变频切换（共7篇）
变频切换 篇1
1 引言
交流异步电动机被广泛应用于各行各业,在采用变频调速控制系统中经常需要变频器和工频电源进行切换。切换的主要类型为:故障切换和多机系统切换。在很多生产机械运行过程中,电动机是不允许停止运行的,如纺织及化工厂的排风机、锅炉的鼓风机和引风机等,在变频器投入运行过程中,一旦变频器发生故障而跳闸时,电动机必须能够快速地切换到工频电源上运行;如多泵供水系统中,常采用一台变频器控制多台水泵的方案,通常称为“1拖N”,该系统也需要变频器到工频电源的切换。
在切换时,由于电动机脱离电源而转子又高速旋转,加之转子中直流磁场的存在,此时电动机处于同步发电机状态,若直接切换到工频电源,会出现很大的冲击电流,对电网、变频器及电动机都会产生不良影响,频繁切换会出现变频器炸机和烧毁电动机等现象的发生。利用同步切换技术可避免变频器切换时因工频电源相位与变频器的输出电源相位不一致而产生的巨大冲击电流,从而在很大程度上提高了切换的可靠性,有效地保护了电动机及变频器,并避免了对电网的干扰。
2 冲击电流的产生及影响
2.1 冲击电流的产生[1]
在变频器输出电源的频率和相位与工频电源的频率和相位不一致时,将异步电动机从变频器供电切换到工频电源供电,在此过程中会因定子绕组反电势和转子转差过大产生冲击电流,该冲击电流可达额定电流的30倍左右。
1)定子绕组电动势引起的冲击电流。当电动机断开电源瞬间,高速旋转的转子切割转子绕组产生的直流磁场中的磁力线,加之定子绕组为开路,此时,异步电动机处于同步发电机状态,随着转子转速的降低,在定子绕组中产生的三相电压的幅值和频率也逐渐变小,这时工频电压和定子绕组上产生的电压两者间的相位必然不同步,并且会随着断电时间的增加,相位差会不断变化。在切换时若两者处于相同(相位差为0)时,两电压相互抵消,不会产生很大的冲击电流;若两者处于反相(相位差为180°)时,两电压将进行叠加,这时会产生很大的冲击电流,数值达到电动机直接启动时电流的3倍左右。
当电动机断开电源瞬间,由于定子开路,定子绕组中储存的磁场能量无释放回路,在定子绕组中会产生很大的反电势,若此时切换到工频电源上将产生很大的冲击电流。
2)转差过大引起的冲击电流。在电动机断开电源后,因大部分电动机带有负载切换,故电动机的转速会快速下降,则转子的实际转速与同步转速之间的转差较大,又因电动机定子绕组中剩磁的存在和转子电流产生的逐渐衰减的直流磁场,此时转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势和电流都较大(u∝di/dt,i∝dv/dt),从而产生冲击电流。
2.2 冲击电流的影响
由于定子绕组中的反电势和电动机处于同步发电机状态下产生的电动势及自成回路的转子中自感电动势所产生的冲击电流,必然对电动机、变频器及电网等产生影响。
1)对变频器的影响。变频器在正常带载工作时,变频器中的功率器件流过的电流通过电动机的绕组流通,其能量及电压主要消耗在电动机绕组上,不会对其产生不利的影响。一旦变频器突然甩开负荷时,通过功率器件中的电流失去回路,产生极大的di/dt,造成功率器件端电压的急剧升高,使功率器件承受过大的电流冲击,会对其造成损害[2]。此冲击电流还会对变频器中续流二极管、滤波电容及变频器的绝缘造成损害,这势必大大缩短变频器的使用寿命[3]。
2)对电动机的影响。电动机轴上所带负载不同,影响程度也不同;电动机的容量不同,影响程度亦不同。电动机若带送、排风机的电动机,因切换时空气形成的反压小,延时1~3s后避开反电势的影响而切换到工频电源,不会受到大电流的冲击,该冲击电流电动机完全能承受[4];电动机若带泵类负载,因会出现“水锤”效应,加之切换时的反电势和高水压,将使电动机出现大于额定电流20倍的电流冲击和巨大的转矩冲击,引起电动机损坏。若电动机为老式型号,因电动机效率和功率因数低,铜损和铁损较大,切换产生的冲击电流大部分消耗在电动机的损耗上,电动机能承受该冲击电流;若电动机为新型号,因电动机的效率和功率因数较高、功耗小、体积小、重量轻,切换时产生的冲击大部分变为转矩冲击,因而对电动机损害较大。
3)对电网的影响。若切换时机较好,该冲击电流不会对电网产生太大影响;若切换时刻选择不当轻则使空气开关跳闸,重则对电网产生干扰并引起电网波动,对供电系统的安全和产品质量会产生不利影响,若大容量电动机影响则更大[5]。
3 同步切换的原理分析[6]
变频到工频的切换原理可用三相异步电动机任意一相绕组的相量加以分析,如图1所示。异步电动机在正常工作时,主磁通Φm以同步转速n0旋转,在定子绕组中产生的感应电势为
而定子绕组的电势平衡方程为[7]
从式(2)可以看出,从变频器中输出的工频电压U1和定子绕组中感应电势E1频率相同,而幅值不等,相位也不一致,两者之间存在一个夹角。
当变频器的输出频率达到50Hz后,要求进行变频转工频的切换,假设与电动机定子绕组相对应一相工频电网电压中的一相为U2,它与U1存在相位差θ,如图1所示。切换后,加在电动机绕组上的U2将与电动机定子绕组上感应电动势E1进行叠加,这时电动机每相定子绕组上承受的总电压为U。如果U2与U1的相位差由θ增加到θ′,则电动机每相定子绕组承受的总电压由U增大到U′。当相位差θ增大到与E1同相时,定子绕组承受的总电压为两者之和,此值为最大,这个电压已经远远超过电动机所能承受的额定电压,它将引起电动机电流过大、绝缘受损等诸多严重问题。
从图1中可看出,如果电动机由变频电源切换到工频电源的时机选择在U2和-E1同相时刻,U2和E1相位相反,定子绕组承受的总电压为两者之差,此值为最小,此点为最佳切换点。但是由于E1不断变化,其相位难以检测,故实现较为困难。而工业电网电压U2的相位则较易检测,如果把U2与U1同相位点作为切换时刻,是切换瞬间在定子绕组上产生的电压也是比较小的。如何检测U2和U1的相位,并实现两者差值较小时切换则为本文的重点。
4 同步切换的实现
4.1 锁相控制[8]
锁相控制是利用锁相环路(PLL)实现变频电源的频率和相位自动跟踪工频电源的频率和相位,达到“锁定”状态,从而为同步切换创造条件。锁相环路是一个闭环的相位控制系统,能够自动地跟踪输入信号的频率和相位。主要有鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO,这里指变频器)3个基本电路组成,其基本组成如图2所示。
鉴相器是一个相位比较装置,用来检测输入信号相位θ1(t)与反馈信号相位θ2(t)之间的相位差θe(t)。输出误差信号Ud(t)是相位差信号θe(t)的线性函数,所以鉴相器是一个比例环节。环路滤波器采用的是无源比例积分滤波器。当环路处于锁定状态时,输出频率(变频器的输出频率)与输入频率(工频电网电源的频率)相同,两者之间只有一稳态相差,当开环增益足够大时,此相差很小。当输入信号发生相位或频率的变化时,通过环路自身的调节,环路输出信号,即变频器的输出频率和相位会跟踪输入信号的变化。若输入信号有如下情况的波动时,也不会产生很大的相位差。
1)输入信号频率阶跃。当输入信号发生频率阶跃时,此时
其拉氏变换
θ1(s)=Δω/(s·s)
根据拉氏变换终值定理:
