大功率高压变频器

关键词： 变频 调速 引言 变频器

大功率高压变频器（精选十篇）

大功率高压变频器 篇1

变频调速技术的飞速发展为变频器性能的提高提供了技术保障,而环保和节能的客观需要,又为变频器在生产和生活的各个领域的应用提供了发展空间。随着国民经济的发展,小容量变频器越来越不能满足现代化生产和生活的需要,因此,近年来高电压大容量的变频器越来越受到重视。可是到目前为止,高压变频器还没有象低压变频器那样近乎统一的拓扑机构。为此要选配和使用好大功率、高压变频装置,必须对其控制方式、技术性能及适用的工况进行系统分析。

1 大功率变频器的拓扑结构

近年来在电力电子元器件发展的同时,变频器的拓扑结构也在随之得到开发,伴随着电力电子元器件的耐压和承受电流的限制,高压变频器的拓扑结构相继出现了三电平、四电平和多电平结构的形式。对于三电平、四电平和多电平结构的变频器,其提供给电动机非常小的谐波电流且电流波形也更接近交流电动机要求的正弦波电流波形。通过这种拓扑结构我们可知随着多电平的增加,其电压幅值在相应的降低,使功率元器件所承受的电压降低,更加有利于减少装置产生的dv/dt。当前的大容量、高压变频器,既要保证大功率的输出,又要确保系统的可靠运行,还要保证输出波形更趋近于正波。三电平的结构方案在近年来的发展中既使用有G T O(以及最近的I G C T)元器件,也采用在I G B T的方案中。但它的不足是元器件的导通或阻断是由钳位二极管来加以保证的,钳位二极管的耐压要求较高,数量庞大;开关器件的导通负荷不一致;在变流器进行有功功率传送时,直流侧各电容的冲放电时间各不相同,容易造成电容电压的不平衡,增加了系统动态控制的难度;同时这种结构的扩展能力也很有限。

随着现代拓扑技术的发展,多电平的变频技术结构方案得以在工业系统中应用。这种变频器的特点是保证了元器件的串并联连接,同时它又不是元器件简单的串并联而是从结构上的串联连接,它确保了电压安全和自然分配。

对多种多电平电路结构,根据主开关器件的电压钳位方式,可将其分为二极管钳位型、电容钳位型和单元级联型3类。下面以钳位型多电平电路的统一拓扑结构的单相电路和单元串联多电平高压变频器为例进行介绍。

图1为钳位型多电平电路的统一拓扑结构的单相电路图。二极管钳位型和电容钳位型电路都可以从这一电路拓扑推导得出,并且该电路可以实现直流电容电压的自动平衡。

图2是单元串联七电平的电路图。

单元级联多电平变频器采用若干个低压功率单元串联的方式来实现高压输出,这种电路的结构和方法很容易实现向更多电平数的扩展,实现更高电压的输出。单元级联多电平的主要特点是:

(1)每相由N个H单元级联而成,逆变电路输出相电压电平数M=2 N+1,由于各个功率单元结构相同,易于模块化设计和封装;当某一单元出现故障,可将其旁路,而其余功率单元可继续运行,提高了系统运行的可靠性。

(2)直流侧全采用独立电源供电,不需要钳位器件,不存在电压均衡问题。若直流电由三相不可控整流电路供电时,整流侧需多绕组曲折联结变压器(移相变压器),增大了装置体积,但采用多重化整流减小了输入侧电流谐波。

(3)按某一定特定规律分别对每一个功率单元进行控制,各功率单元波形叠加即可得到多电平输出,控制方法比钳位型电路对各桥臂的整体控制简单,并且易于扩展更高的电压输出。

尽管功率单元级联多电平高压变频器需要大量的隔离直流电,级联结构还是具较高的性能,在实际工业应用中也较多采用该种结构。多电平逆变器在高压、大功率方面的应用越来越广泛,特别是在减小电网谐波和补偿电网无功方面有着良好的应用前景。多电平逆变器不仅可以降低开关器件的电压额定值,而且大大改善了逆变器的输出波形,降低了输出电压的谐波畸变率。

2 大功率变频器的经济选型

2.1 大功率变频器的容量选配

变频器容量的选定过程,实际上是变频器与电机的最佳匹配过程,容量偏小会影响电动机有效力矩的输出,影响系统的正常运行,甚至损坏装置;而容量偏大则电流的谐波分量会增大,也增加了设备投资。

变频器容量选择的3步骤:

(1)了解负载性质和变化规律,计算出负载电流的大小或作出负载电流图I=f(t)。

(2)预选变频器容量。

(3)校验预选变频器,必要时进行过载能力和起动能力的校验。若都通过,则预选的变频器容量便选定了;否则从(2)开始重新进行,直到通过为止。在满足生产机械要求的前提下,变频器容量越小越经济。

基于不同电动机负载电流下的变频器容量选择:

(1)恒定负载连续运行时变频器容量的计算。由低频、低压起动,变频器用来完成变频调速时,要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即可:IFN≥1.1IMN(IFN为变频器额定电流,IMN为电动机额定电流)。额定电压、额定频率直接起动时,对三相电动机而言,由电动机的额定数据可知,起动电流是额定电流的5～7倍。因而得用下式来计算变频器的频定电流IFN:IFN≥IMst/KFg(IMst为电动机在额定电压、额定频率时的起动电流,KF g为变频器的过载倍数)。

(2)周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算。很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。显然,在此情况下,按最小负载选择变频器的容量,将出现过载,而按最大负载选择,将是不经济的。由此推知,变频器的容量可在最大负载与最小负载之间适当选择,以便变频器得到充分利用而又不过载。首先作出电动机负载电流图n=Φ(t)及I=f(t),然后求出平均负载电流Iav,再预选变频器的容量。Iav的计算采用如下公式:Iav=(I1t1+I2t2+……+Ijtj+……)÷(t1+t2+……+tj+……)(Ij为第j段运行状态下的平均电流,tj为第j段运行状态下对应的时间)。考虑到过渡过程中,电动机从变频器吸收的电流要比稳定运行时大,而上述Ia v没有反映过渡过程中的情况。因此,变频器的容量按IFN≥(1.1～1.2)Iav修正后预选,同时若过渡过程在整个工作过程中占较大比重,则系数(1.1～1.2)选偏大的值。

(3)非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算。这种情形一般难以作出负载电流图,可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流,可用下式确定:IFN≥IM(max)/KFg(IM(max)为电动机在输出最大转矩时的电流)。

