導(dǎo)語：如何才能寫好一篇高壓變頻器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：高壓 變頻器 過電壓故障 危害 原因 解決

正常情況下，直流母線電壓為三相交流輸入線電壓的峰值。以AC700V輸入電壓等級的功率單元為例計(jì)算，直流母線電壓1.414x700=989V。在過電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲能電容電壓將上升，當(dāng)電壓上升至一定的值時(shí)〔通常為正常值的10%？20%），高壓變頻器過電壓保護(hù)動(dòng)作。因此，對于變頻器來說，有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過這個(gè)范圍時(shí)很可能損壞功率單元。

1．過電壓故障的危害

高壓變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓的主要危害表現(xiàn)在以下幾方面。

1．1對功率單元直流回路電解電容器的壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會引起電容器爆裂。因而高壓變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在一定范圍內(nèi)，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

1．2對功率器件如整流橋、IGBT、　SCR的壽命有直接影響，直流母線電壓過高，功率器件的安全裕量減少。例如對AC700V輸入電壓等級的功率單元來說，其功率器件的額定耐壓一般選定在DV1700V左右，考慮器件處在開關(guān)狀態(tài)時(shí)dv∕dt比較大，因此在直流母線電壓過高時(shí)再疊加功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的過電壓，很有可能超過器件的額定耐壓而造成器件擊穿損壞。

1．3對功率單元的控制板造成損壞。一般功率單元中控制板上的。DC∕DC變換器需從直流母線取電，DC∕DC變換器的輸入電壓也有一定的范圍，直流母線電壓過高，　則變換器中開關(guān)管如MOSFET也會擊穿。

2．引起過電壓故障的原因

一般能引起中間直流回路真正過電壓的原因主要來自以下兩個(gè)方面。

2．1來自電源輸入側(cè)的過電壓

正常情況下電網(wǎng)電壓的波動(dòng)在額定電壓的–10%？+10%以內(nèi)，但是，在特殊情況下，電源電壓正向波動(dòng)可能過大。由于直流母線電壓隨著電源電壓上升，所以當(dāng)電壓上升到保護(hù)值時(shí)，變頻器會因過電壓保護(hù)而跳閘。

2．2來自負(fù)載側(cè)的過電壓

由于某種原因使電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即電動(dòng)機(jī)處于實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)時(shí)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過各個(gè)功率單元逆變橋中的四個(gè)IGBT中的續(xù)流二極管回饋到功率單元的直流母線回路中。此時(shí)的逆變橋處于整流狀態(tài)，如果功率單元中沒有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導(dǎo)致中間直流回路的電解電容器的電壓上升，達(dá)到保護(hù)值即會報(bào)出過電壓故障而跳閘。

3．避免過電壓故障的方法

根據(jù)以上針對高壓變頻器過電壓帶來的危害及幾種可能的產(chǎn)生原因的分析，可以從以下四個(gè)方面來盡最大可能避免過電壓故障的產(chǎn)生：一是避免電網(wǎng)過電壓進(jìn)入到變頻器輸入側(cè)；二是避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)；三是提高過電壓檢測回路的抗干擾性；四是中間直流回路多余能量應(yīng)及時(shí)處理。下面介紹主要的處理方式。

3．1在電源榆入側(cè)增加吸收裝置，減少變頻器榆入側(cè)過電壓因素

對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

3．2從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器中可設(shè)定的參數(shù)主要有兩個(gè)：減速時(shí)間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負(fù)載減速時(shí)間時(shí)，變頻器減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負(fù)載動(dòng)能逐漸釋放；該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時(shí)該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對負(fù)載減速時(shí)間有限制，而在限定時(shí)間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能或先設(shè)定變頻器不過電壓情況下可減至的頻率值，暫緩后再設(shè)定下一階段變壓器不過電壓情況下可減至的頻率值，即采用分段減速方式。

3．3采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法

中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當(dāng)增大回路的電容量或及時(shí)更換運(yùn)行時(shí)間過長且容量下降的電容器#解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設(shè)計(jì)階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓保護(hù)能力的提高。

3．4在條件允許的情況下適當(dāng)降低功率單元輸入電壓

目前變頻器功率單元整流側(cè)采用的是不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回〖路電壓也高，有些用戶處電網(wǎng)電壓長期處于最大正向波動(dòng)值附近。電網(wǎng)電壓越高則變頻器中間直流回路電壓也越高，對變頻器承受過電壓能力影響很大。可以在高壓變頻器內(nèi)配置的移相整流變壓器高壓側(cè)預(yù)留﹢5%、　0分接頭，一般出廠時(shí)移相變壓器輸入側(cè)都默認(rèn)接在0分接頭處。在電壓偏高時(shí)，可以將輸入側(cè)改接在﹢5%分接頭上，這樣可適當(dāng)降低功率單元輸入側(cè)的電壓，達(dá)到相對提高變頻器過電壓保護(hù)能力的目的。

3．5增強(qiáng)過電壓檢測電路的可靠性和抗干擾性

前面提到過電壓檢測電路分為高壓采樣部分和低壓隔離比較部分，因此提高整個(gè)電路的可靠性和抗干擾性要從以下兩方面入手。

3．5．1中間直流母線到電路板上的兩根連接導(dǎo)線要采用雙絞線，并且線長應(yīng)盡量短，電路板檢測回路的入口處要增加濾波電容；降壓電阻應(yīng)選用功率裕性好、溫漂小的電阻。

3．5．2低壓部分要采用工業(yè)等級的基準(zhǔn)源，采用高共模抑制比的光耦參數(shù)以提高光耦一、二次側(cè)的抗干擾能力。

3．6在輸入側(cè)增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加可控整流電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但可控整流橋價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜，不是較經(jīng)濟(jì)的方法。這樣在實(shí)際中就限制了它的應(yīng)用，只有在較高級的場合才使用。

3．7采用增加泄放電阻的方法

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關(guān)鍵詞 高壓變頻器；原理；應(yīng)用

中圖分類號：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-113-01

現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，擁有大量的大功率風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備，例如高爐鼓風(fēng)機(jī)、煉鋼制氧機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、石化生產(chǎn)的壓縮機(jī)，還有電力工業(yè)的給水泵、引風(fēng)機(jī)，礦山的排水泵、排風(fēng)扇以及城市供水泵等、這些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高壓交流電動(dòng)機(jī)，如果不用調(diào)速裝置，將使電能造成很大的浪費(fèi)。軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等也常用大功率高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或牽引，也需要調(diào)速裝置來進(jìn)行精確控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高壓電動(dòng)機(jī)用電量占總的電動(dòng)機(jī)用電量的2/3以上。因此，在工作實(shí)踐中不斷加強(qiáng)對高壓變頻器的原理及應(yīng)用的分析是十分必要的。

1 高壓變頻器的原理及分類

1.1 原理分析

所謂高壓變頻器，一般情況下是指電壓高于AC380V的變頻器，常見的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV電壓等級。由于和電網(wǎng)電壓相比，只能算作中壓，因此在國外通常也稱這類變頻器為中壓變頻器（MidiumVoltage）。高壓變頻器和低壓變頻器實(shí)質(zhì)上區(qū)別不大，在變頻原理、機(jī)械特性與負(fù)載特性、控制技術(shù)、對周邊電氣設(shè)備的影響等方面基本上是相同的。只是由于開關(guān)器件的耐壓、造價(jià)和諧波對周邊設(shè)備影響較大等原因，開發(fā)了新的高壓變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此外因負(fù)載對動(dòng)穩(wěn)態(tài)的要求較高，故對PWM控制方法及控制技術(shù)等方面也有許多新的開發(fā)。

1.2 高壓變頻器的分類

高壓變頻器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為兩類結(jié)構(gòu)方式：第一類為高一低一高式高壓變頻器，由降壓變壓器將電網(wǎng)高壓降為市用低壓（如400 V），接人一般低壓變頻器變頻，再經(jīng)升壓變壓器升為高壓，驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)，包含了高、低、高三個(gè)環(huán)節(jié)，故稱為高一低一高式高壓變頻器；第二類為高一高式高壓變頻器，變頻器直接接到電網(wǎng)高壓，變頻后直接接到高壓電動(dòng)機(jī)，只有高、高兩個(gè)環(huán)節(jié)，沒有低壓環(huán)節(jié)，故稱為高一高式高壓變頻器。這類變頻器又分開關(guān)器件串聯(lián)式、鉗位式和功率單元串聯(lián)式三種高壓變頻器。所謂開關(guān)器件串聯(lián)是指一般兩電平變頻器每個(gè)橋臂用兩個(gè)或兩個(gè)以上開關(guān)器件串聯(lián)，以適應(yīng)承受高壓的需要。高壓變頻器按輸出電平可分為兩電平和多電平兩類，兩電平變頻器輸出只有兩個(gè)電平，包括高一低一高式、開關(guān)器件串聯(lián)式高壓變頻器；多電平變頻器是指輸出多于兩電平的變頻器，包括鉗位式變頻器和功率單元串聯(lián)式變頻器，其中三電平鉗位式變頻器應(yīng)用最廣。

