高壓變頻器的應(yīng)用
2008/9/17 13:42:00
目前,大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種:串級調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。
1.串級調(diào)速—優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率,所以調(diào)速效率比較高,但存在的問題也很多:它不適合于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線式異步電機(jī),必須更換電機(jī):不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),啟動(dòng)過程非常復(fù)雜;啟動(dòng)電流大;調(diào)速范圍有限;響應(yīng)慢,不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制;功率因數(shù)和效率低,并隨著轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降;很難實(shí)現(xiàn)同PLC和DCS等控制系統(tǒng)的配合,對提高裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無益;同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾;進(jìn)一步限制了它的使用,屬落后技術(shù)。
2.內(nèi)反饋串級調(diào)速—內(nèi)反饋串級調(diào)速是在串級調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它在普通繞線電動(dòng)機(jī)的定子繞組(稱主繞組)同槽放置一套繞組(稱調(diào)節(jié)繞組)而制造成的內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī),將該電動(dòng)機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量取出以改變電動(dòng)機(jī)用以產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使主繞組從電網(wǎng)吸收的能量下降來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。優(yōu)點(diǎn):具有串級調(diào)速的全部優(yōu)點(diǎn),體積小。缺點(diǎn):需更換專用電機(jī),滑環(huán)處理不當(dāng)容易出現(xiàn)事故;雖采用頻敏變阻器啟動(dòng),但啟動(dòng)電流仍很大(3-4Ie),對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊很大,啟動(dòng)復(fù)雜;調(diào)速范圍很?。惠斎牍β室驍?shù)和效率低;電機(jī)側(cè)由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波,對電機(jī)的絕緣造成老化,引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、附加發(fā)熱和噪聲污染,所以電纜要求加粗使用;電機(jī)喘振現(xiàn)象無法消除。仍屬于落后技術(shù)。
3.液力耦合器調(diào)速—屬低效調(diào)速方式,調(diào)速范圍有限,高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%,低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%,因效率與轉(zhuǎn)速成正比,低速時(shí)效率極低,精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動(dòng)電流大、裝置大,必須加裝在設(shè)備和電機(jī)之間,不適合改造;無法軟啟動(dòng),耦合器故障時(shí),無法切換運(yùn)行,維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大,不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。
4.高壓變頻調(diào)速—由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù),因此具有其他調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn):
(1)變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面,調(diào)整觸摸式面板,可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速,可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
(2)精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度,完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。
(3)高壓變頻器具有國際通用的外部接口,可以同可編程控制器(PLC)和工控機(jī)等各種儀表連接,并可以與原設(shè)備控制回路相連接,構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng),如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。
(4)具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能,保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)安全可靠。
(5)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng);啟動(dòng)電流小,小于電機(jī)的額定電流;電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間可連續(xù)可調(diào),減少了對電網(wǎng)的影響。
(6)具有就地和異地操作功能,另可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
(7)減少配件損耗,延長設(shè)備使用壽命,提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
通過對幾種調(diào)速方式的比較,最終,大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對EP風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,對比了國內(nèi)外的所有廠家,基于以下幾點(diǎn)原因,選用了利德華福生產(chǎn)的高壓變頻器:
①國內(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績最多;
②系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定;
③全中文界面顯示,適合國內(nèi)用戶;
④針對國內(nèi)用戶量身定做,盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素,在其可靠性,安全性方面有其獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢;
⑤內(nèi)置PLC,易于改變控制邏輯關(guān)系,適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。
1.串級調(diào)速—優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率,所以調(diào)速效率比較高,但存在的問題也很多:它不適合于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線式異步電機(jī),必須更換電機(jī):不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),啟動(dòng)過程非常復(fù)雜;啟動(dòng)電流大;調(diào)速范圍有限;響應(yīng)慢,不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制;功率因數(shù)和效率低,并隨著轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降;很難實(shí)現(xiàn)同PLC和DCS等控制系統(tǒng)的配合,對提高裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無益;同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾;進(jìn)一步限制了它的使用,屬落后技術(shù)。
