高壓變頻器的應用
2008/9/17 13:42:00
目前,大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種:串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速及變頻調速等。
1.串級調速—優點是可以回收轉差功率,所以調速效率比較高,但存在的問題也很多:它不適合于現有的轉子繞線式異步電機,必須更換電機:不能實現軟啟動,啟動過程非常復雜;啟動電流大;調速范圍有限;響應慢,不易實現閉環控制;功率因數和效率低,并隨著轉速的調低急劇下降;很難實現同PLC和DCS等控制系統的配合,對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益;同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網有較大干擾;進一步限制了它的使用,屬落后技術。
2.內反饋串級調速—內反饋串級調速是在串級調速基礎上發展起來的,它在普通繞線電動機的定子繞組(稱主繞組)同槽放置一套繞組(稱調節繞組)而制造成的內反饋串級調速電機,將該電動機部分轉子能量取出以改變電動機用以產生拖動轉矩,使主繞組從電網吸收的能量下降來實現節能。優點:具有串級調速的全部優點,體積小。缺點:需更換專用電機,滑環處理不當容易出現事故;雖采用頻敏變阻器啟動,但啟動電流仍很大(3-4Ie),對電機和電網的沖擊很大,啟動復雜;調速范圍很小;輸入功率因數和效率低;電機側由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波,對電機的絕緣造成老化,引起電機的轉矩脈動、附加發熱和噪聲污染,所以電纜要求加粗使用;電機喘振現象無法消除。仍屬于落后技術。
3.液力耦合器調速—屬低效調速方式,調速范圍有限,高速丟轉約5%-10%,低速轉差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與轉速成正比,低速時效率極低,精度低、線性度差、響應慢、啟動電流大、裝置大,必須加裝在設備和電機之間,不適合改造;無法軟啟動,耦合器故障時,無法切換運行,維護復雜、費用大,不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
4.高壓變頻調速—由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術,因此具有其他調速方式無法比擬的優點:
(1)變頻器采用液晶顯示數字界面,調整觸摸式面板,可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速,可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。
(2)精確的頻率分辨率和高的調速精度,完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。
(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)和工控機等各種儀表連接,并可以與原設備控制回路相連接,構成部分閉環系統,如與原DCS系統實現數據交換和聯鎖控制。
(4)具有電力電子保護和工業電氣保護功能,保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。
(5)電機可實現軟啟動、軟制動;啟動電流小,小于電機的額定電流;電機啟動的時間可連續可調,減少了對電網的影響。
(6)具有就地和異地操作功能,另可通過互聯網實現遠程監控功能。
(7)減少配件損耗,延長設備使用壽命,提高勞動生產效率。
通過對幾種調速方式的比較,最終,大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對EP風機進行改造,對比了國內外的所有廠家,基于以下幾點原因,選用了利德華福生產的高壓變頻器:
①國內高壓變頻器廠家中業績最多;
②系統運行穩定;
③全中文界面顯示,適合國內用戶;
④針對國內用戶量身定做,盡量考慮國內電網的綜合因素,在其可靠性,安全性方面有其獨到的技術優勢;
⑤內置PLC,易于改變控制邏輯關系,適應多變的現場需要。
1.串級調速—優點是可以回收轉差功率,所以調速效率比較高,但存在的問題也很多:它不適合于現有的轉子繞線式異步電機,必須更換電機:不能實現軟啟動,啟動過程非常復雜;啟動電流大;調速范圍有限;響應慢,不易實現閉環控制;功率因數和效率低,并隨著轉速的調低急劇下降;很難實現同PLC和DCS等控制系統的配合,對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益;同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網有較大干擾;進一步限制了它的使用,屬落后技術。