2 電廠應(yīng)用高壓變頻器的問題與對策

2.1 選擇合適的高壓變頻器類型

在電廠實(shí)際生產(chǎn)中，特別是100 MW以上的機(jī)組，生產(chǎn)輔機(jī)中高壓電機(jī)占主要地位，這部分的負(fù)載用電占廠自用電的比例很大，因此，使用高壓變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造大有潛力。火電廠可以使用高壓變頻器的負(fù)載很多，主要有鍋爐引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、灰漿泵以及給料系統(tǒng)等。目前，結(jié)合電廠負(fù)荷實(shí)際情況做好選型工作是使用高壓變頻技術(shù)最重要的一步。工程實(shí)踐中，通常選用高―低―高型變頻器以及直接高壓型變頻器中的三電平方案和單元串聯(lián)多電平方案。①負(fù)載容量小于500 kW這個(gè)容量范圍的變頻器占全廠總負(fù)荷比例較小，無論是老設(shè)備改造還是新建的項(xiàng)目，當(dāng)諧波并非主要問題時(shí)，完全可以采用6脈沖（或者12脈沖），價(jià)格低廉，投資回報(bào)快，相比之下如果采用變頻器，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因，單位價(jià)格（元/kW）非常高，有些大材小用。當(dāng)然更為理想的是能夠采用扃―中方案，變頻器直接驅(qū)動(dòng)690VAC電機(jī)，系統(tǒng)效率和應(yīng)用效果都能處于最佳。②負(fù)載容量在500 kW-800 kW之間此段容量的高壓變頻器既可以采用高―低―高方案，也可以采用直接輸出高壓方案，這就需要用戶對裝置性能、諧波影響、裝置尺寸、安裝場地、投資運(yùn)算、使用維護(hù)等多方面綜合進(jìn)行評估。通常情況下，對于新建項(xiàng)目，采用高―中方案，變頻器直接驅(qū)動(dòng)690VAC電機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能價(jià)格比較高，而對于老設(shè)備改造項(xiàng)目，如果原有電機(jī)不做改動(dòng)，那么采用三電平電壓源型高壓變頻器和單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器比較合適。③負(fù)載容量在800 kW以上800 kW以上的高壓變頻器負(fù)荷容量相對較大，對于高―低―高或高―中方案來說，690VAC部分的輸出電流比較大，截面積較大的輸出電纜不便于鋪設(shè)和連接，因此適宜選用直接輸出高壓型方案，建議采用三電平電壓源型高壓變頻器或者單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器。

2.2 實(shí)際應(yīng)用中的問題與對策

高壓變頻器是集電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為一體的大型電氣設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中可能碰到各種具體問題需要采取不同對策，以保證設(shè)備長期可靠運(yùn)行。

1）變頻器散熱無論是哪種形式的高壓變頻器，其正常發(fā)熱量大約為容量的4%-6%。對于安裝場所來說，必須做好通風(fēng)散熱，過高的環(huán)境溫度會使變頻器輸出功率降低，并加速電子元件的老化，影響變頻器使用壽命，因此建議給變頻器加裝通風(fēng)散熱風(fēng)道或加裝空調(diào)。

2）變頻電機(jī)普通電機(jī)通過自有的風(fēng)扇冷卻，但在變頻調(diào)速過程中其冷卻效果隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速降低而下降，對于長期運(yùn)行在較低頻率且需要輸出較大轉(zhuǎn)矩的場合，應(yīng)當(dāng)考慮采用獨(dú)立電源供電的變頻電機(jī)。

3）變壓器幾乎所有形式的高壓變頻器都有進(jìn)線變壓器，如果采用干式變壓器放置在配電室內(nèi)，最好能配置柜體，并考慮散熱。

4）控制電源某些品牌高壓變頻器需要低壓控制電源，建議對控制電源增設(shè)UPS保證可靠供電，防止因控制電源故障導(dǎo)致變頻器跳閘。

5）旁路刀閘切換對于重要場合的負(fù)載，建議增加工頻旁路，可以采用簡單可靠的旁路刀閘（3只刀閘）配置成切換柜，3只刀閘間建立相互聯(lián)鎖的關(guān)系，當(dāng)變頻器故障跳閘后通過刀閘切換，使工頻電網(wǎng)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：無諧波、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高壓變頻器、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

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1．概述

長期以來，水泥行業(yè)都是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，在國家政策大力提倡推行節(jié)能的大形勢下，提高水泥行業(yè)的節(jié)約型制造和應(yīng)用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義逐漸增大。特別是近年來新型干法水泥生產(chǎn)線，規(guī)模越來越大，因此節(jié)能空間也越來越大。在目前輥式磨系統(tǒng)水泥生產(chǎn)線的工藝設(shè)備配置中，高壓風(fēng)機(jī)有立磨風(fēng)機(jī)、后排風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、窯頭余風(fēng)風(fēng)機(jī)、煤磨風(fēng)機(jī)、水泥磨風(fēng)機(jī)、輥壓機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)等等，而這些風(fēng)機(jī)所耗電能大約要占總消耗電能的25%~30%。所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此能否降低風(fēng)機(jī)的電耗，對提高效益，降低水泥生產(chǎn)成本是至關(guān)重要的。通過高壓變頻器在很多生產(chǎn)線上的應(yīng)用證明，高壓變頻器在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，不但可以通過變頻器控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量，而且風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻后，節(jié)電率在30%~50%的范圍內(nèi)，節(jié)約了大量能源，提高生產(chǎn)效率，使得水泥廠的效益達(dá)到了最大化。以下就結(jié)合無諧波高壓變頻器的原理以及在水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)于高壓變頻器

無諧波高壓變頻器是采用若干個(gè)變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。在變頻器中，由多個(gè)低壓單元串聯(lián)連接，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高壓輸出?；谶@種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得無諧波高壓變頻器具備了在維護(hù)、功率品質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn)，另外變頻器通過快速功率單元旁路，是系統(tǒng)的可靠性大大增加。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波危害小，輸入功率因素高，無需采用輸入諧波濾波器和功率因素補(bǔ)償裝置。輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音，輸出dv/dt，共模電壓等問題，不必設(shè)置輸出濾波器就可以用于普通的異步電機(jī)。

圖1：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖可以看出，它是基于功率單元電壓串聯(lián)結(jié)構(gòu)，A、B、C為功率單元，其結(jié)構(gòu)圖中，變頻器輸入為三相交流電壓，可選任何電壓等級，星形或三角連接，輸出6~7.2kV，可直接接入三相感應(yīng)電機(jī)。

傳統(tǒng)的變頻器擁有5個(gè)獨(dú)立部件，即輸入濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償、隔離變壓器、逆變裝置和輸出濾波器。而無諧波高壓變頻器完美的輸入/輸出特性，因此其內(nèi)部僅需隔離變壓器和變頻器兩個(gè)主要部件。與普通采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，由于采用整個(gè)功率單元串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅(qū)動(dòng)電路簡單，技術(shù)成熟可靠。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修業(yè)非常方便。由于采用功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以可以采取功率單元旁路技術(shù)，當(dāng)功率單元故障時(shí)，控制系統(tǒng)可以將故障單元自動(dòng)旁路，采用中心點(diǎn)漂移技術(shù)，變頻器仍可降額繼續(xù)運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

無諧波高壓變頻器的應(yīng)用

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由三個(gè)高壓隔離開關(guān)組成，這三個(gè)高壓隔離開關(guān)在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖，在變頻和工頻運(yùn)行時(shí)，分別聯(lián)鎖動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器用戶高壓開關(guān)進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開高壓開關(guān)，工頻旁路時(shí)，變頻器允許高壓開關(guān)合閘，撤消對高壓開關(guān)的跳閘信號，使電機(jī)能正常通過高壓開關(guān)合閘工頻啟動(dòng)。

下面對立磨風(fēng)機(jī)和后排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，通過高壓變頻器在立磨風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，節(jié)能效果相當(dāng)明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。后排風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開啟在70%左右，電機(jī)全速運(yùn)行；立磨風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行，風(fēng)門全開。因現(xiàn)場工況變化不是很大，變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在42Hz左右，與調(diào)節(jié)檔板時(shí)的消耗功率大大減少，節(jié)電效果與經(jīng)濟(jì)效益顯著，兩者電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：

立磨風(fēng)機(jī)的節(jié)能率為：（832-658）/832=20.9%，該風(fēng)機(jī)年運(yùn)行時(shí)間按280天，每度電按0.5元計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)：（832-658）×24×280×0.5=584640元。

另外立磨風(fēng)機(jī)由于變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在42Hz（生產(chǎn)時(shí)），電機(jī)及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸溫降低，噪音和振動(dòng)降低，電機(jī)碳刷消耗量減少，整體維護(hù)周期大大延長。操作人員在DCS側(cè)通過監(jiān)控界面很方便的調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行頻率，調(diào)節(jié)及時(shí)，調(diào)節(jié)精度高，由于電機(jī)變頻改造后轉(zhuǎn)速降低，輸出功率大大降低，電機(jī)的溫升也沒有升高。因此高壓變頻器的應(yīng)用效果明顯，帶來極大的效益。