式中:He(s)为误差函数,近似为一阶系统。
从式(3)中可以看出,对于工频电网电源频率发生波动时,系统存在稳态相位误差Δω/K,当K(开环增益)选取较大时,产生的稳态相位误差比较小。
2)输入信号相位阶跃。当输入信号发生相位阶跃时,此时
其拉氏变换
根据拉氏变换终值定理:
从式(4)可以看出,对于工频电网相位发生波动时,系统最终能够跟踪,不会产生稳态相位差。
4.2 同步切换的实现
图3为具有同步切换功能的三相交流异步电动机变频启动装置框图。系统用1台变频器实现各电动机软启动,当系统发生故障或需要增加电动机运行台数(即有变频到工频的切换)时,同步器能实现系统平稳切换。
如上所述在切换瞬间,变频器的输出频率和相位与工频电压频率和相位绝对一致是很难出现的。使用“差频同相”切换方法的同步器,成功地解决了变频与工频的切换问题,并在大量实验和测试的基础上得到了验证。
差频同相是让变频器输出频率与工频电源频率之间存在一个差值Δf,两者的同相点之间将不断作相对运动,这一特点特别有利于同相点的“捕捉”。Δf越小,同相点之间相对移动的速度越慢,同相点的“捕捉”将越困难,为此,同步器设置了一个“频段陷阱”,即变频器的输出频率略低于工频电源频率。在工程应用中,变频器工作频率不宜为50Hz,因为同样在50Hz下,变频运行与工频运行时的功耗要大一些,所以将变频器的最大输出频率设置为49.5Hz左右,这正好为“频段陷阱”提供了条件。实践证明:“陷阱宽度”不宜太大或太小,Δf一般取0.5Hz。“陷阱宽度”设置越宽,捕获率越大,产生较大切换电流的可能性也越大;“陷阱宽度”设置越窄,则切换电流越小,但捕获率越低[1]。
当变频器输出频率达到上限值时,并且经过确认时间,确认需要切换时,控制器向同步器发生切换指令,同步器在收到指令后立即开始“捕捉”同相点。当“捕捉”到同相点时,封锁变频器的输出,断开变频接触器,延时最佳时间100ms后[1],接通工频接触器,实现平稳切换。
5 同步切换的仿真
本文使用PSCAD/EMTDC仿真软件对图3所示的系统进行了仿真,电动机在同步切换时定子电流波形如图4所示。电动机在变频器输出上限频率并经确认时间后,在5.4s时切断变频器,在100ms内进行同相点“捕捉”,5.5s时切换到工频电源。
从图4中可以看出,采用同步器控制同步切换方式时有较小的电流冲击,大约是额定电流的2倍。切换到工频电源0.2s后,电动机能重新进入新的稳定状态。
6 结论
变频器在控制系统进行变频到工频切换时,若切换时机选择不当,切换过程中产生的冲击电流对电网、变频器及电动机等设备产生严重的冲击。本文提出用同步器实现变频到工频的切换,论述了切换原理及实现方法,并用仿真软件对切换过程进行仿真。该同步器在某公司的面漆线鼓风系统、锅炉排风系统、多泵恒压供水系统等产品中投入使用,运行稳定可靠。实践表明:用同步器实现变频到工频的切换,切换产生的冲击电流不大于2倍的IN,有效避免了切换过程过大的电流冲击,保证了切换过程的平稳过渡。
摘要：在变频调速控制系统中,变频器经常需要从变频到工频的切换,切换时机不当会产生很大的电流,该电流对变频器、电动机等设备产生严重的冲击甚至损坏,并对电网产生严重的电磁干扰。在分析切换所产生冲击电流的原因和同步切换原理基础上,提出用同步器实现同步切换,并用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对同步切换进行了仿真。结果表明:用同步器实现的同步切换有效地避免了过大的电流冲击,保证了切换的平稳过渡。
关键词：变频器,同步切换,同步器
参考文献
[1]张燕宾.变频与工频的切换问题[J].自动化博览,2003,20周年纪念文集:166-170.
[2]陶权,吴尚庆.变频器应用技术[M].广州:华南理工大学出版社,2008.
[3]俞震华.变频技术对大功率电动机性能影响分析[J].电工技术,2011(3):54-57.
[4]徐甫荣.变频器同步切换控制技术[J].电工技术,2002(8):37-38.
[5]尹忠东.变频调速装置抵御电能质量扰动的研究[J].工业自动化,2007(2):102-104.
[6]赵祥卿,张桂芳.软起动技术在高压电动机控制中的应用[J].兰州石化职业技术学报,2008,8(3):26-28.
[7]徐建俊.电机与电气控制[M].北京:清华大学出版社,2004.
[8]刘强,冯志华.变频器的同步控制分析[J].电机与控制学报,2005,9(5):436-438.
变频切换 篇2
为了进一步摆脱电机启动所受的电网容量制约以及减少电网所受的电机启动电流的冲击, 部分用户提出了变频器启动的方法, 升到50Hz后切换为工频, 再通过变频器启动其它电机。尽管这一技术收到了一定的争议, 但也在部分场合实现了有效应用。变频电动机工频切换的主运行电路。通常仅有2个切换过程:
第一, 接通KM3接触器, 投入电动机到工频电源;第二, 断开KM2接触器, 将变频器与电动机之间的联系切断。按照前述两个过程的不同顺序, 通常存在“先切后投”和“先投后切”两种切换方式。
电机工变频转换过程中常会出现下述状况, 即电机从变频运行状态向工频运行状态直接切换时, 某些情况下会出现较大的电流冲击, 甚至能够高达直接启动电流两倍左右, 或是额定电流值的十四五倍左右, 然而, 某些时候却无电流冲击出现;但是变频断开一段时间后, 转向工频时便不会产生过大的冲击电流, 时间延后越长, 则冲击电流的峰值也会越小。由此就提出了交流异步电动机的变频-工频切换的问题。
2 问题解决方法
三相电动机运行过程中, 主磁场会在定子三相绕组内以同步转速进行旋转, 形成感应对称的三相电动势。将电源切断后, 主磁场会立即消失, 然而, 已经被主磁场磁化的铁芯转子仍然会有剩磁作用存在, 另一方面, 受到惯性作用的影响转子仍然会保持高速的旋转状态, 在定子线圈内形成感应电动势, 且短时间内并不会完全消失, 而会呈现出逐渐衰减的趋势。在变频器输出断开前、后, 37KW电机两相之间定子绕组所产生的电压波形, 定子线圈的感应电动势会在电源切断后开始呈现出衰减趋势。而在转速降低的过程中, 转子绕组的电压频率也会逐渐降低。
因为交流异步电动机变频器所输出的是PWM波, 因而其相位观察存在较大的难度, 在工频状态下测得的电压波形仍需实施更加深入全面的分析。由于50Hz变频器的工频电压与输出电压在电机上所产生的作用基本相同, 因而不会对分析结果产生影响。工频电源下2.2KW电机电源断开的瞬间, 电压波形的变化情况, 从图中可以看到, 电压波形基本上未发生明显的跳变情况, 因此, 断开电源的瞬间电源电压与感应电动势是相等的, 两者的幅值也基本相同。随着剩磁作用的逐渐消失, 其电压幅值也会随之下降。另一方面, 随着电动机转速的逐渐下降, 感应电动势的频率也会发生相应的降低, 同时, 其相位也会与电源相位逐渐拉开。而且, 频率越低, 相同时间内其拉开相位距离也就越大。
由上述分析结果可知, 在极坐标下绘制出电机断电后感应电压Ud衰退的向量示意图为图1中Ud所示。
由图1可知, 电源瞬间断开后, 电机感应电压会呈现出逐渐衰退的趋势, 与此同时, 工频电源电压与感应电压的相位距离也会逐渐拉开, 工频电源的不同投入时刻, 会出现不同的△U。图2所示极为电源重新投入时, 电机的等值相量和电路图。
