变频装置（精选11篇）
变频装置 篇1
摘要：简述了变频器的工作原理和基本性能, 并且对变频器应用和选型过程中的注意事项以及如何根据负载的性质来确定选用变频器的型号进行了较详细的说明。
关键词：变频器,负载性质,谐波抑制
异步电动机是电力、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备, 其输出功率不能随负荷按比例变化, 大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节, 而电动机消耗的能量变化不大, 从而造成很大的能量损耗。近年来, 随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛, 使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各企业节能降耗、提高效率的重要手段。
1.变频调速原理
式中 n——异步电动机的转速;
f——异步电动机的频率;
s——电动机转差率;
p——电动机极对数。
由式 (1) 可知, 转速n与频率f成正比, 只要改变频率f即可改变电动机的转速, 当频率f在0～50Hz的范围内变化时, 电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。
变频器主要采用交—直—交方式, 先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源, 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器, 逆变部分为IGBT三相桥式逆变器, 且输出为PWM波形, 中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
2.谐波抑制
变频器使用的突出问题就是谐波干扰, 当变频器工作时, 输出电流的谐波电流会对电源造成干扰。虽然各变频器厂家对变频器谐波的治理均采取了措施且基本达到国家标准要求, 但谐波仍然是变频器选型和使用中最需要关注的问题。
变频器的输出电压中含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大, 引起转矩脉动;而较高次的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加, 使电机出力不足, 故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。
由于变频器的整流部分采用二极管不可控桥式整流电路, 中间滤波部分采用大电容作为滤波器, 所以整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流, 呈较陡的脉冲波, 其谐波分量较大。为了消除谐波, 主要采用以下对策。
1.增加变频器供电电源内阻抗
通常情况下, 电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用, 这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小, 内阻抗值相对越大, 谐波含量越小;电源容量相对变频器容量越大, 则内阻抗值相对越小, 谐波含量越大。所以选择变频器供电电源变压器时, 最好选择短路阻抗大的变压器。
2.安装电抗器
安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧或变频器的直流侧安装电抗器或两侧同时安装, 可抑制谐波电流。
3.变压器多相运行
通常变频器的整流部分是6脉波整流器, 所以产生的谐波较大。应用变压器的多相运行, 如使相位角互差30°的Y-△、△-△组合的2台变压器构成相当于12脉波整流器, 则可减小谐波电流, 起到谐波抑制作用。
4.调节变频器的载波比
提高变频器载波比, 可有效抑制低次谐波。
5.应用滤波器
滤波器可检测变频器谐波电流的幅值和相位, 并产生与谐波电流幅值相同、相位相反的电流, 从而有效地吸收和消除谐波电流。
3.负载的匹配
1.平方转矩负载
风机类、泵类负载是工业现场应用最多的设备, 变频器在这类负载上的应用最多, 它是一种平方转矩负载。一般情况下, 具有U/f=const控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求, 下面根据这类变频器的主要特点介绍选型时需要注意的问题。
(1) 避免过载
风机和水泵一般不容易过载, 选择变频器的容量时保证其稍大于或等于电动机的容量即可;同时选择的变频器的过载能力要求也较低, 一般达到120%/min即可。但在变频器功能参数选择和预置时应注意, 由于负载的阻转矩与转速的平方成正比, 当工作频率高于电动机的额定频率时, 负载的阻转矩会超过额定转矩, 使电动机过载。所以, 要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。
(2) 避免共振
由于变频器是通过改变电动机的电源频率来改变电机转速实现节能效果的, 就有可能在某一电机转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合, 造成负荷轴系不能容忍的振动, 有时会造成设备停运或设备损坏。所以在变频器功能参数选择和预置时, 应根据负荷轴系的共振频率, 通过设定跳跃频率点和宽度, 避免系统发生共振现象。
(3) 憋压与水锤效应
泵类负载在实际运行过程中, 容易发生憋压和水锤效应, 所以变频器选型时, 在功能设定时要针对这个问题进行单独设定。