結(jié)束語

篇4

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī)；高壓變頻器；應(yīng)用

煤礦提升機(jī)的主要任務(wù)就是將采集到的原煤安全的提升到地面，這是一項(xiàng)長期重復(fù)操作的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，然而煤礦提升機(jī)的工作又是在比較復(fù)雜條件下進(jìn)行，提升機(jī)的拖動(dòng)裝置需要不停的完成啟動(dòng)、調(diào)速和停止之間的轉(zhuǎn)換，所以探討高壓變頻技術(shù)在煤礦提升機(jī)的應(yīng)用具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。以往常用的交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)都存在一些弊端，直流調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)速電阻在工作時(shí)會產(chǎn)生大量的熱損耗，造成能源的浪費(fèi)，另外調(diào)速運(yùn)行過程也不是很平穩(wěn)，容易引起設(shè)備的故障。交流調(diào)速系統(tǒng)首先的問題就是體積大，重量大，系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)和工藝比較復(fù)雜，故障率高，造成維修費(fèi)用支出較大。高壓變頻器彌補(bǔ)了上述的缺點(diǎn)，保證了提升機(jī)安全穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。

一、煤礦提升機(jī)目前的技術(shù)參數(shù)以及調(diào)速現(xiàn)狀

就目前我國的礦井提升機(jī)的工作狀況來看，一般采用的是交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的工作方式，由調(diào)速電阻、異步電動(dòng)機(jī)、電壓控制裝置以及鋼繩組成。采用調(diào)速電阻進(jìn)行調(diào)速控制，導(dǎo)致加速時(shí)間過長，減速過程也是比較緩慢，這一過程還會產(chǎn)生大量的能量消耗，加減速過程的緩慢、不靈敏，會可能造成設(shè)備操作的失誤，而且交流異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候電機(jī)的沖擊電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電流，容易造成設(shè)備的損壞。

二、高壓變頻器的優(yōu)點(diǎn)

高壓變頻采用的是變頻單元串聯(lián)的方式，對電機(jī)絕緣不會造成損害，另外變頻調(diào)速器被稱為無諧波的變頻器，它采用輸入多重化的技術(shù)，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生諧波污染。高頻變壓器的輸入功率因素較高，這樣的優(yōu)勢使得它對電網(wǎng)以及其他設(shè)備，沒有過多的干擾。高壓變頻器內(nèi)置PLC編程軟件，編程軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器，完成提升速度的控制，保證提升機(jī)穩(wěn)定安全的運(yùn)行，建少了設(shè)備維修的費(fèi)用，節(jié)約效果明顯。

三、高壓變頻器的工作原理

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，變頻技術(shù)的理論在實(shí)際中的得到的應(yīng)用也越來越廣泛。在控制理論方面，高壓變頻器一般采用矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制的方式，在調(diào)速控制方面，采用數(shù)字信號處理器以及高級專用集成電路來控制，使得調(diào)速系統(tǒng)的集成度越來越高。在使用功能方面，除了基本的外部調(diào)速功能外，內(nèi)置的PLC編程軟件還能夠完成編程，控制提速等功能。一般高壓變頻器采用的是多單元串聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)高壓，使得相電壓的變化在規(guī)定的范圍內(nèi)。變頻單元采用的交-直-交的三相可控整流，通過控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)。總之，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)作為一種高新技術(shù)的節(jié)能產(chǎn)品，采用先進(jìn)的單元串聯(lián)多電平技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)等，具有高效節(jié)能、高功率因數(shù)、高可靠性等特點(diǎn)、

四、高壓變頻器應(yīng)用于煤礦提升機(jī)中的效益

1、直接節(jié)能效果

使用高壓變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速技術(shù)完全取代了以前的調(diào)速電阻，在調(diào)速運(yùn)行時(shí)，調(diào)速電阻會產(chǎn)生大量的熱量損耗，造成了能源的浪費(fèi)，然而變頻調(diào)速可以在提升機(jī)減速運(yùn)行的時(shí)候，使電動(dòng)機(jī)短時(shí)間發(fā)電運(yùn)行，將電能再重新反饋給電網(wǎng)，節(jié)約能源。另外，變頻器的使用可以大大減少設(shè)備的維修次數(shù)，降低維修費(fèi)用，有明顯的節(jié)約效果。

2、提高產(chǎn)量

煤礦提升機(jī)要將原煤提升運(yùn)送到地面，這樣才能保證采礦的產(chǎn)量。提升機(jī)的效率是完成任務(wù)的前提保障，地面到井底的距離是固定的，所以為達(dá)到高效運(yùn)行，就要使提升機(jī)能夠快速的進(jìn)行升降速的轉(zhuǎn)換，距離相同的情況下，轉(zhuǎn)換的速度提高了，提升的時(shí)間也就相應(yīng)的縮短了。這樣一來每天在相同的工作時(shí)間內(nèi)，采用高頻變壓器可以使提升機(jī)往返的次數(shù)增加，提升的煤礦量也就自然的增加，長時(shí)間的積累下來，將會產(chǎn)生很大效果，能夠大大的提高煤礦挖掘的產(chǎn)量，提升工作效率。

3、延長設(shè)備的使用壽命

高壓變頻器的變頻提速實(shí)現(xiàn)做到精準(zhǔn)，平穩(wěn)的控制過程，在提升過程中能夠保證提升繩的擺動(dòng)幅度在最小的范圍內(nèi)，并且保證設(shè)備平穩(wěn)快速的降在指定的地點(diǎn)，避免出現(xiàn)過放事故，造成人員安全問題和設(shè)備損壞問題，同時(shí)高頻調(diào)速能夠降低設(shè)備的發(fā)熱量，減小噪音，為設(shè)備的安全使用和人員的工作環(huán)境提供了更好的保障。減少了機(jī)械沖擊，保證了運(yùn)行的平穩(wěn)，有效的延長了設(shè)備的使用壽命，為企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

總結(jié)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)產(chǎn)品正在被逐步的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中來，使得生產(chǎn)過程更加智能化、數(shù)字化、精確化。高壓變頻器的應(yīng)用能夠有效地改善煤礦提升機(jī)的工作狀況，大大降低了設(shè)備的能耗，延長了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)還大大的提高了企業(yè)的產(chǎn)量。大量的事實(shí)證明，高壓變頻器在產(chǎn)品性能和專業(yè)技術(shù)方面都有著很大經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的優(yōu)勢，這項(xiàng)技術(shù)順應(yīng)了現(xiàn)代社會節(jié)能改造的要求，在煤礦行業(yè)中能夠創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭永庫，王殿東，王超越.四象限高壓變頻器在煤礦副井提升機(jī)中的作用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（8）：23-24.

篇5

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；故障診斷；專家系統(tǒng)

1、變頻器故障診斷過程中存在的問題

目前，在冶金、鋼鐵、石油、化工、水處理等各行業(yè)中，高壓變頻器被廣泛用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)及各種大型機(jī)械，已成為當(dāng)今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段之一。高壓變頻器運(yùn)行時(shí)一旦發(fā)生故障，輕則使調(diào)速系統(tǒng)不能正常工作，重則導(dǎo)致設(shè)備損壞，極大的影響了生產(chǎn)系統(tǒng)并會帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。變頻器故障診斷過程中主要存在以下問題：一、領(lǐng)域?qū)＜覕?shù)量短缺，技術(shù)力量相對薄弱；二、診斷過程中普遍存在隨意性和盲目性；三、故障知識資料管理不規(guī)范，必要時(shí)查閱困難。此外，變頻器的故障診斷技術(shù)大多數(shù)針對通用變頻器，對高壓變頻器故障診斷技術(shù)的研究則較少。因此，建立高效準(zhǔn)確的高壓變頻器的故障診斷專家系統(tǒng)顯得尤為重要。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)利用此系統(tǒng)可以迅速找出故障的性質(zhì)、原因及處理方法，盡快排除故障并恢復(fù)生產(chǎn)。

2、變頻器故障診斷技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1基于信號處理的變頻器故障診斷

國內(nèi)：提出用傅立葉方法診斷三相全控整流電路的故障。通過對關(guān)鍵信號波形進(jìn)行傅立葉分析，將時(shí)域信息變換到頻域分析，根據(jù)幅值特征診斷出是哪一種故障，再利用相位特征診斷到故障類型中的具體故障元。

國外：提出基于沃爾什分析法的三相全控整流電路診斷方法。通過電路中包含故障信息的關(guān)鍵點(diǎn)波形做沃爾什變換，將時(shí)域中波形的一個(gè)周期變換到頻率域中，利用頻率域中的故障特征，實(shí)現(xiàn)故障的檢測與定位。

基于信號處理的故障診斷方法，無需對象的數(shù)學(xué)模型，靈敏度高，診斷速度快，實(shí)現(xiàn)簡單，可在線實(shí)時(shí)故障診斷，但最大的難點(diǎn)是故障特征判別參數(shù)的設(shè)定，沒有一種通用的、切實(shí)可行的設(shè)定方法，通常需要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)整理歸納來設(shè)定。