图2中, Θ表示电动机定子线圈的感应电动势与工频电源电压之间形成的夹角;Xm表示电机的等效电抗;Xs表示电源的等效电抗, 主要涉及前级变压器和线路两部分;△U表示的是压差, 即电动机和系统所共同承担的电压;Ud表示电动机线圈定子的感应电动势;U表示的是工频电源电压。Um表示电动机切换瞬间所承担的电压, Um=△U×Xm/ (Xm+Xs) 。出于安全方面的考虑, 通常控制电动机的可承担为电动机额定电压 (UN) 的1.2倍, 即Um=△U×Xm/ (Xm+Xs) ≤1.2UN。其中, △U≤1.2UN/0.9=1.33UN≈1.33U, Xm/ (Xm+Xs) =0.9。若△U过大则会出现较大的冲击电流, 并对电动机和切换系统产生直接影响, 甚至会造成破坏作用。若果切换时刻变频器的工频电源与输出相位相同, 以1.33U为半径、C为圆心, 绘制出A-B, 投入工频电源的安全区域为其右侧, 从而获得C-E、F-G、H点的工频电源安全投入时间范围。
3 交流异步电动机变频-工频切换问题的解决方法
在全部切换的发生过程中, 应保持工频电源拖动和变频器拖动电动机转向的一致性。由前文所述的分析结果可知, H、F-G、C-E点以后三个安全投入工频电源的时间范畴, 均为幅值与相位同时作用的结果。一般情况下, 还能够分别从幅值与相位两个方面着手来寻找相应的解决措施, 常用的处理措施包括:
方法一:将电抗串入回路过程中, 发生延时后对其实施短路处理。
方法二:尽可能减小感应电动势的幅值, 在其幅值下降到0.33U以下后将工频切入。
方法三:在最为恰当的时间内, 在电动机工频电源的相位与感应电动势的相位相差最小时, 将工频电源切入。由前文所述的分析结果可知, Um=△U×Xm/ (Xm+Xs) 为电机所承受的电压。若将电抗串入回路过程, 则还需承担相应的电压水平, 保证电动机的电压控制在可承担的范围之内, 从而获得其他的处理方法。
摘要：启动变频器的应用有助于电网容量摆脱电机启动的制约, 以及减少电网所受的电机启动电流冲击的影响, 将交流异步电动机升到50Hz后切换为工频, 再通过变频器启动其它电机。文章就在分析交流异步电动机变频-工频切换内涵的基础上, 探讨了其解决方法。
关键词：交流异步,电动机,变频-工频切换
参考文献
[1]高金旺.交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真[J].福建建材, 2011, 1 (5) :74--75
变频切换 篇3
关键词：罗宾康中压变频,节能降耗,优化系统
1 前言
太钢原采用湿熄焦, 为回收红焦炭的显热, 改善焦炭质量, 减少环境污染, 满足太原市政府对太钢环境要求, 太钢将原65孔的4.3m焦炉淘汰, 更新为世界上最先进最环保的7.63m焦炉两座。伴随着7.63米焦炉的建成及投用, 2008年太钢焦化厂为7、8#焦炉配套建成投产了150t/h干熄焦装置, 建成后达到减排粉尘等污染物228t/a, 节水99×104m3/a, 节能3KG标准煤/吨焦, 年发电3.8×105MW。该装置由EI自动控制系统、干熄炉主体 (包括装焦、排焦、气体循环系统、干熄焦锅炉系统) 、除尘系统、水处理系统、发电系统等部分组成。气体循环系统和除尘系统, 循环风机和地面除尘风机均采用变频器进行调速。
在环保和集团公司的节能降耗行动的整体布置要求下, 从设备运行效率、故障维修量、能源使用效率等方面综合评估并经可行性方案论证, 决定对除尘风机进行节能降耗改造, 新增一台罗宾康变频器与原来的MV变频器实现专备用, 以达到提高设备运行效率、降低机组故障维修成本、降低故障时间以及节约能源的目的。力求优化系统, 减少电能损耗, 实现挖潜增效的目的。
2 立项原因
除尘系统首先将干熄炉顶盖装焦处、干熄炉预存室放散口、惰性气体循环风机放散口产生的高温且含易燃易爆气体成分及火星的烟气导入管式冷却器并分离火星;将干熄炉底部排焦处、炉前焦库及转运站的储存、转运过程中产生的含高浓度焦粉尘烟气导入百叶式预除尘器进行粗分离处理;然后两部分烟气在管式冷却器及百叶式除尘器出口处汇合, 一并进入布袋除尘器净化, 这样就避免了带火星的高温烟气与高浓度焦粉尘烟气混合而发生爆炸的可能, 同时也减少了焦粉对除尘器滤袋的磨损。
环境除尘风机是干熄焦环保重点运行设施, 原设计MV变频器因厂家产品升级, 其备件已停产, 2010年7月份到8月份多次故障停机, 维修难度大, 严重影响正常的干熄焦生产。
3 实施方案
3.1 选择合适的备用变频器
根据除尘风机电机型号进行环境除尘风机设备选型。
YBKK500-6;电压为3KV;电流为163.4A;功率因数:0.881;转速:993RPM;功率为710KW;
选择变频器型号:完美无谐波中压空冷变频器 (Gen3, Gen3e, Gen VI系列) 。
3.2 主要技术措施
(1) 选用罗宾康变频器相应型号来替代原MV变频器实现相互备用。
(2) 研究MV变频器高低压及控制系统原理图, 设计两套变频器相互备用实施方案。
(3) 组织罗兵康变频器高压供电和电机供电切换部分施工, 联系西门子公司调试罗宾康变频器, 铺设控制电缆, 编写两套变频器切换控制程序及操作说明书。
(4) 利用干熄焦月修时间, 调试投用罗兵康变频器, 试验故障情况下MV和罗宾康变频器相互切换运行。
3.3 线路及控制改造方案
为了最简便的改造新装变频器, 并秉着两台变频器能在最短的时间内进行互换使用, 原则上新增变频器的所有外接信号及控制参数与旧的相同, 具体如下:
3.3.1 变频器主输入电源
在现MV变频器的整流变压器室内新装10KV高压隔离转换开关, 一线给原MV变频器的整流变压器, 另一线给罗宾康变频器主进线电源。
3.3.2 变频器输出电源至电机线
为了最简单的, 并满足生产需要, 减少改造工作量, 在从变频器到电机的电缆处增设一隔离开关, 达到从变频器出来的电缆经过隔离开关的切换来实现其中一台变频器对风机的控制。
3.3.3 变频器的控制电源
MV控制电源不变, 新增罗宾康变频器控制采用MV备用控制电源 (380V) , 由低压电磁站配电柜提供。
3.3.4 变频器现场操作信号
新增罗宾康变频器的本地/远程、启动、停止控制, 原理与原MV变频器控制原理相同, 如图1所示。
3.3.5 高压柜信号
合闸命令输出、分闸命令输出、欠压脱扣输出、预备合闸接点、断路器合闸接点、断路器分闸接点, 及综合电气室高压柜上的变频器运行信号指示、变频器故障信号指示、变频器就绪信号指示。将进入MV变频柜内的高压柜信号线退至在地面除尘电磁站的中间接线箱内, 中间接线箱主要是将高压柜信号利用中间继电器分别送至两台变频器。原理是:两台变频器的高压柜输入/输出信号分别接在中间继电器的常开触点上, 相同信号的常开触点的另一端并接在综合电气室高压柜来的信号上, 中间继电器的线圈由PLC输出控制, 即当操作画面选择MV变频器工作时, MV相关的高压柜信号中间继电器吸合, 使MV变频器的高压柜输入输出信号与综合电气室高压柜信号接通, 罗宾康变频器的高压柜信号为断开, 二台变频器的信号继电器互锁, 当用罗宾康变频器时, 同理控制。