2.2 大功率变频调速的合理电压等级

一般工厂2 0 0 k W以上的电机多采用中压,电压等级为6kV或10kV。如果调速采用同电压等级的变频器,在技术和经济上是不合理的,因为随着电压的升高,变频器的加工难度和造价都将大幅度增加,为此对大中功率变频的电压等级应采用变通的方法。

对1kW以上的电机,可采用中压直接“高-高”变频器调速,即选用6kV电机和变频器(尽量不选用10kV);或采用变通的方法,用“高-中-中”的方式,即将电压降压为3～4.16kV,电机选为或改装成3～4.16kV电机,使用3～4.16kV的变频器,这样在降低投资费用的同时,其性能与“高-高”直接控制方式相同,而且变频器的选择面相对较宽。

对800～200kW的大中功率电机,应采用低压或“高-低”式变频调速。选用690V或380V的电机,直接采用低压变频器调速,尽量不采用高压变频,这样变频器即使加上新电机的成套费用,也比采用高压变频方式还要低,而且维修使用方便,变频器选择范围也很大。

2.3 变频器控制方式的选择

变频器控制方式决定是变频器使用性能的关键所在,选择时,应根据负载特性,以满足使用要求为准,以便做到量材使用,经济实惠。

对于风机、泵类等平方负载,低速下负载转矩较小,可选用功能型V V V F变频器;对于要求精度高、动态性能好、响应快的生产机械,应采用矢量控制功能的变频器;对于恒转矩或有较高静态转速精度要求,特别是重负荷启动、恒转矩波动的传动负载,可采用有转矩控制功能的变频器。

3 结语

变频器选型及技术方案的确定应根据工况条件,选择合适的变频控制方案和实施方案,做到量材使用,以取得最优的经济使用效果。

虽然高压变频器采用了多相移位和一定的整流技术,较大地减少了谐波成分,但由于功率较大,其对电网的电磁干扰不容忽视。变频器使用时,应对其电磁兼容性有正确的评估,以便达到理想的使用效果。

参考文献

[1]周志敏,等.变频器电磁兼容故障诊断[M].北京:电子工业出版社,2005

一种新型高压大功率小信号放大电路 篇2

关键词：小信号放大器；双脉宽调制；悬浮驱动；高压大功率

引言

现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的.输出波形。

图1

1 UC3637的原理与基本功能

UC3637的原理框图如图1所示。其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。三角波参数按式（1）及式（2）计算。

Is=[（+VTH）-（-Vs）]/RT    （1）

f=Is/{2CT[(+VTH)-(-VTH)]}    （2）

式中：VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；

Vs为电源电压；

RT为定时电阻；

CT为定时电容；

Is为恒流充电电流；

f为振荡频率。C3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个

大功率高压变频器 篇3

关键词：SM150；中压变频器；大功率测试

中图分类号：TD634 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0046-02

1 SM150中压变频器简介

SM150系列变频器是德国西门子公司的主推产品，该系列变频器的成功推出，使2.3～7.2kV大功率中压变频调速装置获得高动态性能变为可能，其能够对0～9000RPM范围内的传动速度进行精准控制。同时，该系列变频器还能对线路供电进行再生反馈，而且还能用作带IGCT半导体器件电机驱动装置的中压驱动，它的传动控制功能具体包括以下几项：矢量控制、传动顺序控制、速度控制、同步电机励磁控制、轴定位控制、波形监视、电机冷却与润滑以及轴瓦温控等等。SM150中压变频器的整流与逆变的功率元件采用的是相同的设计，两者的硬件结构基本一致，全部都是采用独立的水冷单元完成系统的冷却，以此来降低系统运行过程中的噪音和温度。SM150变频器自带有源前端，并且还能以四象限运行，其结构为中点钳位的三电平，该变频器的控制核心为D445控制器，单台最大功率为10MVA，3台并联可以组成28MVA的逆变器。此外，SM150变频器还可以构成公共直流母线带若干个逆变器的系统。SM150变频器的整流与逆变单元全部都是由相模块构成，每个模块由4块IGCT组成，其中整流单元自带有源前端，水冷单元则是由泵系统、去离子和热交换装置构成，控制单元由D445组成。

下面简要介绍一下SM150中压变频器的功能特点：其一，SM150具有非常灵活的电机保护功能。其允许电机在过载情况115%的条件下长期运行，当电机过载达到225%以上时，能够运行60秒，过载超过250%时，则可以运行20秒，一旦电机过载超出275%便会自行速断，以此来保护电机不受损坏；其二，控制性能。SM150变频器的这一性能主要是针对同步电动机而言的，当存在速度反馈时，其最大输出功率可达90Hz，控制精度则能够达到±0.01%，弱磁调速范围是1∶4，力矩控制精度为±2%；其三，功率因素可调。SM150变频器的变换效率能够达到0.99，IGCT的开关频率较低，仅为200Hz，其功率相对较小。

2 大功率测试系统中SM150中压变频器的具体应用

对于大功率测试系统而言，其设计的基本原则是应当满足相应的测试需求，为了便于本文研究，下面以某大功率齿轮箱的出厂测试为依托，对SM150中压变频器在其测试系统中的应用进行介绍。

2.1 测试系统的构成

该测试系统主要由以下五个部分构成：

（1）整流变压器。其为S1连续工作制，整体容量为7750kVA，连接组别为DY5，电压等级为10kV/3.3kV。

（2）变频器。该测试系统的变频器采用的是SM150中压变频器，其具有如下优点：设计紧凑、组态灵活，便于工厂集成的实现；操作界面友好、简单，方便操作人员对系统进行控制；变频器能够在需要维护时自动发出信号，有效确保系统的安全稳定运行；变频器采用的IGCT技术和无保险设计，既坚固又可靠；变频器自带的标配接口能够与自动化系统相连接；电源部分的创新性设计更加便于维修；柜门上的操作面板能够显示实际运行工况和设定相关参数，并且还能对故障发出告警显示。

（3）交流变频电机。为满足该大功率测试系统的需要，交流变频电机的额定输出功率设定为20MW，转速为996PRM，不但能够正转而且还能反转，同时电机为S1工作制，冷却方式水冷。冷却水系统由热交换装置与冷却水循环泵组成，主要负责对变频器进行冷却。

（4）PLC。测试系统的主控采用的是S7-300系列PLC，并配以工业以太网接口模块，能够通过CAN对控制器进行编程及调试。

（5）人机界面。测试系统的人机交互界面是其重要的组成部分之一，在操作面板上能够实现快速维修和本地操作两种模式，在工控机上则能够实现远程控制。利用人机交互界面能够非常方便地对系统进行监控，具体包括输入设定值、实际值输出以及系统状态实时监控等。