2.2基于故障樹的變頻器故障診斷

故障樹診斷原理：故障樹模型是一個(gè)基于被診斷對象結(jié)構(gòu)、功能特性的行為模型，是一種定型的因果模型，以系統(tǒng)最不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹狀結(jié)構(gòu)。它反映了特征向量和故障向量（故障原因）之間的全部邏輯關(guān)系。

基于故障樹的變頻器故障診斷方法的步驟：① 選擇合理的頂事件，一般以待診斷對象故障為頂事件；② 根據(jù)對變頻器進(jìn)行的故障分析，建立正確合理故障樹；③ 選擇合理的搜尋方式（邏輯推理診斷法和最小割集診斷法），進(jìn)行故障搜尋與診斷。故障樹法對故障源的搜尋，直接簡單、靈活性大、通用性好，它是以正確故障樹結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，因此建造正確合理的故障樹是診斷的核心和關(guān)鍵。

2.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻器故障診斷

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)為故障診斷問題提供了一種新的解決途徑。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合領(lǐng)域知識，開發(fā)故障診斷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對診斷對象的狀態(tài)識別和故障分類、推理故障原因，特別對復(fù)雜系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。由于基于解析模型的故障診斷方法面臨著建立數(shù)學(xué)模型的實(shí)際困難，基于知識的故障診斷方法成了重要的、也是實(shí)際可行的方法。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FO非線性映射特性、信息的分布存儲、并行處理和全局集體作用，特別是高度的自組織和自學(xué)習(xí)能力，使其成為故障診斷的一種有效方法和手段，并己在許多實(shí)際系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。變頻裝置是一個(gè)隨機(jī)性、模糊性很強(qiáng)的系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的方法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地、快速地故障檢測和定位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了有效途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷雖然有它獨(dú)特的優(yōu)越性，但也存在一些困難，主要表現(xiàn)在三方面：一是訓(xùn)練樣本獲取困難；二是忽視了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識；三是網(wǎng)絡(luò)權(quán)值形式表達(dá)方式難以理解。

3、高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)的功能分析

高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)通過總結(jié)專家所擁有的故障經(jīng)驗(yàn)，形成故障現(xiàn)象與原因之間的判斷規(guī)則，利用新故障現(xiàn)象與判斷規(guī)則的匹配關(guān)系，診斷故障原因并顯示處理方法。從軟件工程的角度來看，深入、透徹地了解和分析用戶需求，并在此基礎(chǔ)上建立合理、實(shí)用的軟件結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的一步。隨著診斷理論與技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，用戶對專家系統(tǒng)提出了更高的要求。用戶需求可分為如下幾個(gè)方面：(1)能涵蓋高壓變頻器的所有常見故障，對每一個(gè)故障，都能給出一個(gè)適當(dāng)診斷結(jié)果（故障原因、處理方法等）。(2)推理診斷速度較快，診斷結(jié)果準(zhǔn)確率較高，可以提供近乎高壓變頻器專家的較為詳細(xì)的故障處理方法。(3)

專家系統(tǒng)須具有缺陷庫自我豐富、判斷規(guī)則自我擴(kuò)充的功能，能在不斷判斷故障、進(jìn)行分析的過程中，提高診斷準(zhǔn)確程度，逐漸豐富功能。(4)人機(jī)對話的質(zhì)量要高，專家系統(tǒng)輸出結(jié)果和解釋時(shí)用詞要易于用戶接受；用戶界面要友好，操作要容易。根據(jù)以上高壓變頻器故障診斷的功能需求分析，提出了故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其功能框圖如圖1所示。

圖1專家系統(tǒng)功能框圖

專家系統(tǒng)從功能上分為四部分：知識庫管理、故障樹分析、故障診斷和診斷報(bào)告管理。

(1)知識庫管理

知識庫管理的主要作用是管理高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)的診斷知識庫，可實(shí)現(xiàn)規(guī)則瀏覽和故障樹管理的功能，它們均需故障樹的支持。規(guī)則瀏覽模塊的功能是使用戶可以快速瀏覽規(guī)則屬性、故障原因及處理方法等內(nèi)容。打開規(guī)則瀏覽界面窗口可以看到編輯好的規(guī)則，也可以通過檢索快速檢索到需要查看的規(guī)則。

故障樹管理模塊設(shè)有專家和普通用戶登陸窗口，只有高壓變頻器專家可以使用。故障樹管理模塊的功能是管理故障樹，專家可以對故障樹進(jìn)行增加、修改或刪除操作，使診斷知識庫更加準(zhǔn)確和完整。

(2)故障樹分析

由于診斷知識庫中的知識允許專家進(jìn)行添加、修改、刪除等操作，這勢必會引起故障樹定性和定量分析結(jié)果的改變，從而影響各底事件在規(guī)則中的優(yōu)先級順序。為了保持運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須重新對故障樹進(jìn)行分析。這一功能可實(shí)現(xiàn)故障樹的定性、定量計(jì)算、底事件概率和重要度曲線顯示及重要度排序等功能。此模塊只供高壓變頻器專家使用，專家可通過更改診斷知識庫中的知識及其發(fā)生概率來重新進(jìn)行故障樹分析。

(3)故障診斷

故障診斷模塊是專家系統(tǒng)的核心部分，用戶通過輸入故障關(guān)鍵字訪問知識庫，獲取診斷信息，經(jīng)過專家系統(tǒng)的推理得到最終診斷結(jié)果，借助友好的人機(jī)界面將推理過程和診斷結(jié)果提供給用戶。

(4)診斷報(bào)告顯示

系統(tǒng)提供生成診斷報(bào)告及查看歷史報(bào)告的功能。用戶可以將診斷結(jié)果保存下來，也可隨時(shí)調(diào)出歷史診斷報(bào)告查看或借鑒。

本文針對高壓變頻器運(yùn)行過程中時(shí)常發(fā)生故障，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益的情況，運(yùn)用故障樹分析法，廣泛汲取領(lǐng)域?qū)＜抑R，開發(fā)出一套高壓變頻器故障診斷專家系統(tǒng)。利用本系統(tǒng)可以使運(yùn)行、檢修人員快速、準(zhǔn)確地診斷出高壓變頻器的故障原因和處理方法，進(jìn)而提高高壓變頻器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn):

篇6

摘要：本文主要闡述我廠所使用的羅賓康高壓變頻器的系統(tǒng)組成及其技術(shù)特點(diǎn)，并介紹在我廠延遲焦化氣壓機(jī)設(shè)備使用中所產(chǎn)生的問題進(jìn)行闡述、分析，進(jìn)而采取有效的應(yīng)對對策，解決生產(chǎn)實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 發(fā)熱 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電容 逆變 溫度

1、前言

目前世界上的高壓變頻器不像低壓變頻器一樣具有成熟一致的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而限于功率器件的電壓耐量和高壓使用的矛盾，國內(nèi)外各高壓變頻器的生產(chǎn)廠商采用不同的功率器件和不同的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的電壓等級和各種拖動(dòng)的設(shè)備要求，因而在各項(xiàng)性能指標(biāo)和適應(yīng)范圍上也各有差異。

主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：

（1）功率器件串聯(lián)二電平直接高壓變頻；

（2）采用HV-IGBT、IGCT的多電平電壓源型變頻器；

（3）采用LV-IGBT的單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器等。

2、單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器技術(shù)

2.1 西門子羅賓康公司利用單元串聯(lián)多重化技術(shù)，生產(chǎn)出功率為315kW～10MW的完美無諧波

（PERFECTHARMONY）高壓變頻器，無須輸出變壓器實(shí)現(xiàn)了直接3.3kV或6kV高壓輸出；首家在高壓變頻器中采用了先進(jìn)的IGBT功率開關(guān)器件，達(dá)到了完美無諧波的輸出波形，無須外加濾波器即可滿足各國供電部門對諧波的嚴(yán)格要求；輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，THD<1%，總體效率（包括輸入隔離變壓器在內(nèi)）高達(dá)97%。達(dá)到這么高指標(biāo)的原因是采用了三項(xiàng)新的高壓變頻技術(shù)：一是在輸出逆變部分采用了具有獨(dú)立電源的單相橋式SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加；二是在輸入整流部分采用了多相多重疊加整流技術(shù)；三是在結(jié)構(gòu)上采用了功率單元模塊化技術(shù)。

2.2 單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器主電路基本構(gòu)成

所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個(gè)低壓PWM功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個(gè)多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動(dòng)。多重化技術(shù)從根本上解決了一般6脈沖和12脈沖變頻器所產(chǎn)生的諧波問題，可實(shí)現(xiàn)完美無諧波變頻。

2.2.1 6kV變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為6kV變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，每組由5個(gè)額定電壓為690V的功率單元串聯(lián)，因此相電壓為690V×5=3450V，所對應(yīng)的線電壓為6000V。