3.3.6 PLC信号
变频器的电流显示、速度显示、速度给定、就绪信号、运行信号、故障信号、启动和停止信号。根据现有模块上剩余的PLC通道, 原MV变频器的所有PLC信号不变, 新增罗宾康变频器的PLC控制及反馈信号接入剩余的PLC通道上。
3.3.7 PLC控制程序和操作画面
新编PLC控制程序及操作画面, 秉着方便操作及满足控制要求的原则。
3.4 通过对干熄焦环境除尘风机增加变频改造, 实现以下目标和效果:
(1) 在满足工艺要求, 能有效降低电动机的转速达到节能的目的;
(2) 实现变频软启动, 减小电流冲击, 避免对电网的冲击, 延长电气及机械设备寿命;
(3) 实现远程系统控制, 提高管理的有效性和便利性, 降低工人劳动量, 能直观地看到设备运行的工艺参数和工作状况, 降低设备故障率, 提高设备故障时维修效率;
(4) 优化原控制系统, 提高设备运行的稳定性;
(5) 达到30~40%的节能效果。
4 工程实施后
4.1 达到的目标
降低干熄焦环境除尘风机变频器故障时间, 发生故障后能及时相互切换备用, 避免长时间影响干熄焦正常生产。
4.2 实施后的保持措施
(1) 完善两套变频器的切换投用操作规程, 培训操作人员和维护人员熟悉应急响应操作流程, 缩短变频器故障时间。
(2) 将罗宾康变频器的复位方法制成培训教材, 培训区域点检员、区域负责电工、值班电工以及各班生产工, 以确保发生故障后已最快的速度恢复, 保证正常的生产。
(3) 研究罗宾康和MV变频器的工作原理和维护标准, 有计划地实施定检定修工作。
4.3 制定正确的干熄焦除尘变频器相互切换的操作步骤
因为原来环境除尘风机使用的是MV变频器进行控制, 现在增加一台罗宾康变频器与MV变频器实现专备用相互切换, 然而这两台变频器都属于中压变频具有一定的危险性, 所以必须制定正确、合理的切换操作规程以确保操作的准确性。
5 结束语
(1) 干熄焦环境除尘风机通过增加罗宾康变频实现双系统切换的改造后, 仍然可以达到较好的节能效果。
变频切换 篇4
随着低碳经济和节能意识的深入, 为了提高机组的运行效率, 改善电机的运行性能, 降低厂用电率, 机组在招投标时, 6k V高压给水泵、闭式水泵和凝结水泵选用施耐德生产的ATV1200系列的变频器。该变频器采用“一拖二”的运行方式, 即2台泵共用1个变频器。定期切换制度是运行“两票三制中”的一项重要制度。对于长期变频运行的机组, 特别是供热机组, 采用传统的变频器切换方式, 2台泵将分别启动2次, 不仅切换时间长, 而且对6 k V电机的损伤大, 还可能发生误操作。同步投切和“飞车”启动在变频器的启动中已有应用, 但是, 2种方式在变频器的切换中基本未被采用。本文所述内容可以在一定程度上弥补变频器切换的不足, 它将在电厂运行中得到广泛的应用。
1 变频器的组成和电气闭锁
对于一拖二的变频器, 一般结构包括6 k V工频和变频共用开关QF1、QF2, 变频器进线接触器KM41和KM51, 变频器出线接触器KM42和KM52, 工频接触器KM43和KM53, 电抗器和电抗器旁路接触器QF0, 如图1所示。
泵运行时, 有工频运行、变频运行和工频备用3种状态, 图1以A泵工频或变频运行, B泵工频备用为例, 其中, QF1为A泵6 k V开关, QF2为B泵6 k V开关。具体情况如下: (1) A泵工频运行, KM43在合位, QF1在合位, KM41和KM42在分位; (2) A泵变频运行, KM41、KM42和QF1在合位, KM43在分位; (3) B泵工频备用, KM51、KM52和QF2在分位, KM53在合位。
为了避免变频器开关、接触器之间误操作, 变频器设置了电气闭锁, 主要有以下3种: (1) KM41 (KM51) 和KM43 (KM53) 闭锁。高压给水泵变频切换采用同步投切为工频, 当KM41 (KM51) 在合闸位时, KM43 (KM53) 可以合闸, 但是, 当KM43 (KM53) 在合闸位时, KM41 (KM51) 不能合闸。凝结水泵和闭式水泵变频切换采用“飞车”切换的方式, 当KM41 (KM51) 在合闸位时, KM43 (KM53) 不能合闸, 同理, 当KM43 (KM53) 在合闸位时, KM41 (KM51) 不能合闸。 (2) KM41和KM51闭锁。当KM41在合闸位时, KM51不能合闸, 保证只有一台变频器运行。 (3) KM41 (KM51) 和KM42 (KM52) 闭锁。KM42 (KM52) 只有在QF1和KM41 (KM51) 在合闸位置, 变频器带电处于待机状态下, 才允许合KM42 (KM52) 。这样做主要是防止在切泵的过程中电机的残压对变频器反送电。
2 同步投切
变频器同步投切是指变频器变频与工频之间无扰的切换方式, 利用锁频锁相技术, 使变频器输出电压的频率、幅值和相位与工频电压的频率、幅值和相位保持一致, 让负载从变频平稳切换到工频, 防止因变频器输出电压与工频电压之间存在相位差而产生冲击电流, 损坏设备, 要在工作中真正实现不停电切换。
同步投切的关键技术是变频器中含有1台电抗器和1台真空接触器, 当进行同步切换时, 需将电抗器接入运行, 电抗器起到抑制涌流的作用, 使电流不会突变。同步投切包括变频投工频和工频投变频2种。
变频投工频是指原先负载处于变频运行方式, 变频器收到同步投切指令后, 将变频器的频率升至工频, 变频器输出通过电抗器后锁定工频的电压、幅值和相位, 然后将工频输出开关合闸, 变频器和工频并列运行向负载供电, 再将负载从变频器转移至工频运行后, 断开负载的变频开关, 负载完全工频运行。
工频投变频是指原先负载处于工频运行方式, 变频器收到同步投切指令后, 将变频器的频率升至工频后, 锁定电网电压、幅值和相位, 然后将变频器输出通过电抗器与工频并列运行向负载供电, 再将负载从工频转移至变频运行, 断开负载的工频电源, 使负载完全变频运行。
某燃机电厂高压给水泵主要供高压汽包水位、燃机TCA冷却水和高压过热器减温水。在机组运行期间, 任意一路发生故障, 都会引起进组跳闸, 所以, 给水泵的切换必须采用无扰切换, 以保障机组的安全运行。在同步投切时, 可采用变频投工频的方式。下面, 以A泵变频器切换至B泵变频器为例加以说明: (1) 检查电抗器刀闸QF0在分闸位; (2) 将高压汽包水位控制方式由变频控制水位切换至给水调节阀控制水位; (3) 将变频运行A泵的频率升至50 Hz, 完成锁频锁相功能, 自动合KM43, A泵工频和变频共同运行; (4) 自动停A泵变频器, 分KM42和KM41, A泵工频运行; (5) B泵退出备用, 自动分KM53; (6) 变频启动B泵, 自动合KM51, 合QF2, 合KM52, 同时, 变频器频率升至50 Hz; (7) 停A泵工频运行, 自动分QF1和KM43。
3“飞车”切换
