满足实时生产工艺要求, 又可以有效节约电能。根据流体力学基本定律, 变速前后流量、压力、功率与转速之间的关系[3]为
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式中:Q1、H1、P1分别为风机在n1转速时的流量、压力、功率;Q2、H2、P2分别为风机在n2转速时的流量、压力、功率。
从式 (2) 可看出, 如果风机转速降低一半, 即n2/n1=1/2, 则Q2/Q1=1/2、P2/P1=1/8, 可见降低转速可大大降低轴功率, 从而达到节能的目的。与挡板调节风量的控制方式相比, 变频调速控制方式的节电效果更加明显。同时, 变频调速控制方式大大降低了劳动强度, 提高了生产效率, 风量调节更加平稳、精确。
摘要：针对目前高压风机采用挡板调节风量存在的不足, 文章提出了一种采用单元串联式多电平变频调速控制技术调节高压风机风量、降低能耗的设计方案。该变频调速控制技术采用低压电力器件组成功率单元, 将各功率单元输出端串联, 实现高压输出, 通过改变电源频率, 控制高压风机的转速, 达到了实时调速和节约能源的目的。
关键词：高压风机,多电平变频器,单元串联式,变频调速,异步电动机
参考文献
[1]马骏.高压变频器在济钢大功率风机、泵中的应用研究[J].变频器世界, 2006 (11) :55~59.
[2]周定颐, 电机及电力拖动[M].北京:机械工业出版社, 2001:180~187.