2.2 SM150变频器驱动功能

驱动系统主要由以下几个部分构成：整流变压器、整流单元、隔离开关柜、变频器水冷系统、逆变单元和变频电机等等。具体模块如下：整流模块、逆变模块、控制单元、操作单元。SM150变频器具有本地、维修和远程操控三种模式，借助PLC柜面上的开关能够进行模式切换，其中维修模式主要负责对变频器系统的检查，包括变频器、变压器、电机的风机启停、冷却系统启停等功能；本地模式通过CAN总线与D445进行通讯，以此来实现对测试系统的启停等操作；远程控制模式采用的是工控机，并通过以太网与D445进行通讯，对系统启停进行操作。SM150变频器是由3个独立的整流单元构成的，每个单元分别对自身的母线进行控制，并使其维持在4800V左右，而3个逆变单元则是通过D445进行同一控制，IGCT的触发信号是利用光纤进行传输，进而确保了3个逆变三元之间的输出电流同相位。SM150变频器具有以下保护功能：电机绕组温度异常保护、变压器温度异常保护、IGCT单元温度异常保护等。整个变频器系统具有故障分析和记录功能，并且还具备过电压、欠电压、过电流、过载、接地短路等故障保护功能，相关的故障报警信息通过CAN总线传输至上位机进行数据存储。

3 结语

综上所述，由于SM150中压变频器采用的是D445，其在功能上更加灵活，整个系统具有运行稳定性高、可靠性强等优点，它的模块化设计理念为维护与维修提供了方便，用户只需要按照自身的需求进行合理应用，便可以节省大量的维护时间和成本。

参考文献

[1] 徐捷爽.全新构架的中大功率分立器件测试系统的研制[J].中国集成电路，2010，（10）.

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[4] 郭士瑞，冯建科，房征.FPGA器件在高速测试系统上的测试方法[A].2010全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（上册）[C].2010.

[5] 马力，蒋焕文.快速频率特性测试系统——第三代自动测试系统的研究[J].北方交通大学学报，2009，（4）.

作者简介：邹秋元（1966—），男，湖南祁东人，湖南衡阳二七二社区电气工程师，硕士，研究方向：电气能源节约和管理、工厂变配电技术、电气自动化。

探讨大功率高压变频器的有效运用 篇4

1 变频器简介

变频器的主要运作原理是通过变频技术来将电压以及一些频率被设置为固定数值的交流电转换成为可调节的电压以及频率。变频器在进行作业的过程当中需要七个单元来组成, 即为:整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元、检测单元以及微处理单元。如今, 电频器的应用范围非常之广, 并且在功能的丰富上也有了一定的突破, 除去可以对电压和频率进行转换以外, 同时可以对过流、过压以及过载进行有效的保护。

2 高压变频器的控制方案和特点

2.1 变频控制方案

(1) 在对高压变频器的类型进行选择时需要采用如下方式, 即为交-直-交多电平高-高方式。

(2) 高压变频器需要具备非常良好的频率调节功能, 并且需要根据电压的变化来及时有效的对频率进行转换。

(3) 应该使用多脉波整流, 并且整流的脉波数值不能够低于48, 从而保证变频调速系统在正常运行的过程当中会有效的将频率低于30Hz的谐波消除掉。

(4) 高压变频器需要具备的保护装置有:过电压装置、过电流装置、欠电压装置、缺相保护装置、短路保护装置、超频保护装置、失速保护装置等, 除此之外还具备变频器过载、电动机过载、半导体器件的热系统保护以及紧急断电保护等。高压变频器还需要具备自动选择功能, 可以联跳输入侧10k V的开关, 并在故障发生之后及时报警。

(5) 高压变频器需要具备自动故障诊断的功能, 并且需要能够及时的对故障类型和位置以及简单的应急办法进行中文显示。这种方式能够帮助维修人员尽快的对故障进行了解, 并及时找到正确的解决方式。

2.2 高压变频器控制性能的特点

(1) 变频器中的调节风机在进行运转的过程当中, 由于扇叶的角度可以对其效率进行调节, 操作者可以通过变频器来对风机的转速来进行改变。针对不同的使用环境了强度来对风量和风压进行调节, 以此来保证风机可以时刻处于最佳的状态当中, 将节能减排工作有效的进行。

(2) 变频器除了能够对速度进行调节, 同时还需要具备主通风机的软启动功能。由于主通风机的运作功率较大, 所以会导致启动的电流较大。如果电网没有比较好的防护措施, 将会对风机的扇叶、轴以及绝缘产生一定的负面影响。而软启动功能则会让这种负面冲击力不复存在, 并且从很大程度上将电动马达、风机以及相关配件的使用寿命加长, 并同时为相关单位节省出了一大笔维修和更换设备的费用。

(3) 变频器可以对系统的可操控性带来非常正面的影响, 通过PLC控制器以及上位机的功效来让系统的监控范围以及自动控制范围加大。其中包括:高低压配电、风门的开关、变频器所输出的频率、电动机其的安全保护装置、风机的风速、风机的风量、压力以及震动等。

3 高压变频器在应用中需要注意的几个问题

(1) 工作环境问题。如今, 高压变频器的使用环境普遍较为恶劣, 除去非常高端的工程为其配备了专用的使用机房以外, 几乎都会让变频器完全暴露在室外当中。并且针对一些重工业施工现场来说, 变频器非常有可能收到灰尘、高温、高湿度的外界环境影响。除此之外, 一些特殊行业还会具有粉尘、腐蚀性气体等不良现象的出现, 从而让变频器的使用寿命大大的缩短。基于此种情况, 相关部门非常有必要结合实际情况来制定出一些应对方案。

(2) 干扰问题。在大多数的控制系统中, 通常采用的控制方法为计算机以及PLC等。在相关技术人员对系统进行设计或者改进的过程当中, 需要对变频器的自身干扰问题进行高度的重视。由于有些使用者在对危机控制板进行设计的时候为了节约成本, 其质量并没有达到EMC的国际标准。当变频器开始正常工作之后, 会产生一系列的传导和辐射干扰, 从而影响到整个控制系统的正常运作。

(3) 电网质量问题。针对一些高频率冲击负载的场合, 电压会非常容易出现不稳定的现象。尤其是在设备几种的场地中, 会让整个电网的谐波变得特别大, 从而导致电网质量出现不过关的现象。而控制设备也会在这种场合中承受非常大的冲击, 甚至还会出现设备输入回路被破坏的情况。