2.內反饋串級調速—內反饋串級調速是在串級調速基礎上發展起來的,它在普通繞線電動機的定子繞組(稱主繞組)同槽放置一套繞組(稱調節繞組)而制造成的內反饋串級調速電機,將該電動機部分轉子能量取出以改變電動機用以產生拖動轉矩,使主繞組從電網吸收的能量下降來實現節能。優點:具有串級調速的全部優點,體積小。缺點:需更換專用電機,滑環處理不當容易出現事故;雖采用頻敏變阻器啟動,但啟動電流仍很大(3-4Ie),對電機和電網的沖擊很大,啟動復雜;調速范圍很小;輸入功率因數和效率低;電機側由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波,對電機的絕緣造成老化,引起電機的轉矩脈動、附加發熱和噪聲污染,所以電纜要求加粗使用;電機喘振現象無法消除。仍屬于落后技術。
3.液力耦合器調速—屬低效調速方式,調速范圍有限,高速丟轉約5%-10%,低速轉差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與轉速成正比,低速時效率極低,精度低、線性度差、響應慢、啟動電流大、裝置大,必須加裝在設備和電機之間,不適合改造;無法軟啟動,耦合器故障時,無法切換運行,維護復雜、費用大,不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
4.高壓變頻調速—由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術,因此具有其他調速方式無法比擬的優點:
(1)變頻器采用液晶顯示數字界面,調整觸摸式面板,可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速,可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。
(2)精確的頻率分辨率和高的調速精度,完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。
(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)和工控機等各種儀表連接,并可以與原設備控制回路相連接,構成部分閉環系統,如與原DCS系統實現數據交換和聯鎖控制。
(4)具有電力電子保護和工業電氣保護功能,保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。
(5)電機可實現軟啟動、軟制動;啟動電流小,小于電機的額定電流;電機啟動的時間可連續可調,減少了對電網的影響。
(6)具有就地和異地操作功能,另可通過互聯網實現遠程監控功能。
(7)減少配件損耗,延長設備使用壽命,提高勞動生產效率。
通過對幾種調速方式的比較,最終,大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對EP風機進行改造,對比了國內外的所有廠家,基于以下幾點原因,選用了利德華福生產的高壓變頻器:
①國內高壓變頻器廠家中業績最多;
②系統運行穩定;
③全中文界面顯示,適合國內用戶;
④針對國內用戶量身定做,盡量考慮國內電網的綜合因素,在其可靠性,安全性方面有其獨到的技術優勢;
⑤內置PLC,易于改變控制邏輯關系,適應多變的現場需要。
旁路柜采用了一拖一手動方案。此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成(見圖1,其中QF為原高壓開關柜內的斷路器)。要求QS2和QS3不能同時閉合,在機械上實現互鎖。變頻運行時,QS1和QS2閉合,QS3斷開;工頻運行時,QS3閉合,QS1和QS2斷開。
優點是:在檢修高壓變頻器時,有明顯斷電點,能夠保證人身安全,同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。
缺點:高壓變頻器故障時,不能自動由變頻轉為工頻。
現場原有的水電阻裝置繼續保留,高壓變頻器安裝后,與原有的水電阻二次回路結合,取高壓變頻器的變頻狀態信號(QS1,QS2閉合后輸出變頻狀態信號)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,直接短接電機轉子滑環,切除水電阻裝置,由高壓變頻器對電機實現軟啟動;取高壓變頻器工頻旁路信號(QS3閉合后輸出工頻旁路狀態信號),該信號有效后通過原有水電阻二次回路,恢復高壓電機的串水電阻調速功能,以備高壓變頻器故障期間,用戶仍可以通過原有啟動回路啟動設備工頻運行。
優點是:在檢修高壓變頻器時,有明顯斷電點,能夠保證人身安全,同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。
缺點:高壓變頻器故障時,不能自動由變頻轉為工頻。
現場原有的水電阻裝置繼續保留,高壓變頻器安裝后,與原有的水電阻二次回路結合,取高壓變頻器的變頻狀態信號(QS1,QS2閉合后輸出變頻狀態信號)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,直接短接電機轉子滑環,切除水電阻裝置,由高壓變頻器對電機實現軟啟動;取高壓變頻器工頻旁路信號(QS3閉合后輸出工頻旁路狀態信號),該信號有效后通過原有水電阻二次回路,恢復高壓電機的串水電阻調速功能,以備高壓變頻器故障期間,用戶仍可以通過原有啟動回路啟動設備工頻運行。
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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