高压变频器的“飞车”切换也叫转速跟踪启动, 是指当电机定子与工频脱离时, 电机定子“无源”, 电机处于转动状态。但是, 在转速随机不确定状态下, 可将高压变频器接入电机定子, 使电机定子从“无源”到“有源”, 电机定子的旋转磁场从无到有, 最后电机定子旋转磁场拖到电子转子进入正常驱动过程。简单地讲, 当电机工频运行, 停止工频运行电机, 电机转速将下降, 电机变频器启动后捕捉电机转子频率, 捕捉到电机转子频率后, 变频器再按捕捉到的转子频率作为输出频率将电机转速升至额定转速的过程。
“飞车”切换需要将变频器的输出电压加在电机定子上时, 大多数情况下, 由于电动机的反动势和变频器的输出电压的相位和大小是不同步的, 变频器和电机承受的冲击电压一般为额定电压的2~3倍。因此, 消除冲击电流, 使电动机反动势和变频器输出电压同步是“飞车”切换的关键。施耐德变频器利用电机的剩磁, 通过矢量控制检测确定当前转子的转速, 以当前的转速为基础开始加速到额定转速, 从而实现无冲击启动。
某燃机电厂闭式水泵主要提供闭式冷却水, 其作用向燃机、汽机、余热锅炉和发电机的辅助设备提供冷却水。在闭式水泵变频器切换的过程中, 可以采用“飞车”切换方式, 短时中断闭式水不会影响机组的安全运行。但是, 在切换的过程中, 需考虑闭式水压力低可能引起运行泵跳闸的问题。例如, 空压机冷却水流量低会引起空压机跳闸, 所以, 在闭式水泵变频切换前, 空压机的闭式水转由临机供, 以保障闭式水泵变频切换过程中机组的运行安全。
某燃机电厂凝结水泵正常运行时, 主要给低压汽包供水, 低压汽包容积很大, 而低压汽包低水位跳闸保护值设定很低。鉴于此, 在凝结水泵变频器切换的过程中, 可以采用“飞车”切换方式, 短时中断凝结水, 这样就不会因为汽包水位低而导致机组跳闸。
“飞车”切换采用变频—工频—变频的切换方式, 以A泵变频器切换至B泵变频器为例加以说明: (1) 将变频运行A泵的频率升至50 Hz; (2) 自动合B泵QF2, B泵工频运行; (3) 停A泵变频器运行, 自动分QF1、KM42和KM41; (4) 自动合KM43; (5) 发出“A泵切B泵”指令后, 自动合KM51, 变频器待机; (6) 自动断开KM53, 合KM52, 变频器自动启动。
4 结论
随着自动控制技术的快速发展, 高压变频器已成为降本增效的重要手段。为了提高公司的经济效益, 变频器在电厂的应用越来越广泛, 但是, 传统变频器切换方式对6 k V电机的损伤比较大, 而且切换复杂。根据电机在运行中的重要程度, 采用同步投切和“飞车”切换的方式, 整个切换过程便于操作、安全可靠、节省时间, 将被广泛运用于电厂。
参考文献
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[3]张震宇, 吴芸, 胡志涛.基于高压变频器的新型工/变频无扰切换技术[J].变频器世界, 2016 (1) :79-63.
变频切换 篇5
恒压供水变频调速系统的优越性能,已成为设计的主流。其主要特点是:
1.占地面积小,安全可靠,投入成本并不高,而运行效率很高。由于一天内平均转速下降,轴上的平均扭矩和磨损减小,因此水泵的寿命大大提高[1]。
2.变频调速能对水泵实现软起动和软停车,由此可消除水锤效应,减少对管网的冲击。自动化程度高。
2系统概述
(一)传统的供水方式:
1. 水箱/水塔供水-重力供水这种方式供水压力比例恒定,且有储水,但它是由位置高度形成的压力来供水的,为此需建造水塔或将水箱置于建筑物屋顶上。
2. 气压供水。这种供水方式一般是在地下室或空旷处加压将水送到管网中。优点是建设快,可通过改变压力来满足不断增长的供水需求。缺点是建压力罐其体积和投资大,还需设置空压机充气,消耗电能大,运行费用高[2]。
(二)恒压供水变频调速系统:
其控制框如图1所示。由变频器向电机供电,由电机拖动水泵,通过压力传感器把在出口水压检测点测得的压力(反映用水量大小)反馈信号与压力给定信号经比较送入调节器,再将调节器的输出信号作为变频器的频率给定信号,由此来根据用水需求量自动调节供水量的大小。
(三)系统控制要求:
本系统采用三台同容量的水泵供水,具体的控制要求是:
1. 用水量少时由变频器驱动一套电机泵组,且根据用水量自动调节泵速,另两套电机泵组停车。
2. 当此泵速达到最高仍不能满足用水需求时,则起动第二套电机泵组并由变频器供电,而第一套自动切换由工频电网直接供电。
3. 两套电机泵组供水时,若第二套泵速最低时仍大于用水需求,则自动切除第一套泵组;若第二套泵速最高时仍小于用水需求,则自动起动第三套电机泵组并由变频器供电,而第二套自动切换由工频电网直接供电,第一套仍由工频电网直接供电。
4. 三套电机泵组供水时,若第三套泵速最低时仍大于用水需求,则自动切除第一套泵组,第二套仍由工频电网直接供电。同理,以次减之。之后周而复始,实现自动循环切换,因此各台泵的平均使用寿命得到提高[3]。
3 方案选择
多泵并联变频恒压工作模式通常是:当用水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量,由一台变频泵调速恒压供水;当用水流量增大,变频泵的转速自动上升;当变频泵的转速上升到工频转速,为用水流量进一步增大,由变频供水控制器控制,自动启动一台工频泵投入,该工频泵提供的流量是恒定的(工频转速恒压下的流量),其余各并联工频泵按相同的原理投入。在多泵并联变频恒压变量的供水情况下,当用水流量下降,变频调速泵的转速下降;当频率下降到零流量的时候,变频供水控制器发出一个指令,自动关闭一台工频泵使之退出并联供水。为了减少工频泵自动投入或退出时的冲击。在投入时,变频泵的转速自动下降,然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在退出时,变频泵的转速应自动上升,然后慢慢下降以满足恒压供水的要求。上述频率自动上升,下降由供水变频控制器控制[4]。
另一种变频供水模式通常叫做恒压变量循环状启动并先开先停的工作模式。在这种供水模式中,当供水流量少于变频泵在恒压工频下的流量时,由变频泵自动调速供水,当用水流量增大,变频泵的转速升高.当变频泵的转速升高到工频转速,由变频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电网直接供电(不通过变频器供电)。变频器则另外启动一台并联泵投入工作。随用水流量增大,其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入。这就是循环软启动投入方式。当用水流量减少,各并联工频泵按次序关泵退出,并联泵退出的顺序按先投入先关泵退出的原则由恒压控制系统实现。
4 系统工作原理
(一)系统结构