4 高压变频器的故障分析

变频器的型号非常之多, 并且在不同的环境中也会出现完全不同的故障现象, 下面笔者就选择富士变频器来对大家列举几种比较常见的高压变频器故障现象以及相关的检测维修方法。

4.1 OC1, OC2, OC3

当高压变频器显示的故障信息为OC1, OC2, OC3, 则代表着电频器在加速的过程当中出现了过电流, 并且在减速以及恒速的过程当中也出现了过电流。这种故障的形成原因有三种, 其中包括:

(1) 变频器的加速时间太短是如今过电流现象中较为常见的一种, 想要将此种故障进行消除的话, 只要根据不同的负载情况来对加速的时间来进行适当的调整即可。

(2) 大功率晶体管的损坏也是OC故障的一大原因之一。由于富士变频器至今为止已经对晶体管进行多次的换代, 例如最初期的G2、G5、G7三个系列中的GTR模块, G9系列中的IGBT模块, 以及更为先进的IPM模块等。如今的晶体管无论是生产技术还是相关的保护装置都有了非常明显的进步, 并且还可以在高耐压、高频、低噪音等特点之外将节能工作同时完成。那么到底是什么原因能够让大功率晶体管模块出现损坏呢?具体原因如下:第一输出负载出现了短路现象, 第二由于负载值过大而导致大电流的持续出现, 第三负载波动、浪涌电流过大等都可以让OC故障出现。

(3) 晶体管的驱动电路损坏也会让出现OC报警的现象。由于富士变频器G7S和G9S所采用的光耦为PC922和PC923, 并且这两种型号的光耦具有线路简单的特点, 所以非常容易出现缺相以及三相输出电压不稳定等情况。

(4) 检测电路也是导致变频器OC故障的一个原因, 用于电流检测工作的霍尔传感器非常容易遭受到外界因素的影响, 无论是在高温还是高湿度的环境中, 都会比较容易出现漂移现象, 从而让OC出现报警。

4.2 开关电源损坏

当变频器的开关电源出现故障时, 最为明显的一个表现则是上电无显示。那么, 富士G5S为了能够避免这种情况的发生, 将原本的一级开关增设为二级开关。首先将中间直流回路中的电压从500V调整为500V, 其次在一级开关中输出5V、24V等多路电源。开关电源的故障通常为开关管破裂、脉冲变压器短路以及次级输出两极管损坏等。如今, 很多高压变频器为了缓解此种故障, 通常会使用可供电源专用的芯片。但是这种做法并不十分有效, 由于高电压的回流, 经常会导致这枚专用芯片出现故障。并且这种专用芯片的维修和更换工作较为困难, 更加增加了整个开关电源的维修难度。

5 结语

高压变频装置的广泛应用不仅仅让软启动成为了现实, 同时还让启动扭矩和启动电流出现了不同程度上的降低。笔者建议, 相关的作业团队应该根据不同的环境需求来对变频器进行适当的调节, 从而让变频器的控制水平提升到一个新的档次当中。除此之外, 针对电能源的消耗问题也需要高度的进行重视, 以此来保证施工单位可以获得更多的经济收益。

参考文献

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大功率高压变频器 篇5

【关键词】浅谈；大功率；电机；变频调速

随着科技的不断进步，电子产业更新换代频率越来越高，在大功率调速传动领域已出现交流传动取代直流传动的趋势。对于大容量生产机械，如轧钢机、矿井提升机、船舶推进以及牵引传动，交流变频同步电机调速传动不仅具有与直流传动同样优越的调速性能，还具有过载能力大、效率高、体积小、重量轻、转动惯量小、维护简单和可靠性高等优点。同步电机与异步电机变频调速相比较，又具有功率因数高、变频器容量小、弱磁区转矩特性好等特点。由于交流变频同步电机调速传动具有上述优点，国内外工业界在大容量调速传动中已陆续采用并推广这一技术。

1.系统结构及类型

三电平变频调速系统基于数字化、自动化、网络化和信息化等先进技术，采用“交流同步变频电机+双三电平变频器+全数字DSP调节控制+多PLC网络控制+上位机诊断与监控+局域网信息互联”的控制模式，与其他一般型设备配套使用，完成大功率电力拖动系统调速控制。

内容主要包括以下内容：变压器、高压柜、低压配电系统、PLC控制系统、全数字同步机调速调节系统（包括定子变流柜；励磁整流柜；同步机交流系统调节柜）、操作台及上位机监控系统、其它部分外围设备，系统总图如下：

2.主要技术特点

2.1定子回路

定子变流采用背靠背双三电平结构，网侧为三电平全控整流系统，主要作用为直流电压调节和网侧功率因数控制，阀侧为三电平逆变系统，主要完成速度闭环、转矩控制、电流控制、功率因数调节等功能，中间为大容量电容器，主要起到滤波和无功缓冲作用。

三电平结构可大大减轻du/dt 对功率器件和电机绝缘的影响，降低功率设备的EMI水平，减小系统损耗。同时背靠背拓扑利于功率系统结构化设计，利于维护，使系统可靠性大大增强。

2.2谐波污染

由于晶闸管变流器采用相切控制方式调节直流电压或电流，使电网正弦波型受到切割，并由此产生谐波电流，致使电网电压波形畸变。危害是使设备发热，力矩不稳，甚至损坏。

而同步电机变频系统，采用了先进的SVPWM控制技术，抑制了谐波，系统谐波含量极小。满足国际和国内标准，不需要增加治理装置。

2.3功率因数

晶闸管装置基本上相对于一个感性负载，随着控制角的改变，其功率因数也发生变化。运行期间一般在0.02-0.7之间，即起动阶段功率因数很低，等速段功率因数较高，需要进行无功补偿。而且直流系统启动无功冲击大，引起电网电压发生波动，尤其对矿井提升机这类短时重复工作制的负荷，电压波动问题更加突出。

而采用全控整流变换器进行网侧接口的三电平交直交变换器 可实现功率因数为0.98以上，在轻载时还可对其他无功需求进行补偿，其网侧谐波含量可在不增加滤波器的前提下符合国际标准。

2.4调速性能

目前交流电机的调速技术已经非常成熟，同步机变频调试系统采用矢量控制技术，或称磁场定向控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能。

（1）同直流系统相比，同步机变频系统具有更好的转矩响应，直流系统功率器件是晶闸管，控制周期是3.3ms，而同步机变频系统使用的是IGBT，控制频率一般是2KHZ，根本不是一个数量级的。