a.憋压
泵类负载在低速运行时, 由于关闭出口门使压力升高, 从而造成泵汽蚀。在变频器功能设定时, 通过限定变频器的最低频率来限定泵流量的临界点最低转速, 可避免此类现象的发生。
b.水锤效应
泵类负载在突然断电时, 由于泵管道中的液体重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀, 将导致电机反转, 因电机发电而使变频器发生故障或烧坏。在变频器系统设计时, 应使变频器按减速曲线停止, 在电机完全停止后再断开主电路, 或者设定“断电减速停止”功能, 可避免该现象的发生。
2.启/停时变频器加速时间与减速时间的匹配
由于风机和泵的负载转动惯量比较大, 其启动和停止时与变频器的加速时间和减速时间匹配是一个非常重要的问题。在变频器选型和应用时, 应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间, 以便在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。但有时在生产工艺中, 对风机和泵的启动时间要求很严格, 如果上述计算的时间不能满足需求时, 应该对变频器进行重新设计选型。
3.恒转矩负载
带式输送机是恒转矩负载的典型例子。恒转矩负载的基本特点为:在负荷一定的情况下, 负载阻转矩取决于皮带与滚筒间的磨擦阻力和滚筒的半径。这类负载转矩和转速的快慢无关, 所以在调节转速过程中, 负载的阻转矩保持不变。
恒转矩负载在选择变频调速系统时, 除了按常规要求外, 应对变频器的控制方式进行选择。
a.负荷的调速范围
在调速范围不大的情况下, 选择较为简易的V/F控制方式的变频器;当调速范围很大时, 应考虑采用有反馈的矢量控制方式。
b.恒转矩负载只是在负荷一定的情况下负载阻转矩是不变的, 但对于负荷变化时其转距仍然随负荷变化。当转矩变动范围不大时, 可选择较为简易的V/F控制方式的变频器;但对于转矩变动范围较大的负载, 应考虑采用无反馈的矢量控制方式。
c.如果负载对机械特性的要求不高, 可考虑选择较为简易的V/F控制方式的变频器;而在要求较高的场合, 则必须采用有反馈的矢量控制方式。
4.结束语
以上是作者在变频器选型及应用中取得的一些经验, 供有关人员在变频器选购和应用时参考。随着变频器的高智能化、高可靠性、低价格和免维护, 变频器节能降耗的作用会更加明显。
变频装置 篇2
国产大功率交流变频调速装置的研究
随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展,大功率交流变频调速得到长足的发展,并在国民经济各领域广泛应用.例如在国防与交通领域,大功率交流变频调速是大型舰船电力推进、高速机车牵引和磁悬浮列车的`核心设备.在能源工业中,采用交流调速来驱动矿井提升机,西气东输和南
作 者：李崇坚 作者单位：冶金自动化研究设计院 刊 名：电气时代 英文刊名：ELECTRIC AGE 年，卷(期)： “”(5) 分类号： 关键词：变频装置 篇3
【关键词】提升机；变频器；故障；排除
全数字防爆四象限变频绞车（简称变频绞车）是继电绞车、液压防爆绞车之后的又一种新型的矿用防爆提升机。它克服了上述绞车的失爆、安全性能低、保护不完善、效率低、维护费用大等诸多缺陷，具有调速精度高、范围广、双线制控制、司机操作简单，可实现自动控制、节能效果明显等诸多优点。而实现这诸多优点的关键设备就是变频器。现就唐山开诚产的QJR变频器的主要参数、工作原理、结构，来分析了矿用斜巷提升机变频器在运行中常见的故障，并提出排除故障的方法。
1.矿用防爆兼本安型变频软启动器（简称变频调速装置）
矿用防爆兼本安型变频软启动器为绞车专用的电气传动装置，可实现绞车的调速、换向、能量回馈制动等功能。主要技术参数如下：
输入电源电压：AC1140V ±10%,频率50HZ；
变频调速装置输出频率范围：0——50HZ:
控制电机功率：45—设计额定功率KW；
额定工作电流：50—设计额定电流 A；
主令控制器本安工作电压：DC24V,本安工作电流＜20mA,短路电流＜70 mA
程序参数控制器（操作台）本安工作电压DC24V，本安电流＜40 mA，短路电流＜200 mA。
2.主要结构及工作原理
主要配置为输入电抗器、可控整流系统、电容平波系统、输出逆变系统。
变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。“交—直—交”变频器首先通过三相全波整流将交流电源整流成直流，然后通过开关元件將直流逆变成交流，实现对输出电源的频率控制。
由于变频器对电动机的频率可随意控制，既而可以实现电动机的正反转，同时对电动机的负力运行、电气制动、动力制动以及实现二级制动等方面均能通过PLC程序及控制元件来实现。
3.常见故障
正如其他设备存在运行故障一样，它也同样存在运行故障，表现为变频器的干扰引起的故障 。主要有以下干扰故障：
3.1变频器在交—直—交变换过程中，输出的波形不是完美的正弦波，有高次谐波共轭，会在电气设备和电子元件上产生电磁辐射干扰。同时变频器逆变桥大多采用PWM技术，当给定频率和幅值产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的频谱就是离散的，并带有与开关频率相应的高次谐波群，高次谐波频率和场控器件IGPT的高速切换（dv/dt可达1KV/us以上）所引起的辐射干扰最为突出。