变频恒压供水系统工作原理如图2;它主要有PLC、变频器、压力传感器、动力及控制线路以及泵组组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20m A标准信号送入变频器内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,得到4~20m A参数,4~20m A信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同,在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测,当用水量大时,管路压力减小,变频器频率迅速上升到上限频率,此时,变频器输出一个上限频率到达开关信号给PLC;当用水处于低峰时,管路压力增大,变频器输出频率下降并达到下限频率,变频器也输出一个下限频率到达开关信号给PLC;两个信号不会同时产生。系统始终保持每个时刻都有变频泵在运行,自动调节管路内的压力,当产生任何中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。变频器输出的信号即反馈给PLC,一个信号时,信号即反馈给PLC,PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,以此协调投入工作的水泵电机台数,并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的[5]。
(二)工作原理
图3中Q0为总电源进线断路器、Q01为变频器的电源进线断路器、Q1、Q2、Q3为1#、2#、3#泵工频电源进线断路器、FU为电压转换开关的熔断器、SV为电压转换开关、PV为电压表.KM1、KM2、KM3为泵1#、2#、3#变频接触器。
回路设计:变频器的接线见图3,变频器10,11端子是模拟量输入端口。5,9端子是起动停止信号,9号端子是变频器自带的+24V电源,当5号端子有正电源时变频器允许起动断开时停止运行,因此在5,9号端子连线之间串接了一副继电器辅助触点KA1,当辅助触点闭合时,变频器可起动,断开时变频器停止。通过控制K A 1的闭合和断开,在泵切换时进行断开变频器的控制。21端子输出下限频率信号到PLC输入端,24号端子输出上限频率信号到PLC输入端。在变频器外部接线图中可知见图4,在变频器控制的一路,因变频器自带过流和过热保护,所以没有设过热保护,在工频控制一路我们设置了热继电器,在每个泵的变频器控制和工频控制的两路我们都通过PLC输出控制每个接触器线圈来互相自锁。接触器采用DC24V线圈接触器。
开始工作时,1#泵变频启动,泵的转速上升,如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值,变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC,上限频率信号保持5分钟时间后,1#泵迅速切换至工频运行,同时解除变频器运行信号1秒,然后切换到2#泵由变频器驱动,若此时压力上升,变频器输出下限信号,系统自动切断1#工频泵,由2#变频泵单独运行。若此时压力下降未达到设定值,变频器输出50赫兹上限运行信号,则2#泵切换至工频,3#泵变频启动。在运行中始终保持一台泵变频运行。当在1#泵工频运行,2#泵变频运行时,管路压力未达到设定值时,变频器输出一个上限频率信号至PLC,由PLC控制切除2#泵变频运行,此时由2#泵工频运行、3#泵变频运行,同时保持1#泵工频运行。如果此时压力上升,变频器频率达到下限频率,同样输出下限信号给PLC,PLC解除1#工频泵,由2#工频泵和3#泵变频运行来维持管网压力。当压力上升,变频器频率下降,输出下限频率信号后,2#工频泵切断,此时由3#泵单独运行来维持管路压力。此时如管道压力下降,变频器达到上限频率,并输出上限压力信号,3#变频泵转换为工频运行,1#泵变频启动,若压力仍不满足则1#变切换为1#工,2#泵变频运行,并保持3#泵工频运行。三台泵同时工作以保证供水要求。见图4.5这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停,同时在实际管网对水压波动做出反应之前,由变频器迅速调节,使水压平稳过渡,从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。
5 PLC程序设计
变频泵循环运行优点很多,但是实现起来关键问题是变频器输出切换问题。将水泵电动机从变频器供电切换到工频电网供电,将可能遇到很大的电流冲击考虑到变频器每次切换的时会产生的冲击,如表1所示,以第1台电机为例在K M1断开以后,定子绕组是开路的,不可能有励磁电流。而转子绕组是自成回路的,其电流有一个逐渐衰减的过程,它将产生一个逐渐衰减的直流磁场,而定子三相绕组将和此旋转的直流磁场相互切割,从而产生出相应的感应电动势,即电动机在切断电源以后,存在着一个处于非同步发电状态的电磁过渡过程。非同步发电状态不同于电动机的再生发电状态,电动机的再生发电状态是指定子绕组必须和电源相接,以得到励磁电流。而此这时是电机已经脱离电源。
我们在应用中是在水泵脱离变频器后,等待一段时间待电动机的反电动势降下来以后再接到工频电源。在切换的时候PLC先发出停止信号,停止变频器运行1 S使变频器降速到零,在起动前段会有下限低的信号,造成不能正常起动,在变频器切换时都有2S钟的信号下限信号隔离的设计。每次切换时都保持下限和上限信号连续保持5分钟后方可切换,以避免因变频频率波动而产生的频繁切换。
6 变频器参数设定(表2)
7 系统各部分的选型
(一)变频器选型:通过电机容量选用变频器,考虑安全和余量。采用西门子型号为:6SE6440-2AD32-2DA1。功率:22KW.MICROMAST
(二)PLC控制系统及选型:该系统采用三菱FX2N-32ET,I/O点数为32点,继电器输出,PLC编程采用三菱PLC专用编程软件SWOPC-FX/WIN-C。
(三)压力传感器选型:压力传感器采用昆山双桥传感器测量技术有限公司.型号:CYG101型(低压力传感器)。量程:0~40~100~400~1000~1600kpa
(四)断路器的选型:通过电机的功率为1 8.5 KW可知,电机额定电流为36.1A一般选取断路器额定电流为电机的额定电流的1.5~2倍为5 4.1 A,所以选取Q1~Q3具体型号:3VL2706-1AE33-0AA0.Q01
(五)接触器和继电器选型:KM1~KM6接触器采用西门子公司的3TF系列接触器,工作电流为90A,具体型号:3TF4722-0XB0.继电器具体型号:3TH4022-0XB0
8 结束语
PLC控制和变频调速恒压供水系统投入使用后,完全能够达到设计要求,高效节能,故障低,调速供水效果突出,用户反映良好。同时减少设备损耗,延长了水泵和电机的使用寿命.提高了社会效益。
参考文献
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[2]基于PLC的新型变频调速恒压供水系统[EB/OL].http://ww w.au tooo.net/Htm l/IN V/Inv-C ase/20 0 7-3/18/0731819409.html
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变频切换 篇6
随着国家对文化产业投资逐渐加大以及群众对文化市场参与度的逐步提高, 各地新建剧院舞台中的机械设备越来越多, 其中舞台吊杆[1]是各类剧场中最常用的必需设备。就舞台中的常见台上设备吊杆来说, 几十道甚至上百道吊杆很正常。通常, 一台吊杆设备需配备一台变频器, 几十道舞台吊杆就需要配置相应数量的变频器。这样配备投资很大, 而且一对一配置的话, 一旦某一台变频器出现故障, 则对应的吊杆就不能正常动作, 安全性能受到很大影响。