（2）直流系统在低速时，不可避免的要受电流纹波的影响（3.3ms），低速精度会有影响；而同步机变频系统低速控制精度要好于直流电机，可实现零速时全负载。

（3）基于电机的原因，由于同步机没有换向火花对过载能力的限制，同步机变频系统过载能力也大于直流电控系统。电控系统的过载能力只与功率器件有关系。

2.5单、双绕组同步电机变频控制系统

单绕组和双绕组同步电机价格相当。对电控系统来说，双绕组电控系统价格要高于单绕组电控系统约30%，但是双绕组同步电机电控系统是每个绕组配置一台变频器，当一台变频器回路出现故障时（例如高压柜、变压器、变频器等），当可实现半速全载运行。

3.技术应用

三电平高压变频器中同时应用SVPWM和SHEPWM，即低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形。混合调制的难点在于衔接问题，文中分析了影响二者之间平滑切换的原因并提出了具体的解决方法，保证了切换过程中电压和电流没有跳变。采用PSIM软件对三电平SVPWM和SHEPWM进行了仿真研究，并在实际三电平变频器控制平台上进行了实验。在电力系统、轧钢、造纸、煤炭等领域对设备可靠性、安全性要求很高的应用场合，采用三电平变频调速系统，不但能降低能耗，而且可以改善工艺水平，提高生产效率。此变频调速系统结构简单，体积小。与两电平相比，采用同样电压等级，器件可以实现2倍的电压输出。降低电机的共模电压，降低对电网的共模干扰。能方便实现能量的双向流动，电机的四象限运行。与两电平相比，输出du/dt减小一半，相电压输出电平数增加，输出谐波减小。

超大功率高压变频器的应用研究 篇6

0 前言

根据所需风量及其要求, 新元公司韩庄主扇选用航空工业沈阳发动机研究所风机厂AGF606-3.8-2.0-2型轴流矿用通风机两台 (配备电动机功率6000kW, 电压10kV) , 一台工作, 一台备用。由于矿井前后期负压变化很大以及为了满足不同运行工况的要求, 风机动叶角度可进行停机联动调节。高压变频调速装置选用了两套荣信公司生产的RHVC-A10/7500-F型大容量高压变频器, 分别拖动两台风机。高压变频器采用功率单元串联多电平技术, 谐波成分小, 功率因数高。

1 通风设备技术特征

通风机型号:AGF606-3.8-2.0-2动叶外径:3800mm

轮毂直径:2000mm;叶轮级数:2;

电动机型号:YKS1000-8;额定功率:6000kW;额定电压:10000V;

额定电流:413A;转速:746r/min;

反风方式:停机后, 直接反转实现反风。

2 变频调速装置主要参数及特点

2.1 主要技术参数

变频器型号:RHVC-A10/7500-F适配电动机:10kV/6000kW变压器:7500kVA。

技术方案:交-直-交、高-高方式谐波:电压≤4%;电流≤4%。

2.2 变频控制方案

1) 变频装置类型选用交-直-交多电平高-高方式;

2) 具有良好的频率调节性能, 能根据负荷的变化及时有效地实现频率调节。

3) 采用多脉波整流, 整流脉波不低于48脉波以消除变频调速系统产生的频率低于30Hz的谐波, 对电网谐波的影响减至最小, 对本体控制系统就地控制柜无谐波影响。

4) 变频装置设以下保护:过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电动机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等, 并能选择性的联跳输入侧10kV开关, 同时进行故障报警并将故障信号发送到风机控制系统, 由风机控制系统启动备用风机运行。

5) 变频装置带故障自诊断功能, 能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示, 能在就地显示并远方报警, 便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。

2.3 变频控制性能特点

1) 通过变频装置调节风机转速, 是使扇叶角度调节在高效率区工作, 然后通过变频装置改变风机转速来调节风机为所需风量, 即调节工况点 (风量、风压) , 使风机在最佳工况点、最高效率区运行, 节能效果显著。

2) 变频装置在调速节能的同时, 也兼有主通风机软启动功能。主通风机功率很大, 直接启动电流非常大, 对电网的冲击严重, 对风机扇叶、轴和电动机的绝缘等造成威胁。有了变频装置的软起功能, 风机的启动冲击和影响不复存在, 将大大延长电动机、风机及扇叶轴等的寿命, 降低维护和维修费用。

3) 变频器的使用将大大提高系统的可控性。通过PLC控制器和上位机实现自动控制, 系统监控范围包括:高低压配电、风门开关过程、变频器输出频率、电动机各种保护、风机风量、压力、震动等方面, 可完全实现闭环自动控制。

3 高压变频调速装置系统原理

3.1 变频系统主接线原理图 (图1)

1) 变频运行:QF1与QF2闭合、QF3断开, 1号变频器拖动1号主扇变频运行;或QF4与QF5闭合、QF6断开, 2号变频器拖动2号主扇变频运行。

2) 工频运行:QF1与QF2断开、QF3闭合, 1号主扇工频运行;或QF4与QF5断开、QF6闭合, 2号主扇工频运行。

3) 闭锁:当QS3闭合时, 风机系统同一时刻只能有一台电动机在变频下运行, 当QS3断开后, 系统同一时刻只能有一台电动机可工频旁路运行。

4) 变频切换至工频:当风机在高效率区工作或接近满负荷时 (即节电效果不明显时) , 主扇在变频拖动下完成启动后, 变频器停机, 变频器输出柜开关断开, 在风机还处于高速运转状态下, 快速自动投入本机工频旁路拖动主扇运行。

3.2 变频器拓扑结构[1]

变频单元串联多电平技术的高压变频输入侧的整流变压器是采用绝缘等级为H级的干式变压器, 原边绕组连接到电网的10kV高压输入端, 副边有24个二次绕组, 采用延边三角形设计, 在高压变频器每相分为8个不同的相位组, 互差一定的电角度, 经整流形成48脉波的二极管整流电路结构。

每个变频功率单元交流电源电压为720V, 则8个串联叠加后相电压就变为10kV。同样的把相同的3组以相差120°组成3组星型连接时, 就构成三相交流高压且线间电压为10kV。因此, 每个交流电源如果是由单相输出720V的变频器产生, 便可以得到额定为10kV的可变电压可变频率的高压电源也就是10kV高压变频装置。通过高压变频控制机控制每个变频功率单元的单相输出电压幅值和频率来控制施加在电动机上的正弦波高压幅值和频率, 从而按要求控制电动机速度。

3.3 变频功率单元[1]

功率单元串联多电平高压变频器的一个功率单元原理如下:

它是基本拓扑为交-直-交三相不可控整流/单相逆变的变频器, 即此变频器是三相720V交流输入, 单相720V交流输出。整流侧为二极管不可控整流, 将输入的三相交流整流并经电容滤波成直流;逆变侧为IGBT模块的H桥单相逆变, 通过对IGBT逆变桥进行正弦调制的PWM控制, 可将直流逆变得到正弦PWM单相0～720V交流输出。