2.2.2 五功率單元串聯(lián)變頻器的電氣連接

圖2為五功率單元串聯(lián)變頻器的電氣連接，每個(gè)功率單元由輸入隔離變壓器的15個(gè)二次繞組分別供電，15個(gè)二次繞組分成5組，每組之間存在一個(gè)12°的相位差。每個(gè)功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構(gòu)成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。

2.2.3 功率單元電路

圖3為功率單元電路，每個(gè)功率單元輸出電壓為1、0、-1三種狀態(tài)電平，每相5個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生11種不同的電平等級，分別為±5、±4、±3、±2、±1和0。

2.2.4 一相合成的正波輸出電壓波形。

圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。

2.3 多重化技術(shù)構(gòu)成的高壓變頻器技術(shù)分析

多重化技術(shù)構(gòu)成的高壓變頻器，也稱為單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個(gè)功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/5的輸出相電壓和1/15的輸出功率。變頻器由于采用多重化PWM技術(shù)，由5對依次相移12°的三角載波對基波電壓進(jìn)行調(diào)制。對A相基波調(diào)制所得的5個(gè)信號，分別控制A1～A5五個(gè)功率單元，經(jīng)疊加可得具有11級階梯電平的相電壓波形，線電壓波型具有21階梯電平，它相當(dāng)于30脈波變頻，理論上19次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2%和0.8%，堪稱完美無諧波變頻器。它的輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，不必設(shè)置輸入濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯(cuò)開一定的相位，每個(gè)功率單元的IGBT開關(guān)頻率若為600Hz，則當(dāng)5個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6kHz。功率單元采用低的開關(guān)頻率可以降低開關(guān)損耗，而高的等效輸出開關(guān)頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

所以這種變頻器對電機(jī)無特殊要求，可用于普遍籠型電機(jī)，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。由于功率單元有足夠的濾波電容，變頻器可承受-30%電源電壓下降和5個(gè)周期的電源喪失。這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然使器件數(shù)量增加，但由于IGBT驅(qū)動(dòng)功率很低，且不必采用均壓電路、吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達(dá)96%以上。

2.4 單元串聯(lián)多重化變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)

2.4.1 單元串聯(lián)多重化變頻器的優(yōu)點(diǎn)

（1）由于采用功率單元串聯(lián)，可采用技術(shù)成熟，價(jià)格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過串聯(lián)單元的個(gè)數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求；（2）完美的輸入輸出波形，使其能適應(yīng)任何場合及電機(jī)使用；（3）由于多功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，即使在個(gè)別單元故障時(shí)也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能正?；蚪殿~運(yùn)行。

2.4.2 單元串聯(lián)多重化變頻器的缺點(diǎn)

（1）使用的功率單元及功率器件數(shù)量太多，6kV系統(tǒng)要使用150只功率器件（90只二極管，60只IGBT），裝置的體積太大，重量大，安裝位置成問題；（2）無法實(shí)現(xiàn)能量回饋及四象限運(yùn)行，且無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；（3）當(dāng)電網(wǎng)電壓和電機(jī)電壓不同時(shí)無法實(shí)現(xiàn)旁路切換控制。

3、高壓變頻器運(yùn)行過程中存在的問題及其對策

自從高壓變頻器進(jìn)入中國市場以來，在短短的十幾年時(shí)間里得到了非常廣泛的應(yīng)用。目前，高壓變頻器以其智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的青睞。隨著高壓變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，暴露出來的問題也越來越多，主要有以下幾方面：

（1）諧波問題。（2）發(fā)熱問題。

3.1 諧波問題對策

隨著高壓變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)。諧波問題已從高壓變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中得到很大改善。

3.2 發(fā)熱問題及其對策

變頻器是一種精密的電氣設(shè)備，其發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。因變頻器內(nèi)部有很多的電路板以及電解電容組成，決定了它運(yùn)行中對環(huán)境的要求比較高，同時(shí)由于元器件本身的差異，即使同批次的產(chǎn)品也存在一些差異，這就導(dǎo)致了變頻器之間的差異也比較多。環(huán)境對設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行有著很大的影響，高溫高濕及高污染的環(huán)境大大降低了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

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關(guān)鍵詞：高壓變頻器；除塵風(fēng)機(jī)；應(yīng)用

引言

為能夠?qū)⒐?jié)能降耗和生產(chǎn)成本降低的目標(biāo)得以有效實(shí)現(xiàn)，通過在高爐煉鐵操作中進(jìn)行采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，對預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要促進(jìn)作用。工業(yè)生產(chǎn)中比較容易產(chǎn)生大量的有害氣體及顆粒，對環(huán)境的污染危害較大，所以通過在除塵風(fēng)機(jī)上應(yīng)用高壓變頻器就能夠?qū)⒖諝赓|(zhì)量提升的效率得以加強(qiáng)。在這一發(fā)展背景下加強(qiáng)其理論研究就有著實(shí)質(zhì)性意義。

1 高壓變頻器工作原理及除塵風(fēng)機(jī)工藝要求分析

1.1 高壓變頻器工作原理

高壓變頻器是比較高效節(jié)能以及無電網(wǎng)污染的變頻設(shè)備，比較適用于大型的風(fēng)機(jī)以及泵類負(fù)荷，通過對高壓變頻器的應(yīng)用能將設(shè)備的功率因數(shù)有效提高，在工藝的操作上也相對比較方便，最終提升生產(chǎn)效率。高壓變頻器的變換方式主要是利用高這一模式，電壓源單元串聯(lián)多是電平所構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)上也是通過多組功率模塊所構(gòu)成，在電網(wǎng)的諧波的影響比較小電流變化量也就會相應(yīng)小，而在輸入功率因數(shù)上就會變得相對較高，這樣對輸出波形的質(zhì)量就能夠起到保障作用[1]。

將高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用有著其重要性，實(shí)際煉鋼過程中高壓變頻器的容量常是額定輸出電流大于電機(jī)額定電流，高壓變頻器在高爐煉鐵風(fēng)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用時(shí)周期的運(yùn)行功率達(dá)到650kW，能夠在電力能源上得到有效節(jié)約。不僅如此還能夠?qū)㈦姍C(jī)的使用壽命得以有效延長，并能夠進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)以及控制等。

1.2 除塵風(fēng)機(jī)工藝要求

對除塵風(fēng)機(jī)的工藝要求要能結(jié)合對設(shè)備系統(tǒng)的選用規(guī)格，例如在除塵器電機(jī)的參數(shù)如下所示，型號是Y5602-10，在額定的電流、頻率、電壓、功率分別為96A、50Hz、6kV、800kW，在額定的功率因數(shù)上為0.81，額定轉(zhuǎn)速為592r/min。另外在除塵器的風(fēng)機(jī)型號Y5-24×48-14No.22F，全壓6100Pa，風(fēng)量為3.5×103m3/h，在軸功率方面為934.6kW，轉(zhuǎn)速達(dá)到980r/min。在操作的模式上來看，煉鐵廠供應(yīng)一座2680m3的高爐，采用一臺除塵風(fēng)機(jī)[2]。針對工藝的要求在鐵口頂吸罩覆蓋范圍少，布置較高的情況，對鐵口頂吸罩進(jìn)行改造；對鐵溝和撇渣器設(shè)密封罩，并在密封罩上設(shè)吸風(fēng)口，使罩內(nèi)形成負(fù)壓，吸走鐵溝內(nèi)產(chǎn)生的煙塵。

對高壓變頻器的調(diào)速上也有著相應(yīng)的要求，根據(jù)高爐的每個(gè)處理周期所需要的風(fēng)量需求段的不同，以及考慮到不連續(xù)處理間斷時(shí)間就能夠按照額定轉(zhuǎn)速100%以及75%、50%、25%這幾種模式實(shí)施運(yùn)行，在各個(gè)檔段的時(shí)間比例也要能夠合理化的調(diào)配，變頻器在提速的時(shí)候響應(yīng)的實(shí)踐要小于30s。同時(shí)也要能夠?qū)ψ冾l器降速的時(shí)候可不做具體化的要求，減速中如果是需要提速就要能夠滿足實(shí)際的需要。

2 高壓變頻器系統(tǒng)組成及在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用探究

2.1 高壓變頻器系統(tǒng)組成

高壓變頻器系統(tǒng)裝置主要就是通過移向變壓器柜和變頻器柜等所構(gòu)成，在變頻器單元柜方面主要是通過二十七個(gè)功率單元所構(gòu)成，而每九個(gè)功率單元串聯(lián)成一組。在變頻器的基本功能方面，控制模式的設(shè)定以及本地遠(yuǎn)程的設(shè)定和運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示和記錄等，都發(fā)揮著其自身的作用。以運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示和記錄為例，其主要的功能就是對變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行顯示并自動(dòng)記錄的，這樣能夠方便用戶以及相關(guān)維護(hù)人員對運(yùn)行記錄的查詢[3]。