通过对舞台现场的观察, 发现大部分剧院虽然有几十道吊杆, 但同时需要的最大动作数一般少于8道, 而且都是短时间工作制, 吊杆启动后不是上升就是下降, 在到达目标位置后, 这道吊杆就停止工作, 等待下一个命令的执行。如果能够有一个系统, 只配备n (n<=8) 台变频器 (一般为同时需要的最大动作数) , 通过这个系统来切换启动所有的吊杆, 则不但可以大大节约成本, 而且能够大幅度地提高安全性能。即当某一个变频器有故障时, 还有冗余变频器能够启动其对应的吊杆。这个系统就称之为电气切换矩阵控制系统[2]。
2 用于变频器的电气切换矩阵控制系统设计思路
舞台上吊杆设备反映系统状态的主要参数是上、下限位, 松、乱绳信号, 矫正限位, 反映速度和位置的编码器及电机三相及制动线。这些参数要求在一台变频器对一台吊杆设备时直接输入到变频器中, 如图1所示。
用于变频器的电气切换矩阵控制系统设计思路是把m台吊杆的参数传输到n台变频器, 很明显m要大于或远大于n。PLC通过输入输出端子, 启动中间继电器及交流接触器来控制选择要动作的吊杆电机, 使变频器能够控制所选择的吊杆电机, 同时该吊杆的位置、速度等实时数据通过电气切换矩阵控制系统传输到变频器。用于变频器的电气切换矩阵系统逻辑图如图2所示。
本系统选用SIMATIC S7-200系列PLC, 具体选用PLC型号[3,4]根据吊杆电机及所需同时动作的吊杆数的多少来选配。本文模拟一个小型剧场来设计一个用于变频器的电气切换矩阵系统。该剧院有舞台吊杆20道, 功率为11k W, 根据工艺要求, 演出时最多同时动作4道吊杆。为了完成4切20电气矩阵切换, 需PLC输出点DO (n×m) 20×4共80个点。为了确保矩阵切换的成功, 需PLC输入点DI (n×m) 20×4共80个点。当PLC输出后, 外围电气回路由中间继电器及交流接触器来完成切换。
3 用于变频器的电气切换矩阵控制系统设计
3.1 软件设计
本系统选择SIMATIC S7-200系列PLC作为开发软件。首先选用CPU226模块, 具有24点输出/16点输入, 可连接7个扩展模块, 提供1000m A的总线电流。根据要求至少需80个输入点与80输出点。扩展2个32点输入与32点输出的EM223模块, 同时预留一定的开关点, 再加上一个8点输入与8点输出的EM223模块。PLC模块如图3所示。
用于变频器的电气切换矩阵系统控制程序采用主程序、子程序来编写。主程序完成某一变频器所需切换吊杆所对应输出端子DO的输出。子程序完成对输出吊杆所对应变频器在外围电气回路执行后以及反馈后信息的确认。
为了使某一变频器对应的吊杆选中, 需要在PLC输出一个开关量信号, 这个开关量的输出能够对应某一变频器所对应的一道吊杆电机的唯一信号。如前所述的模型是4个变频器切换20道吊杆, 经计算需要80个输出开关量。根据CPU226与上一层主控模块通讯, 在CPU226或扩展模块EM223输出对应的一个DO点, 而最多可以同时有4道吊杆的条件下可以输出4个DO信号。由于一个变频器只能在同一时间动作一道吊杆, 在程序中应设置互锁程序[5], 避免出现一个变频器同时动作多道吊杆电机。用于变频器的电气切换矩阵控制系统主程序流程如图4所示。
3.2 PLC外围的电气回路设计
用于变频器的电气切换矩阵控制系统外围电气回路设计图如图5所示。
系统在PLC输出对应吊杆电机的DO点后, 台上吊杆设备反映系统状态的主要参数是上、下限位, 松、乱绳信号, 矫正限位、反映速度和位置的编码器 (3个通道) 及电机三相及制动线 (5个通道) 。这些信号通过由中间继电器及交流接触器所组成的矩阵来实现多对少的切换。根据统计上述信号需13个通道来处理, 再需要一个切换确认信号, 共需14个通道, 本系统选用RXL4A6B2BD型中间继电器, 带4个通道。交流接触器根据功率选择LC1-D2510M5N, 自带一个常开通道, 一个交流接触器选配交流接触器辅助触头4通道, 型号为LC1-DN40C。由于中间继电器需带动下一级的中间继电器及交流接触器, 实际上只能计算3个通道, 为了实现14个通道的切换, 每个回路需要2个中间继电器及一个交流接触器, 还有一个通道的余量。 (备注:一个交流接触器还有3通道的大电流触点) 。中间继电器与接触器在设计完成后安放于电气控制柜中。
通过以上分析, 以本文模拟的小型剧场为例, 4台变频器切换20台吊杆电机控制系统共需要40个中间继电器, 20个交流接触器, 其总成本低于1台变频器成本。因此用于变频器的电气切换矩阵控制系统节约了共15台变频器成本, 是原有变频器一对一控制成本的四分之一。如果对于大型剧场则节约成本相应会更多, 因此本系统具有极其重要的实际价值。
4 结束语
用于变频器的电气切换矩阵控制系统投入应用后, 不但大大节省了成本, 而且由于各个变频器相互冗余, 原有设备的可靠性也大大增强。取得了很好的经济效益及社会效益。应当注意的是, 由于电气切换矩阵强弱电混合布线设计, 并放置在控制柜内, 难免会受到变频器及接触器动作时的电压干扰, 从而造成切换错误现象。在演出中, 这种情况的发生极易造成对台上演员的人身伤害, 因此应坚决避免。对其处理方法:一是要加设抗干扰设备, 在切换信号发出端加装滤波电容, 过滤接触器吸合释放时产生的干扰;二是在切换电机后, PLC务必要有切换检查程序, 确保正确切杆。
摘要：变频器控制电机一般都是一台变频器单独控制一台电机, 如果是几十台或上百台电机, 则需配几十台或上百台变频器, 那么投资就比较大。而且当某一个变频器出现故障时, 其对应的电机也不能动作, 所以可靠性不高。针对这种情况, 对于短时工作制的变频控制电机场合 (以自动舞台场合必用的舞台吊杆为例) , 改变原有的一对一控制方式, 设计了一个电气切换矩阵系统。此系统根据实际工作电机动作最大数来确定变频器的个数, 很大程度上降低了成本, 而且由于每一台变频器可以控制每一台电机, 控制的安全系数也大为提高。
关键词：电气切换矩阵,舞台吊杆,PLC,变频器
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变频切换 篇7
关键词：增压机,无扰切换,差动保护
1 引言
天津陈塘庄热电厂煤改气搬迁工程建设两套900MW级“二拖一”燃气--蒸汽联合循环供热机组。由于管输天然气供气压力保证值为2.8~3.6MPa, 而M701F4型燃机入口压力要求为3.9~4.2MPa, 因此本工程每台燃机配置一台德国MAN公司生产的整体齿轮多轴离心式压缩机, 采用“一对一”单元制配置、无级调速变频控制方案, 调整范围为70%~100%, 且变频装置设置自动工频旁路。
高压变频器是由电力电子器件组成的复杂系统, 因环境、元器件老化、运行工况等原因不可避免会发生各类故障。因此, 为了保证机组的持续运行, 燃气电厂采用变频调速控制的增压机均配置手动工频旁路。当变频器发生故障倒换运行方式时必须要停运天然气增压机及相应的燃机, 影响机组安全经济运行。若在冬季发生故障将影响机组安全供热, 带来不良的社会影响。应用工变频同步无扰切换技术, 可以在不影响增压机及相应燃机运行的情况下实现变频、工频之间的无扰切换, 是提高天然气增压机运行可靠性和经济性的重要技术手段之一, 具有很高的应用价值。