4 变频节能分析

4.1 理论基础

轴流风机因为扇叶角度可以调整能够取得一定的节能效果。但因为具体通风系统的工况点在不同时期是变化的, 一台主通风机没有办法兼顾各个时期的工况, 因此在某些时期风机是工作在低效率区的, 所以仅是依靠调节扇叶角度调整工况点仍然比较耗能。

风机属于平方转矩负载, 风机的风量Q与转速n成正比, 而风机的功率P与转速n的立方成正比。

风机风量Q=k1n

风机风压H=k2n2

风机功率P=k3n3

采用变频装置以后, 通过变频降低风机转速为主, 配合扇叶角度调整为辅, 将风机的各个时期的工况点调整到比较高的效率区, 风机电能消耗将大幅度降低。

4.2 节能核算[1]

经核算, 正常通风时期需要通风机风量为600m3/s (已含漏风系数及风量富裕系数) , 风压为:容易期2558Pa, 困难期5460Pa。以下对节电效果最不明显的困难期 (风量为600m3/s, 5460Pa) 为例进行节能核算:

a) 不上变频仅调整扇叶角的能耗核算

不上变频时, 风机速度不变化一直工作在额定转速740r/min。此时的风机特性曲线如图2所示。依据困难期的“风量600m3/s, 风压5460Pa, 阻力系数R2=0.015167”和通风管网特性曲线方程H=R2×QP2P, 核算出此阶段的矿井管网阻力特性曲线如图2曲线Ⅱ。此时只能将扇叶角度调整到0°的角度, 0°风机特性曲线与通风管网特性曲线的交汇点为实际工况点, 则实际工况点为 (风量为615m3/s, 5737Pa) , 在风机的0.88效率区.根据通风机性能曲线通风机工况点参数, 计算电机实时功率。

风机轴功率

考虑电动机的效率0.967, 则实际耗电为:4009kW/0.967=4146kW

(n=740r/min)

b) 变频调速系统能耗核算

当扇叶在0°的角度时工况点交到 (风量为615m3/s, 5737Pa) , 而此时仅需风量600m3/s, 风机风量Q=K1n, 所以风机转速应同比降低, 故通过变频装置控制风机速度降低为:

undefined

则:n1=722r/min, 风机速度调整到722r/min, 则此时风机轴功率:

P= (n2/n1) 3×P1

= (n2/n1) 3× (Q×H) / (1000η)

= (722/740) 3× (615×5737) / (1000×0.88)

=0.929×4009

=3724kW

考虑变频装置的效率0.97, 电动机的效率0.967实际耗电为

3634kW/ (0.97×0.967) =3970kW

c) 年节电费

全年的节电为 (4146-3970) kW×8760h=858480kWh=154万度, 按0.46元/度核算, 每年节约电费约71万元。

5 应用效果

1) 节电效果显著。一方面, 采用变频调速装置使风机不再处于 (一定风叶角度下) 满负荷工作状态, 电动机实时功率明显降低, 风机运行在高效区, 从而节约了大量电能;另一方面, 利用调节频率来调节风机转速, 按需调节风量, 大大减少了为了调节风机工况而进行调节风叶角度的停机启动次数 (6000kW通风机每次起机电费在25万元以上) 。

2) 维护量减少。采用变频调速装置启动平稳, 低速运行, 风机的振动、噪声和温度明显降低, 相应地延长了风机组件和零部件的寿命。延长了检修周期, 减少了检修工作量, 节约大量维护费用。

3) 避免了对电网的冲击。风机采用变频调速装置软启动, 降低了启动扭矩和启动电流, 对电网无冲击。

4) 风机自动化程度提高, 可操作性增加, 改善了工人的工作条件。风机在正常运行时噪声明显降低, 改善了值班人员的工作环境。

6 结语

煤矿主通风机采用变频调速装置, 不但实现了软启动, 降低了启动扭矩和启动电流。而且可根据巷道的风量需求方便地进行调速, 提高了主通风机的控制水平, 降低了电能消耗, 应用效果十分理想。

摘要：为了实现节能降耗, 新元公司对韩庄主通风机启动和运行方式进行技术改进。通过对改进前后主通风机运行情况的对比分析, 表明改进后电能大幅度降低、主通风机的控制水平也得到提高。

关键词：超大功率高压变频器,节能分析,应用效果

参考文献

大功率高压变频器 篇7

华能井冈山电厂规划设计容量为192万kW, 分2期建设。一期工程 (2×300MW燃煤发电机组) 于1998年11月17日开工建设, #1机组于2000年12月17日投产, #2机组于2001年8月3日投产;2009年12月25日, 二期工程#4机组顺利通过168h试运行, 圆满实现了#3、#4机组“年内双投”目标, 电厂总装机容量达到192万kW, 成为江西省目前装机容量最大的发电厂。二期工程2×660MW超超临界燃煤发电机组采用东方电气股份有限公司的三大主机设备, 自投运以来, 机组运行稳定。为了进一步提高经济效益、节能降耗、减少对设备的长期磨损, 华能井冈山电厂决定分别对#3机组和#4机组共计4台锅炉引风机进行了变频技术改造, 选用了东方日立 (成都) 电控设备有限公司生产的DHVECTOL-HI04750/06大功率高压变频器。

2 引风机系统

2.1 系统参数

系统各设备技术参数见表1。

2.2 DHVECTOL-HI04750/06型高压变频器

2.2.1 系统构成

DHVECTOL-HI04750/06高压变频器采用单元串联多电平技术, 直接6kV输入, 直接6kV输出。由主控制系统、功率单元、移相变压器和旁通系统组成, 其系统结构和拓扑图分别如图1、图2所示。

该系统由24个功率模块组成, 每8个功率模块串联构成一相, 三相Y连接, 直接输出6 k V到电机。

2.2.2 主控制系统

DHVECTOL-HI04750/06变频器控制系统采用鲁棒型

无速度传感器矢量控制, 对2 4个大功率模块进行频率精确智能控制, 使变频器提供精确稳定的电压和频率输出, 控制系统还对变频器各级系统进行时时监控, 实现故障的及时报警和保护。

控制系统采用日立专用智能变频控制芯片, 变频器具有极高的可靠性和安全性, 同时具有良好的抗干扰和高精度控制性能。

2.2.3 输入侧变压器

移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压, 各副边绕组在绕制时采用延边三角接法, 相互之间有一定的相位差。