2.內(nèi)反饋串級調(diào)速—內(nèi)反饋串級調(diào)速是在串級調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它在普通繞線電動(dòng)機(jī)的定子繞組(稱主繞組)同槽放置一套繞組(稱調(diào)節(jié)繞組)而制造成的內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī),將該電動(dòng)機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量取出以改變電動(dòng)機(jī)用以產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使主繞組從電網(wǎng)吸收的能量下降來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。優(yōu)點(diǎn):具有串級調(diào)速的全部優(yōu)點(diǎn),體積小。缺點(diǎn):需更換專用電機(jī),滑環(huán)處理不當(dāng)容易出現(xiàn)事故;雖采用頻敏變阻器啟動(dòng),但啟動(dòng)電流仍很大(3-4Ie),對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊很大,啟動(dòng)復(fù)雜;調(diào)速范圍很?。惠斎牍β室驍?shù)和效率低;電機(jī)側(cè)由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波,對電機(jī)的絕緣造成老化,引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、附加發(fā)熱和噪聲污染,所以電纜要求加粗使用;電機(jī)喘振現(xiàn)象無法消除。仍屬于落后技術(shù)。
3.液力耦合器調(diào)速—屬低效調(diào)速方式,調(diào)速范圍有限,高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%,低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%,因效率與轉(zhuǎn)速成正比,低速時(shí)效率極低,精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動(dòng)電流大、裝置大,必須加裝在設(shè)備和電機(jī)之間,不適合改造;無法軟啟動(dòng),耦合器故障時(shí),無法切換運(yùn)行,維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大,不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。
4.高壓變頻調(diào)速—由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù),因此具有其他調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn):
(1)變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面,調(diào)整觸摸式面板,可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速,可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
(2)精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度,完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。
(3)高壓變頻器具有國際通用的外部接口,可以同可編程控制器(PLC)和工控機(jī)等各種儀表連接,并可以與原設(shè)備控制回路相連接,構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng),如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。
(4)具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能,保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)安全可靠。
(5)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng);啟動(dòng)電流小,小于電機(jī)的額定電流;電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間可連續(xù)可調(diào),減少了對電網(wǎng)的影響。
(6)具有就地和異地操作功能,另可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
(7)減少配件損耗,延長設(shè)備使用壽命,提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
通過對幾種調(diào)速方式的比較,最終,大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對EP風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,對比了國內(nèi)外的所有廠家,基于以下幾點(diǎn)原因,選用了利德華福生產(chǎn)的高壓變頻器:
①國內(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績最多;
②系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定;
③全中文界面顯示,適合國內(nèi)用戶;
④針對國內(nèi)用戶量身定做,盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素,在其可靠性,安全性方面有其獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢;
⑤內(nèi)置PLC,易于改變控制邏輯關(guān)系,適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。
旁路柜采用了一拖一手動(dòng)方案。此結(jié)構(gòu)是手動(dòng)旁路的典型方案,原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成(見圖1,其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器)。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合,在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí),QS1和QS2閉合,QS3斷開;工頻運(yùn)行時(shí),QS3閉合,QS1和QS2斷開。
優(yōu)點(diǎn)是:在檢修高壓變頻器時(shí),有明顯斷電點(diǎn),能夠保證人身安全,同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行等。
缺點(diǎn):高壓變頻器故障時(shí),不能自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)為工頻。
現(xiàn)場原有的水電阻裝置繼續(xù)保留,高壓變頻器安裝后,與原有的水電阻二次回路結(jié)合,取高壓變頻器的變頻狀態(tài)信號(QS1,QS2閉合后輸出變頻狀態(tài)信號)送至水電阻二次回路,該信號有效后通過原有水電阻二次回路,直接短接電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán),切除水電阻裝置,由高壓變頻器對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng);取高壓變頻器工頻旁路信號(QS3閉合后輸出工頻旁路狀態(tài)信號),該信號有效后通過原有水電阻二次回路,恢復(fù)高壓電機(jī)的串水電阻調(diào)速功能,以備高壓變頻器故障期間,用戶仍可以通過原有啟動(dòng)回路啟動(dòng)設(shè)備工頻運(yùn)行。
優(yōu)點(diǎn)是:在檢修高壓變頻器時(shí),有明顯斷電點(diǎn),能夠保證人身安全,同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行等。
缺點(diǎn):高壓變頻器故障時(shí),不能自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)為工頻。
現(xiàn)場原有的水電阻裝置繼續(xù)保留,高壓變頻器安裝后,與原有的水電阻二次回路結(jié)合,取高壓變頻器的變頻狀態(tài)信號(QS1,QS2閉合后輸出變頻狀態(tài)信號)送至水電阻二次回路,該信號有效后通過原有水電阻二次回路,直接短接電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán),切除水電阻裝置,由高壓變頻器對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng);取高壓變頻器工頻旁路信號(QS3閉合后輸出工頻旁路狀態(tài)信號),該信號有效后通過原有水電阻二次回路,恢復(fù)高壓電機(jī)的串水電阻調(diào)速功能,以備高壓變頻器故障期間,用戶仍可以通過原有啟動(dòng)回路啟動(dòng)設(shè)備工頻運(yùn)行。
變頻器工頻旁路原理圖>
圖1:高壓變頻器工頻旁路原理圖
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