2 增压机工变频同步无扰切换技术
2.1 技术原理
工变频同步切换技术是基于变频器本身的传感器系统, 集成在变频器控制系统内, 应用锁相环技术、实时针对电网电压进行频率、相位的精确跟随, 精度高、响应快, 使变频器输出同电网的工频电源同频、同相, 并且允许在同期后任何时刻将电动机切至工频电源, 并网时对电动机基本无冲击, 实现“同步无扰”切换。
锁相前、后变频与工频电压波形如图1、图2所示。比较得知, 变频器锁相成功前后, 工频电网电压与变频器输出电压的频率、幅值、相位基本保持一致, 减少了切换时产生的“短路电流”, 保证了同步切换的可靠性。
2.2 切换过程
变频器配置同期并网功能, 应用同步切换锁相环技术, 变频控制器在检测工频电压的幅值、频率和相位后, 控制高压变频器输出同频、同相、幅值可控的电压, 通过控制器的特殊逻辑设计实现“同步无扰”切换。变频控制系统自动旁路配置方案如图3所示。
图3变频控制系统自动旁路配置方案
切换过程如下:
2.2.1 变频电源切换到工频电源过程:
当变频器轻故障报警时, 运行人员可视故障情况选择变频切工频按钮。控制系统会自动调整高压变频器的输出电压和频率至50Hz。然后利用锁相环锁定工频电源的相位和频率, 控制高压变频器使电机在稍微高于额定工频电压和频率的状态下将工频电源开关CB2闭合, 此时电机由变频电源和工频电源同时供电。3S后控制器发出指令跳开CB3和CB1开关, 将高压变频器退出运行, 电机切换为工频旁路运行方式。
2.2.2 工频电源切换到高压变频电源的过程:
选择工频切变频按钮。控制系统会发出CB1合闸指令为变频器上电, 变频器启动后将自动调整高压变频器的输出电压和频率至50Hz。然后用锁相环锁定工频电源的相位和频率, 控制高压变频器使电机在稍微高于工频额定电压和频率的状态下将变频输出开关CB3闭合。3S后控制器发出指令跳开工频旁路开关CB2, 电机切换为变频器拖动运行方式。然后, 控制系统按照增压机入口进气压力逐步进行转速调整, 使增压机在最佳经济运行状态下运行。
3 增压机保护配置
针对增压机工变频两种运行工况下, 如图4保护需要有两种配置方式:
3.1
在6KV电源侧开关CB0处配置线路保护装置, 保护范围是6KV电源出线。
3.2
在增压机变频回路开关CB1处配置变压器保护装置, 保护范围是位于变频器输入端的移相变。增压机保护由变频器本身自带的保护功能实现。
3.3
在增压机工频旁路开关CB2处配置电动机保护装置和电动机差动保护装置, 保护范围是工频旁路开关出线以及增压机本体。
4 增压机工变频切换中差动保护误动原因分析及处理
4.1 差动保护基本原理
差动保护是大型高压电气设备广泛采用的一种保护方式, 2000KW以上的高压电动机一般采用差动保护, 或2000KW (含2000KW) 以下、具有六个引出线的重要电动机, 当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时, 也装设纵差保护作为机间短路的主保护。差动保护基于被保护设备的短路故障而设, 快速反应于设备内部短路故障。差动保护的基本原理为检测电动机始末端的电流, 比较始端电流和末端电流的相位和幅值的原理而构成的, 正常情况下二者的差流为0, 即流入电动机的电流等于流出电动机的电流。当电动机内部发生故障时, 二者之间产生差流, 启动保护功能, 出口跳闸电动机的断路器。
为了实现这种保护, 在电动机中性点侧与靠近出口端断路器处装设同一型号和同一变比的两组电流互感器TA1和TA2 (如图5) 。两组电流互感器之间, 即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线。设两端电流互感器一、二次侧按同极性相串的原则相连, 即两个电流互感器的二次侧异极性相连, 并在两连线之间并联接入电流继电器, 在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I1与I2之差。继电器KD是反应两侧电流互感器二次电流之差而动作的, 故称为差动继电器。
4.2 微机差动保护原理
4.2.1 差动电流制动电流计算公式
按照同名端同在一侧的原则, 进行差动电流的计算, 即为两侧电流的矢量和;制动电流.按.照两侧电流绝对值和的一半计算。
4.2.2 差动速断保护
电动机内部发生严重短路故障的时候, 为了迅速启动保护, 而设置此功能。因为在启动过程中有瞬间的最大的不平衡电流, 为了躲开这个电流, 使差流速断在启动过程中也能正常工作, 整定值Icdsd应大于启动瞬间的最大不平衡差电流。其保护动作判据为, DImax>Icdsd式中, Icdsd:差动速断保护动作电流整定值 (A) 。其保护动作逻辑框图如下:
4.2.3 分相比率差动保护
比率差动即比率制动, 又称穿越电流制动, 这种制动作用与穿越电流的大小成正比, 因此保护的起动电流随着制动电流的增加而自动增加。起动电流/制动电流称为制动系数, 从这点上可称为比率制动。比率差动保护必须在电动机不在停机态时, 方才有效。以下为三折线比率差动原理, 其动作曲线如图6所示, 第3折线斜率固定为1。
保护动作判据:
式中, Icdqd:比率差动保护动作电流整定值 (A)
Ie:电动机运行额定电流二次值 (A)
保护动作逻辑框图:
4.3 增压机工变频切换中差动保护误动原因分析及处理
当增压机在工变频切换过程中, 开关CB1、CB2、CB3均闭合, 此时工变频回路并联运行。由于CT2的安装位置造成其所测电流I2仅为增压机中性点侧CT3所测电流I3的1/2 (如图4) , 此差流致使差动保护动作。针对上述非故障原因导致差动保护误动作, 就需要在增压机工变频切换时闭锁差动保护。一般采取的方法是将CB3开关辅助触点接入保护装置作为闭锁保护判据, 即CB3开关闭合, 保护装置开入量0→1, 差动保护闭锁。此阶段增压机保护由变频器自带保护功能和电动机保护装置共同完成。当CB3开关断开, 增压机工频运行, 差动保护自动投入。
5 结语
本文通过研究增压机工变频同步无扰切换技术原理, 结合两种工况下保护配置方式和差动保护原理, 分析确定增压机工变频切换中差动保护误动作原因及处理方法。
采用工变频同步无扰切换技术, 在不停止增压机和相应燃机运行的情况下, 实现天然气增压机系统工变频自动切换, 降低了运行人员的操作量和操作难度;减少因增压机变频器故障引起的燃机非计划停机次数, 提高“二拖一”燃气———蒸汽联合循环供热机组运行安全性。
参考文献
[1]张立, 主编.现代电力电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 1999.
[2]贺家李, 李永丽.电力系统继电保护原理 (第四版) .中国电力出版社.
[3]完美无谐波空冷型GEN3系列高压变频器说明书.西门子 (上海) 电气传动设备有限公司.