系统变压器副边绕组分为8级, 每级电压460V, 相互间移相15°, 构成48脉冲整流方式。这种多级移相叠加的整流方式, 消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流, 可以大大改善网侧的电流波形, 使变频器网侧电流近似为正弦波, 使其负载下的网侧功率因数达到0.95以上, 有效地阻止了向输入侧电网污染。

另外, 由于变压器副边绕组的独立性, 每个功率模块的主回路相对独立, 其工作电压由各个低压绕组的输出电压来决定, 工作在相对的低压状态, 类似常规低压变频器, 便于采用现有的成熟技术。各模块间的相对电压, 由变压器副边绕组的绝缘承担, 避免了串联均压问题。

2.2.4 逆变模块

移相变压器的每级副边绕组的输出作为每个功率模块的三相输入。逆变模块是整台变频器实现变压变频输出的基本单元, 整台变频器的变压变频功能是通过单个功率模块实现的, 每个功率模块都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器。

功率模块整流输入侧用二极管三相全桥不控整流, 中间采用电解电容储能和滤波, 逆变输出侧为4只IGBT组成的H桥, 电路结构如图3所示。

2.2.5 输出侧结构

输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成 (星型接法) 给电机供电, 通过对每个单元的P W M波形进行叠加, 可得到阶梯正弦P W M波形。这种波形正弦度好, dv/dt小, 对电缆和电机的绝缘无损坏, 无须输出滤波器, 就可以延长输出电缆长度, 可直接用于普通电机。同时对电机的谐波损耗大大减少, 消除负载机械轴承和叶片的振动。

2.3 变频器的旁路柜

每一套引风机变频器配置一套手动旁路柜, 直接控制变频器的输入输出, 通过旁路柜的切换操作来实现引风机的工频、变频运行方式的切换。工频、变频侧隔离开关之间采用电气互锁和机械互锁相结合方式, 操作方便、安全可靠。

机组正常运行时, A、B两侧引风机同时采用变频方式运行。当引风机变频器出现重故障时可手动旁路柜切换成工频方式运行, 旁路柜具有明显断点, 实现变频器主回路高压完全隔离, 为变频器的检修提供了安全保障。

旁路柜主回路如图4所示。图4中, QS1、QS2为隔离刀闸开关, 其中QS2为单刀双掷开关。当变频运行状态:合隔离刀闸QS1, QS2置于a点, 按变频启动规程启动变频器;当工频运行状态:Q S 2置于b点, 隔离刀闸Q S 1分断, 按工频启动规程启动电机。

检修变频器时, 断QS1, QS2置于b点;检修电机时, 断QS1, QS2置于a点。

3 变频节能改造效果分析

在不同负荷工况下, 引风机系统现场实际运行参数见表2。

变频改造后, 根据最近负荷率60%~80%, 结合表2初步估算出每台引风机每小时平均可节约电流1 3 0 A左右。

该公司平均上网电价约0.4元/kW.h, 每小时节电价值约合人民币486.3456元。按全年火电设备利用小时数5000h计算, 节电价值约243.1728万元/台, 两台引风机约486.3456万元。

4 结语

近年来, 国内超超临界发电机组装机容量快速增长, 代表着国内火力发电技术的发展方向, 目前大功率高压变频器在660 MW以上超超临界发电机组引风机上的节能改造应用国内尚无成功先例, 东方日立 (成都) 电控设备有限公司大功率高压变频器在华能井冈山电厂的应用案例, 预示着大功率高压变频器在大型火力发电机组的应用前景越来越广。

摘要：介绍DHVECTOL大功率高压变频器在华中地区首台660MW超超临界机组引风机系统中的变频节能增效情况, 结果表明, 采用DHVECTOL大功率高压变频器对引风机进行变频调速节能改造, 具有投资省、见效快、可靠性高等特点。

关键词：高压变频器,发电厂,引风机

参考文献

[1]东方日立 (成都) 电控设备有限公司.高压大功率变频器产品技术手册

[2]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社

大功率高压变频器 篇8

某矿钢缆胶带机的传动装置示意图如图1所示。

为了提高系统工作的灵活性与可靠性, 该矿钢缆胶带机具有两种工作模式:

(1) 正常工作模式 (即双机拖动) , 不使用机械差速器, 每个电机拖动一个驱动轮, 两电机之间无刚性连接, 而是由钢丝绳和胶带构成弹性联接, 两电机的调速回路各自独立。

(2) 备用工作模式 (即单机拖动) , 当其中一套调速装置发生故障时, 可将两驱动轮之间联轴器联接, 变双机拖动为单机拖动, 以维持生产的正常进行。

综上所述, 正常工作情况下, 为了减轻两侧钢丝绳张力与线速度不相等所造成绳、轮、皮带之间磨损严重, 防止发生脱槽、掉带事故, 保障人员、生产安全, 必须要求实现系统两驱动电机之间的速度同步及功率平衡。

1 拖动电机功率平衡控制方案及运行状况

1.1拖动电机功率平衡控制方案

正常工作模式即双机拖动时, 由于钢缆胶带机的两台拖动电机不同轴连接, 为了全过程中实现胶带机两驱动电机之间的速度同步及功率平衡, 则两电机的控制不应是各自独立, 而是彼此相互关联的。因此, 系统通过采集电机电流判断, 进行PID调节以达到两驱动电机之间的速度同步及功率基本平衡。图2、图3为系统速度、电流闭环控制框图。系统的功率平衡调节流程及调节流程。

调节流程: (1) 启动阶段:PLC控制器初始设置同样的速度给定给2台变频器, 启动后, 进行两台变频器电流比较, 以大电流变频器为基准, 调节另一台变频器的速度给定直至电流偏差在设定范围内。 (2) 正常运行阶段:当皮带速度达到额定速度时, 进行两台变频器电流比较, 以小电流变频器为基准, 调节另一台变频器的速度给定直至电流偏差在设定范围内。

1.2运行状况

该矿钢缆胶带机高压变频调速系统于2009年春节利用检修假期实施安装, 经多次调试后成功运行, 充分体现了变频调速软停软启、冲击小、调速精度高等优点, 双机拖动及单机拖动均正常工作, 系统至今已平稳运行半年有余, 有力的保证了煤矿生产。

图4为系统双机拖动时的电控参数界面截图。由两套变频器运行参数可知, 系统的速度同步、电流大小及功率平衡均达到较理想的效果, 满足了现场要求。

2 结语

钢缆胶带机正常工作模式时, 两台拖动电机不同轴连接、电机调速回路各自独立、电机之间必需的速度同步及功率平衡的特点决定了两电机控制的关联性, 实际应用表明, 本文的平衡控制方法是有效的。