高壓變頻器的運(yùn)行過程中，變頻器就會收到變頻切換的工頻指令，首先就是自動(dòng)切斷真空接觸器，然后合上真空接觸器，再就是高壓電機(jī)轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行。從控制部分來看主要有主控系統(tǒng)和功率單元以及顯示和操作等。而主系統(tǒng)對外部的接口以及功率單元間接收或輸出控制信號，在主控板方面主要就是對運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲，還有是可編程邏輯控制器和常規(guī)的機(jī)電控制組成了電控系統(tǒng)，在實(shí)際的運(yùn)行上就比較可靠。

2.2 高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

第一，高壓變頻器的調(diào)速原理主要是電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速和電源的頻率成正比，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速要小，所以對頻率的提升就能夠?qū)D(zhuǎn)速進(jìn)行提升。變頻調(diào)速這一方法能夠分成恒功率以及恒轉(zhuǎn)矩以及保持過載能力不變這幾種調(diào)速的方法[4]。另外在矢量控制方面，對于異步電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)當(dāng)中就會流過5到7倍額定電流，而在轉(zhuǎn)矩上卻并不是很大，矢量控制的基本出發(fā)點(diǎn)就是把異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造上不能夠分離轉(zhuǎn)矩電流以及勵(lì)磁電流分離成90°的相位差，同時(shí)對轉(zhuǎn)矩電流以及勵(lì)磁電流分別控制。第二，對電動(dòng)機(jī)的保護(hù)上要能夠得到充分重視，高壓變頻器對原有的液力耦合器調(diào)速系統(tǒng)有了突破，在啟動(dòng)上更加的平穩(wěn)，在積分的作用下速度的調(diào)節(jié)器就會處在飽和狀態(tài)，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率就始終處在最大值，對所運(yùn)行過程中的減速轉(zhuǎn)矩能夠得到有效控制。多回路的供電技術(shù)以及高可靠性的設(shè)計(jì)，以及超級看門狗技術(shù)對系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了保證，高壓帶電之后能夠?qū)⒖煽啃缘玫竭M(jìn)一步提升。第三，對除塵風(fēng)機(jī)上應(yīng)用高壓變頻器要想在效果上得到良好實(shí)現(xiàn)就要對其進(jìn)行改造優(yōu)化處理，可提供純凈輸入特征，能夠?qū)ζ渌脑诰€設(shè)備免受諧波的干擾，也能夠防止和其他調(diào)速裝置發(fā)生串?dāng)_的情況。通過高壓變頻器實(shí)施電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)頻率的變化以及高次諧波分量上也會發(fā)生廣范圍的變化，通過變頻器自身所提供的正弦波輸出而不需要外部輸出濾液器，對電機(jī)的使用壽命就能夠得以有效提升。第四，設(shè)備在實(shí)際的應(yīng)用過程中對工藝起到了改善作用，在將高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)中應(yīng)用后能夠平滑穩(wěn)定的對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，在風(fēng)機(jī)的參數(shù)上也得到了相應(yīng)的改善，有效提高了效率。同時(shí)在對電機(jī)以及風(fēng)機(jī)的使用壽命上也有著相應(yīng)的提升，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)以及軟制動(dòng)[5]。并且對閥門以及風(fēng)機(jī)的葉輪磨損的情況也有了很大程度上改善，高壓變頻調(diào)速之后風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的低轉(zhuǎn)速運(yùn)行下對軸承以及風(fēng)機(jī)葉輪的磨損也得到了有效減少，這樣就對風(fēng)機(jī)的大修周期得到了延長，在費(fèi)用以及時(shí)間上也能夠得到有效節(jié)約。

2.3 應(yīng)用效果

通過對高壓變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用，在系統(tǒng)的運(yùn)行上比較穩(wěn)定安全，只需要對變頻器實(shí)施除塵處理不用停機(jī)，對生產(chǎn)的連續(xù)性進(jìn)行保障。在過流以及欠壓、溫升保護(hù)等諸多的保護(hù)功能上的作用得到了充分發(fā)揮，節(jié)能的效果比較顯著。

3 結(jié)束語

綜上所述，除塵風(fēng)機(jī)在對高壓變頻器應(yīng)用后，在各方面的運(yùn)行效果上都得到了不同程度的改善，變頻器的性能比較好以及采購的成本不高，這些都為煉鋼企業(yè)的應(yīng)用提供了條件，在效益的獲取上也比較明顯。隨著我國的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在這一方面的進(jìn)步也能夠起到促進(jìn)作用，使之能夠在整體的發(fā)展水平上邁向一個(gè)高度。由于文章篇幅限制不能進(jìn)一步深化探究，希望此次研究能起到拋磚引玉的作用以待后來者居上。

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篇8

【關(guān)鍵詞】高壓變頻器 鋼鐵廠 節(jié)能應(yīng)用

1 前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，但是能源危機(jī)問題越來越嚴(yán)重，使得人們對于能源的高效利用引起了很大的關(guān)注。在鋼鐵廠的生產(chǎn)中，電能的使用量是非常大的。通過利用高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)鋼鐵廠生產(chǎn)中的電氣節(jié)能問題。分析高壓變頻器在實(shí)踐運(yùn)用中的具體內(nèi)容，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保的意識，使得高壓變頻器發(fā)揮最好的使用效果。

2 高壓變頻器的原理以及特點(diǎn)分析

2.1 高壓變頻器的原理分析

對于高壓變頻器的原理進(jìn)行分析后，主要的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)部分：功率模塊、移向變壓器和控制器。這其中功率模塊的電路構(gòu)成中，整流側(cè)是三相的全橋結(jié)構(gòu)，開關(guān)的器件也都是二極管；逆變側(cè)為IGBT逆變橋，在輸出端可以輸出兩相的交流電。功率模塊的電路一般是移相變壓器供電的，一般情況下，移相的變壓器副邊繞組會被分成幾組，電壓等級不同，脈沖疊加的數(shù)量也不同，最后實(shí)現(xiàn)整流。變壓器的副邊繞組之間是獨(dú)立存在的，每個(gè)功率的單元主回路也是獨(dú)立的，這就和常規(guī)的低壓變頻器類似，都是在輸出側(cè)給電機(jī)進(jìn)行供電。

2.2 高壓變頻器的性能分析

2.2.1 完美的波形

高壓變頻器的輸出的諧波是和我國的國標(biāo)要求相符的，他對諧波進(jìn)行抑制的主要方式輸入變壓器進(jìn)行多重化的設(shè)計(jì)，進(jìn)而產(chǎn)生多脈沖整流，理論上來說，36脈沖整流，35次以及以下的諧波是可以自主抵消的。舉個(gè)例子，某個(gè)公司選用的變壓器二次繞組有18個(gè)，是采用三角形的聯(lián)結(jié)方式，獲得了6個(gè)不盡相同的相位組，電角度約差了10度，二極管的整流電路可以形成36脈沖，對當(dāng)中的諧波進(jìn)行測定，畸變率會比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要小，如果過程中沒有用到濾波器，總諧波失真加噪聲為2%。

2.2.2 輸出功率因素較高

對變頻器的輸入功率有一定影響的是中間環(huán)節(jié)的直流，對于電壓的源型來講，中間的直流環(huán)節(jié)是一個(gè)較大的電流，電機(jī)中的無功電流就是由電容提供的，電網(wǎng)之間不會存在無功交換，較高的功率因素得以保證；而電流源型，其中的直流環(huán)節(jié)是大電感，電網(wǎng)和電機(jī)之間會交換無功功率，高功率的因數(shù)得不到保障，當(dāng)電機(jī)的負(fù)荷大大削弱時(shí)，功率因素也會隨之降低。高壓變頻器的中間環(huán)節(jié)，選用的是電壓源型的電容，所以輸入功率因數(shù)相對較高。

2.2.3 具有單元旁路的相關(guān)功能

在高壓的變頻器中，一旦有一個(gè)單元出現(xiàn)了故障，和其相對性的相就不會產(chǎn)生電壓的輸出，造成了電機(jī)的缺相工作，該情況是明確禁止的。因此要在高壓變頻器中間增加單元的旁路功能。工作的原理是，其中的一個(gè)單元出現(xiàn)故障之后，這個(gè)單元會通過對應(yīng)的旁路的接觸器成為旁路，不參與到工作中去，變頻器還能正常的工作，旁路的時(shí)間在250毫秒時(shí)，從物理的角度進(jìn)行分析，這個(gè)時(shí)間將故障單元旁路去掉是綽綽有余的。與此同時(shí)，高壓變頻器還采用了中心點(diǎn)的漂移技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了三相線的電壓平衡。

2.2.4 具有中性點(diǎn)的偏移功能

高壓的變頻器的單元旁路功能可以確保變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是如果故障的單元被旁路了，對應(yīng)的電壓的容量會大幅度的下降，變頻器可以實(shí)現(xiàn)的最大的速度也得到了相應(yīng)的下降。所以，在實(shí)際的工作中，要盡可能的控制電機(jī)的有效電壓，如果變頻器沒有出現(xiàn)單元故障，是可以提供給電機(jī)百分百的電壓的。