摘要：对钢丝绳牵引胶带输送机系统特点进行了分析。介绍了高压变频调速控制下胶带机两独立驱动电机之间的速度同步及功率平衡方案, 实践应用表明, 该方案是有效的。

关键词：高压变频调速,钢丝绳牵引胶带输送机,功率平衡

参考文献

[1]陈康宁.机械工程控制基础.西安交通大学出版社

大功率变频器的维护与检修 篇9

1 交-直-交PWM变频器及其原理介绍

交-直-交PWM变频调速系统调速幅度更大, 应用更为广泛, 是交流调速系统的发展方向。交-直-交变频器可分为电压型和电流型两种。由于硬件功能和控制方法等因素, 电压型变频调速器应用更为广泛。交-直-交PWM变频器的原理为交流电源经整流变为直流电源, 再通过逆变部分按照控制方式有规则地导通截止, 使输出频率可变。交-直-交变频调速系统主回路主要由整流环节、滤波环节和逆变环节三部分构成。整流环节是将交流电源变换为直流电源;滤波环节是吸收由整流环节和逆变器环节产生的电压脉动, 也是储能环节;逆变环节是将直流电变换为交流电。

2 大功率变频器的维护与检修

大功率变频器与其他电气设备一样, 也需要日常的维护和检修。变频器在运行中的可靠性和使用寿命与其日常维护和检修密不可分, 尤其是一些不知名的品牌, 一直在模仿国外知名品牌变频器的外观、电力电子元器件选件、控制技术和安全保护能力, 但其性能与知名品牌变频器之间还存在很大差距。这使得日常维护和定期检修更为重要。

在温度、湿度、灰尘等环境因素的影响下, 变频器中各元器件在运行中会逐渐发生变化。因此, 为延长变频器的使用寿命, 对变频器的日常维护和定期检修必不可少。下面为变频器的日常维护和定期检修内容。

2.1 日常维护内容

日常维护内容包括:①检查周围环境温度、湿度、灰尘情况, 环境温度最好维持在10~30℃之间, 湿度最好保持在40%~60%RH之间, 灰尘越少越好;②检查柜体整流和逆变装置是否有异常振动, 柜内各装置及其元器件是否正常工作, 工作有无异音, 装置温度是否正常, 装置周围环境是否有异味。

2.2 定期检修内容

2.2.1 整流部分

对于整流部分, 要检查的内容有:①进线电压是否正常, 进线电缆是否正常, 有无过热现象, 电缆接头是否紧固;②吸收保护装置是否正常, 进线断路器是否正常, 做分合闸试验, 并紧固各接线端子;③整流装置母排是否有过热情况, 快熔是否良好;④内部可控硅有无损坏;⑤控制供电是否正常, 电源板、控制板和控制操作面板是否正常;⑥通讯模板和通讯网络是否正常;⑦整流装置冷却风机是否正常, 做风机运行试验;⑧制动单元和制动电阻是否正常, 紧固各接线端子。

2.2.2 逆变部分

对于逆变部分, 要检查的内容有:①逆变功率单元是否正常, 快熔是否完好;②电容组是否有漏液现象, 阻容吸收板是否正常, 脉冲板是否正常, 内部IGBT是否良好;③控制供电是否正常, 控制板、电源板和控制操作面板是否正常, 通讯模板和通讯网络是否正常;④逆变装置冷却风机是否正常, 做风机运行试验, 并紧固各接线端子;⑤出线断路器是否正常, 做分合闸试验;⑥电机测温回路是否正常;⑦测试电机风机控制回路是否正常;⑧电机测速编码器是否正常。

在定期检修期间, 需要逐个清洁拆卸下的元器件, 并紧固所有端子和螺栓。这样做可以降低变频装置的故障率, 延长变频装置的在线使用寿命。

3 大功率变频器的维护与检修实例

某钢厂某轧钢生产线主传动装置使用了西门子6SE70系列变频装置, 整流装置为1 200~1 500 kW, 逆变装置为800~1 200 kW, 曾经多次发生过逆变装置内部IGBT、触发板损坏, 直流侧快熔烧损等故障。通过分析, 得出故障发生的原因为:①速度环PI参数设置不当, 机械特性过硬, 出现很小的速度波动都可能出现大电流, 从而引起装置内部元件损坏;②配电室环境较差, 灰尘较多, 致使装置内部积尘较多, 引起内部电气元件短路。

对此采取了以下措施:重新调节速度环PI参数, 然后在保证正常生产工艺的基础上, 降低P参数值, 同时增大I参数, 使系统机械特性偏软一些, 动态响应稍慢一些, 从而有效减少生产过程中装置内出现的冲击大电流, 起到保护逆变装置的目的。

在变频装置日常维护中, 要定期彻底清理内部的积尘, 确保变频装置内部清洁, 降低变频装置的故障率, 延长装置的使用寿命。下面介绍6SE70装机装柜型逆变器拆装及内部清洁步骤:①拆除逆变装置电容组左右两侧的固定螺栓。②拆除固定螺栓后, 拆下电容组插头, 拉电容组左侧把手, 以电容组右侧为轴开门旋转, 转到45°左右 (有些是旋转90°) , 然后水平向上托起, 使门轴脱离卡槽, 取下电容组。取下电容组后, 擦拭电容器内部, 同时检查电容组是否有漏液现象。如果有, 就要及时统计更换。③拆除逆变器内阻容吸收板上的固定螺栓, 然后用清洁剂清洗阻容吸收板。④拆除阻容吸收板下的绝缘片和铜排, 然后用清洁剂清洗、擦拭绝缘片和铜排。⑤拆除触发板上的光纤, 然后用清洁剂清洗触发板, 同时使用酒精棉球擦拭光纤头。⑥拆除IGBT模块, 对IGBT进行清洁, 同时使用指针式万能表测试IGBT模块。⑦拆除左侧通讯板和控制板, 拆除螺栓, 拉出抽屉并拆除电源板, 然后清洗、擦拭通讯板、控制板和电源板。⑧按照拆除时从后向前的顺序组装逆变器各元器件, 从而完成对逆变器的拆装和清洁。

4 结束语

大功率变频器与其他电气设备一样, 日常维护和定期检修工作必不可少。通过掌握大功率变频器的工作和控制原理, 加强对大功率变频器运行环境和运行状态的监测, 并了解大功率变频器拆装清理的方法, 使大功率变频器保持良好的运行效果和正常的生产秩序。

参考文献

高压变频器在水泥厂节能中的应用 篇10

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

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