3 分析高壓變頻器節(jié)能作用的實(shí)際運(yùn)用

鋼鐵廠的生產(chǎn)過程中，被用來煉鋼的材料主要是一些廢鋼和一些鐵合金，因此，所產(chǎn)生的對空氣具有危害的物質(zhì)比較多，當(dāng)然也沒有辦法避免一些濃煙的產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)鋼鐵廠生產(chǎn)的環(huán)保問題，進(jìn)行了煉鋼過程技術(shù)的提升，對電爐煉鋼系統(tǒng)進(jìn)行了改造，這樣可以有效的減少濃煙的產(chǎn)生，同時(shí)加強(qiáng)鋼材料的高效利用。利用電爐進(jìn)行煉鋼操作時(shí)，需要注意的是，不同時(shí)期的煉鋼工藝，產(chǎn)生的煙氣量和溫度也是居于差異的。在裝料的過程中，還會發(fā)生揚(yáng)塵的情況，因此，對于電爐煉鋼系統(tǒng)的要求也在不斷的提升。

高壓變頻器的使用，在鋼鐵廠的電爐除塵系統(tǒng)中具有非常好的發(fā)揮，能夠加強(qiáng)節(jié)能的應(yīng)用效果。電爐除塵系統(tǒng)的設(shè)置，主要采用的是型號為YKK800-8的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)，設(shè)置了三種不同的額定功率，能夠高效的實(shí)現(xiàn)高壓變頻，這樣就可以智能的根據(jù)鋼鐵煉制的需要進(jìn)行合理的選擇頻率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)的方便。通過變頻器的作用，不但能夠避免資源的浪費(fèi)，還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的除塵效果，避免熱量的大量揮發(fā)。

鋼鐵廠生產(chǎn)中運(yùn)用到的電爐除塵系統(tǒng)，自從經(jīng)過改造之后，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能效果的提高。首先是，改造后的電爐除塵系統(tǒng)需要的電流量也相應(yīng)的減少了，工作的效率大大的得到提升。之前除塵需要耗費(fèi)一天的時(shí)間，自從改造之后，只需要半天的時(shí)間。使用電爐除塵系統(tǒng)在一天中產(chǎn)生的功耗，也實(shí)現(xiàn)了減少，從而實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器在鋼鐵廠運(yùn)用中節(jié)能效果的提升，使得社會資源可持續(xù)性發(fā)展。

4 水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)原理

利用具有固定轉(zhuǎn)速的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)水泵，并利用控制閥來實(shí)現(xiàn)對管道流量變化的控制。這種控制方式在用水量大時(shí)，由于水泵會處到額定條件下運(yùn)行，其運(yùn)行效率則處到最高水平，而一旦用水量減少時(shí)，則會利用調(diào)節(jié)閥門來減小出水量，實(shí)現(xiàn)對流量的控制，但此時(shí)水泵運(yùn)行及出水量之間具有較大的壓差，水泵仍處到額定的功率下運(yùn)行，這樣勢必會導(dǎo)致大量的能量隨著水流被帶走，所以利用閥門來對流量進(jìn)行控制，能量的損失十分大。

利用變頻調(diào)速來對水泵電機(jī)進(jìn)行控制則會達(dá)到有效的節(jié)能目的。因?yàn)榇藭r(shí)的水泵電機(jī)會處于一個(gè)可變速情況下，這時(shí)水泵的特性曲線則會與系統(tǒng)中任何流量條件下的需要相互匹配，這樣則會有效的避免能量的損失，實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以在壓力傳感性的幫助下將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后與壓力值在進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將其運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器，從而實(shí)現(xiàn)對水泵電機(jī)電源頻率的調(diào)整，對水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

5 結(jié)束語

總而言之，鋼鐵廠的節(jié)能工作需要持續(xù)的進(jìn)行下去，加強(qiáng)高壓變頻器在鋼鐵廠中的應(yīng)用，能夠使得鋼鐵廠生產(chǎn)的節(jié)能效果得到提高。因此，相關(guān)的鋼鐵廠工作人員需要加強(qiáng)高高壓變頻器的工作原理，以及高壓變頻器具有的工作優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)高壓變頻器節(jié)能效果的體現(xiàn)，不僅為企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)為社會資源的可持續(xù)性發(fā)展都提供保障。

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篇9

關(guān)鍵詞：高壓變頻器，凝結(jié)水泵，節(jié)能

 

0.引言

浙江浙能蘭溪發(fā)電廠總裝機(jī)容量為4×600MW，每臺機(jī)組配置兩臺互為備用的凝結(jié)水泵，流量調(diào)節(jié)采用傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)方式。因而存在節(jié)流損失大，能量浪費(fèi)嚴(yán)重；機(jī)組調(diào)峰時(shí)凝結(jié)水泵運(yùn)行效率大幅度降低；調(diào)節(jié)頻繁易導(dǎo)致閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞，設(shè)備維護(hù)量大；電機(jī)工頻啟動(dòng)對電網(wǎng)和電機(jī)造成較大沖擊等弊端。為了進(jìn)一步提高設(shè)備利用率，節(jié)能降耗，降低廠用電率。經(jīng)過長時(shí)間調(diào)研，蘭溪發(fā)電廠選用了西門子羅賓康完美無諧波變頻器，于2009年＃4機(jī)組大修期間將＃4機(jī)凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造。在凝結(jié)水泵變頻改造后近半年的實(shí)際運(yùn)行過程中，證明了高壓變頻器節(jié)能效果明顯，值得在設(shè)計(jì)和對電廠其它高壓輔機(jī)的改造中推廣。

1.凝結(jié)水泵變速節(jié)能原理

浙江浙能蘭溪發(fā)電廠每臺機(jī)組配置兩臺100％容量的凝結(jié)水泵，每臺水泵配備一臺6kV交流電機(jī)，功率為2200kW，凝結(jié)水泵的系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)簡圖

由于電網(wǎng)調(diào)峰的需要，蘭溪發(fā)電廠4臺機(jī)組夜間低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長，白天負(fù)荷變化頻繁，凝結(jié)水泵大部分時(shí)間在中、低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。。而凝結(jié)水泵采用定速方式運(yùn)行，出口流量只能依靠控制閥門調(diào)節(jié)，節(jié)流損失、出口壓力高，系統(tǒng)效率低。

圖2 水泵調(diào)速時(shí)的H-Q曲線

即可概括為：流量Q和轉(zhuǎn)速N的一次方成正比；揚(yáng)程H和轉(zhuǎn)速N的二次方成正比；軸功率P和轉(zhuǎn)速N的三次方成正比。

由以上分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降50％時(shí)，流量下降50％，揚(yáng)程下降75％，功率下降87.5％，即功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系降低。如果不用減小出口閥開度的方法控制流量，而是將泵的轉(zhuǎn)速降低，隨著泵輸出壓頭的降低，消耗在閥門上的功率完全可以避免，這就是水泵變速運(yùn)行的節(jié)能原理。

根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式N=60f（1－S）/P可知，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N與電源的頻率f成正比，通過變頻裝置將電網(wǎng)50Hz的固定頻率轉(zhuǎn)變成為可調(diào)頻率，即可實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速，從而達(dá)到使凝結(jié)水泵變速運(yùn)行以節(jié)能的目的。

2.使用高壓變頻器后的效益分析

蘭溪發(fā)電廠＃4機(jī)組凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造后，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器控制凝結(jié)水母管壓力，除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。當(dāng)滑壓運(yùn)行時(shí)，變頻自動(dòng)控制的壓力定值是一個(gè)隨給水流量變化的折線函數(shù)，且允許操作員對凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值有一定的干預(yù)，使凝結(jié)水泵在滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求前提下，控制凝結(jié)水母管壓力最小，凝結(jié)水泵在允許的最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能目的。

表1是蘭溪發(fā)電廠＃3機(jī)組（未進(jìn)行凝結(jié)水泵變頻改造，凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行）與＃4機(jī)組（已經(jīng)進(jìn)行凝結(jié)水泵變頻改造，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行）在負(fù)荷相同情況下的凝結(jié)水泵部分運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表1 凝結(jié)水泵工頻與變頻實(shí)際運(yùn)行狀況性能對比

篇10

一、傳統(tǒng)液耦弊端與變頻系統(tǒng)控制與優(yōu)點(diǎn)

1、傳統(tǒng)液耦存在的弊端如下：

(1)采用液耦，電機(jī)必須先空載起動(dòng)。工頻起動(dòng)時(shí)，最初的電流很大，為電機(jī)額定電流的4―7倍。起動(dòng)瞬間電流會在起動(dòng)過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機(jī)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生變化，對機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。同時(shí)還將引起電網(wǎng)電壓的下降，影響到電網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，大容量的皮帶機(jī)還必須附加電機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備，如：水電阻。

(2)液耦長時(shí)間工作時(shí)會引起液體溫度升高，熔化金合塞，還會引起漏液，增大維護(hù)工作量，污染環(huán)境。

(3)采用液耦時(shí)皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短，容易引起皮帶張力變化，因此對皮帶強(qiáng)度要求較高。

(4)一般的皮帶機(jī)都是長距離大運(yùn)量，通常都是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用液耦驅(qū)動(dòng)很難解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡問題。采用高壓變頻器對皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢如下：

①真正實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)軟起動(dòng)。通過電機(jī)慢速起動(dòng)帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng)，將膠帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，可將輸送機(jī)起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減至最小，幾乎對膠帶不造成損害。

②降低膠帶帶強(qiáng)。由于變頻器起動(dòng)時(shí)間可以在1～3 600 S內(nèi)調(diào)整，皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間通常在60～200 S內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)定。起動(dòng)時(shí)間延長將大大降低對帶強(qiáng)的要求，減少設(shè)備初期投資。實(shí)際應(yīng)用中，由于降低了起動(dòng)沖擊，機(jī)械系統(tǒng)的損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒壽命大大延長。

③實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡。應(yīng)用變頻器對皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)可以采用一拖一控

制，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)采用主從或協(xié)調(diào)柜控制方式，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平衡。

④驗(yàn)帶功能。低速驗(yàn)帶功能是皮帶機(jī)檢修的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下可調(diào)整0―100％ 額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

⑤平穩(wěn)的重載起動(dòng)。變頻器低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出2.2倍額定力矩，適于重載起動(dòng)。

⑥自動(dòng)調(diào)速。變頻器配合煤流傳感器可以根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)膠帶速度，節(jié)電的同時(shí)還減少了膠帶的磨損。

⑦節(jié)能。對應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當(dāng)然皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)煤量也是不均勻的，在負(fù)載輕或無負(fù)載時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)行對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損浪費(fèi)較為嚴(yán)重，同時(shí)電能消耗也較低速運(yùn)行大的多，但因生產(chǎn)的需要，皮帶機(jī)系統(tǒng)又不能隨時(shí)停車，采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)對前級運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷、本機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機(jī)系統(tǒng)，可節(jié)約電能、降低皮帶的磨損。

2、變頻系統(tǒng)控制優(yōu)點(diǎn)

皮帶機(jī)由多臺電機(jī)拖動(dòng)時(shí)，由于各電機(jī)輸出是通過皮帶耦合在一起的，因此需要考慮協(xié)調(diào)控制問題。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，對于滑差0.O1的電機(jī)，變頻器輸出頻率相差0.2％ 時(shí)，將會導(dǎo)致約20％的輸出轉(zhuǎn)矩不平衡，在輕載時(shí)，變頻器少量的輸出頻率差別，還會導(dǎo)致輸出頻率較低的變頻器進(jìn)入能量回饋狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生過壓故障。因此一般需要采取有效的控制手段，平衡各電機(jī)出力。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場配置和要求不同，可選擇如下3種驅(qū)動(dòng)方案：

(1)對于功率較小(一般單機(jī)額定電流在5O A以下)，電機(jī)數(shù)量較少(一般不超過3臺)，低成本應(yīng)用場合，可以選擇一拖多并聯(lián)運(yùn)行方案；

(2)對于需要主動(dòng)進(jìn)行各電機(jī)出力均衡控制的場合，如果電機(jī)數(shù)量較少，距離較近，系統(tǒng)構(gòu)成較簡單，可采用主一從控制方案；

(3)如果電機(jī)數(shù)量較多，或者相距較遠(yuǎn)、系統(tǒng)較復(fù)雜，可采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案。

一拖多運(yùn)行方式。多臺電機(jī)由一臺變頻器拖動(dòng)，可以保證多臺的轉(zhuǎn)速相同，電機(jī)根據(jù)其滑差特性分配負(fù)載轉(zhuǎn)矩，需要各電機(jī)參數(shù)較為一致。此種方式下，由于電機(jī)直接并聯(lián)運(yùn)行，因此變頻器無法控制各電機(jī)的出力平衡，各電機(jī)出力的平衡性由電機(jī)特性差異、滾筒直徑差異、皮帶包絡(luò)角差異等因素決定。該方案系統(tǒng)成本最低，但變頻器故障將導(dǎo)致皮帶系統(tǒng)無法運(yùn)行，因而不太適用于考慮電機(jī)冗余配置的場合。以雙機(jī)運(yùn)行為例的主回路結(jié)構(gòu)工頻旁路為可選配置。

對于需要進(jìn)行各電機(jī)出力均衡主動(dòng)控制的場合，如果電機(jī)數(shù)量較少(一般不超過6臺)，各電機(jī)距離較近(一般不超過50 m)，系統(tǒng)構(gòu)成較簡單，可以采用多機(jī)主一從一拖一控制運(yùn)行方案。此種方式支持N+1冗余系統(tǒng)配置，即任意1臺變頻器或者電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，不破壞主一從控制架構(gòu)，在皮帶系統(tǒng)允許的情況下，可以依靠剩余的變頻器和電機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)行。每臺電機(jī)由一臺變頻器拖動(dòng)，運(yùn)行在矢量控制方式下。其中一臺變頻器作為主機(jī)，接收來自用戶上位控制系統(tǒng)的信號，負(fù)責(zé)皮帶系統(tǒng)的速度控制和整體邏輯控制；其余的變頻器作為從機(jī)，接收來自主變頻器的轉(zhuǎn)矩給定信號和邏輯控制信號，并向主變頻器報(bào)告自身的狀態(tài)。由于各變頻器執(zhí)行相同的轉(zhuǎn)矩給定信號，因此各電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩相同。該方案的特點(diǎn)是，系統(tǒng)配置簡單、可靠，能夠滿足N+1的電機(jī)配置要求，能夠完成主動(dòng)的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，使

各電機(jī)出力相同。

對于需要進(jìn)行各電機(jī)出力均衡主動(dòng)控制的場合，如果電機(jī)數(shù)量較多，或者各電機(jī)距離較遠(yuǎn)，系統(tǒng)構(gòu)成較復(fù)雜，或者需要N+2以上的冗余配置，可以采用多機(jī)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制運(yùn)行方案。此種方式下，每臺電機(jī)由一臺變頻器拖動(dòng)，運(yùn)行在矢量控制方式下。專設(shè)一臺協(xié)調(diào)控制柜，協(xié)調(diào)控制柜接收來自上位控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速給定信號和起停邏輯信號，以及來自現(xiàn)場的轉(zhuǎn)速反饋信號，負(fù)責(zé)皮帶系統(tǒng)的速度控制和整體邏輯控制。各變頻器均作為從機(jī)，接收來自協(xié)調(diào)控制柜的轉(zhuǎn)矩給定信號和邏輯控制信號，并向協(xié)調(diào)控制柜報(bào)告自身的狀態(tài)。因?yàn)楦髯冾l器執(zhí)行相同的轉(zhuǎn)矩給定信號，故各電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩相同，由于各變頻器地位相同，因此能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)。該方案的特點(diǎn)是控制策略靈活，能夠滿足用戶現(xiàn)場各種實(shí)際需求，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。

二、現(xiàn)場高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及采用的控制方案介紹

該系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足用戶對于礦用負(fù)載調(diào)速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要；為了最大限度的縮短高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝和改造的施工周期，系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計(jì)的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。在先進(jìn)的生產(chǎn)和管理環(huán)境中，整套系統(tǒng)在出廠前已進(jìn)行整體測試，確保每一臺出廠設(shè)備的質(zhì)量和性能。

為了適應(yīng)改造項(xiàng)目的需要和降低新建項(xiàng)目的投入，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的每一個(gè)功能部件可以分步進(jìn)行安裝，確保了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不會在運(yùn)輸和安裝過程中出現(xiàn)意外，方便的前后維護(hù)方式、靈活多樣的散熱方式、高性能的重要進(jìn)口元器件、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝大大降低了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對現(xiàn)場環(huán)境的要求。

對于兩機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)變頻控制，為了有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)的負(fù)載平衡控制，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)適宜采用主一從方式進(jìn)行控制。一臺變頻器作為主控，發(fā)出輸出轉(zhuǎn)矩給定值，控制另一臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同步運(yùn)行。各高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)僅對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從控電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可控量，由物理系統(tǒng)的實(shí)際特性決定運(yùn)行兩臺電機(jī)的速度匹配。

主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制l# 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并給出兩臺電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩給定值，從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)收到的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩給定值控制2# 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

變頻器采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，對電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度控制在0. 5%以內(nèi)，如果電機(jī)需要更高的控制精度，可以采用速度傳感器，控制精度在0．1％ 以內(nèi)。

主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)均有外部信號連鎖控制和狀態(tài)、報(bào)警邏輯信號輸出，主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接收本地或者遠(yuǎn)程的“起動(dòng)”、“停機(jī)”和“緊急停機(jī)”指令，以及來自從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的“緊急停機(jī)”指令，從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接收來自主控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的“起動(dòng)”和“緊急停機(jī)”指令，同時(shí)接收從控高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

本地或者遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)的“緊急停機(jī)”指令。

在兩臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的PLC邏輯程序中進(jìn)行邏輯互鎖，使得兩臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)起動(dòng)，同時(shí)停機(jī)。