3.2 变频器输入端整流部分采用大功率二极管和可控硅组成半可控或全控的整流电路，在整流处理时将产生谐波，并传导到电子元件、电气设备、通信设备上，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合把干扰带入其他电路，这与辐射干扰相比传播的更远，典型的传播途径是变频器产生的干扰信号沿着配电变压器进入其他设备。
3.3 当干扰源的频率低 、电磁辐射能量有限，且该干扰源又不连接其他导体时，干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导线内感应耦合。来干扰计算机和自动控制装置等电子设备。
4.故障排除
介于变频器干扰引起的故障主要以电磁辐射、电磁传导及感应耦合的方式存在，那么可以采用一下方法予以解决：
4.1 滤波
设置滤波器以减少干扰信号从变频器通过电源线传导到电源或电动机，可在变频器输入端设置共模滤波器，输出侧加正弦波滤波器，以减少电磁噪音对电源的干扰。若线路上有敏感的电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰，为防止信号传输干扰，还可在输入信号的输入端加磁环，也能滤掉干扰信号。
4.2屏蔽
屏蔽干扰信号源是抑制干扰的最有效的方法。除变频器自身的屏蔽外壳外，输出线用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，信号线尽可能短（一般为20m以内），且用双芯屏蔽信号线，并与主回路及控制回路完全分离，不能放在同一管线槽内。
4.3隔离
把干扰源与易干扰的部分隔离开来，在变频调速传动系统中，通常采用电源与变频器之间采用隔离变压器以免传导干扰。电源隔离变压器可采用噪声隔离变压器、自耦变压器、相位差30度的三绕组变压器或多绕组变压器。
4.4接地
正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备自身对外界的干扰。可用屏蔽电缆、分开各个设备的接地极、把接地极附近湿润加盐降低接地电阻等方法处理。变频器自身的干扰同样会引起故障，可用将各个电路板的连接数据线加裹屏蔽层并很好接地来解决。由内外干扰导致变频器运行的原始参数发生变化而引发故障，此故障主要是由于干扰引起的原始参数发生改动而无法开车，可用调出变频器运行参数重新进行一一对应修正来解决。
5.结束语
变频传动装置外部控制器的研发 篇4
在钢铁行业中,变频传动技术应用广泛。当前,高性能变频传动装置多采用矢量控制方式,其特点是结构完善、性能优越、技术先进。但是,迄今为止其核心装置都是由少数国外厂商供货,国内冶金用高性能大中功率变频产品开发与制造却近乎于零。因此,有必要系统地研究变频传动装置。
变频传动系统硬件结构如图1所示,主要介绍外部控制器(OPS)。
1 功能需求
为满足钢铁行业使用现场对变频器操作方式、控制方法等方面的特殊要求,OPS在具体设计中需遵循:OPS既可以固定于控制柜上使用,又可以手持使用;OPS使用点阵式液晶屏显示字符即可,无需图形显示功能;OPS的配置作用定位于调试及维护工具,软件功能应尽可能全。
OPS基本功能如图2所示。由于OPS的主要服务对象是用户操作人员及工程调试人员,因此OPS软件设计的基本原则是功能强大、操作简单、美观实用。
2 硬件设计
OPS的硬件主要由控制器、液晶屏、薄膜键盘等构成,结构如图3所示。
控制器CPU采用MICROCHIP公司的dsPIC30F6014,其程序内存为144K字节,可以满足OPS设备的程序容量。SRAM容量为8K字节,为了防止SRAM容量不足,扩展了128K字节的SRAM,另扩展了1Mbit的FRAM用于保存和记录数据。
液晶屏采用郎睿公司的LR035AR/F系列产品,拥有-70～+20℃宽工作温度范围,符合工业恶劣条件所需;其内预置16*16宋体字库,提供SDK开发包,可以应用C、C++编程;可选用RS-485串行接口,用于数据的传输。键盘部分采用思尔德公司定制的薄膜键盘,外形轻巧,按键触感极好。
设计完成的OPS操作面板主要包括液晶显示屏、状态指示灯、控制键盘三部分,如图4所示。
3 软件功能设计
3.1 系统参数维护模式
在此工作模式下,可配合操作面板对变频器相关参数进行读取、修改、设定等操作,包括参数分类、参数的修改、参数的读取及显示、设置参数密码保护及操作权限、参数的上下限设置及保存多组成套参数等。
参数编号规则:参数编号由5位字符组成,第一位是字母,不同的字母代表不同的参数组别,如A代表控制相关设置,B代表电机参数,C代表运行参数等;第二位也是字母,代表此参数是只读还是可写,如P代表可写,R代表只读;后三位为数字,代表参数序号。
参数维护模式界面如图5所示。
3.2 设备运行模式
在此工作模式下,可对变频器的工作状态进行控制操作,具体控制命令包括电机的启动、电机的停止、电机点动运行、励磁的投入/切断、电机正反转切换、速度指令变更、运行方式选择、紧急制动及复位等。
3.3 状态监控模式
在此工作模式下,可以通过设定对变频器的部分状态变量、内部数据进行跟踪显示,并可显示故障状态和故障内容等信息。
3.4 参数辨识模式
在此工作模式下,可以进行电机数据计算、电机参数静态辨识、电机参数动态辨识、PI参数自整定等。
3.5 其它功能
除以上具体工作模式外,OPS还具有账号登陆、密码及权限设置、通信设置、显示版本信息等功能。
另外,为保证OPS与变频装置主控制器之间的通信,采用了RS-485通信方式。通信采用统一格式,只是在传输数据部分有所差别。通信共分为5种情况,分别是上线过程、读参数、写参数、故障上报及当前状态检测。通信协议帧基本格式如图6所示,命令码列表如表1所示,其中校验码值=(命令码+数据内容)⊕0FFh+1。
4 结语
该外部控制器应用于实验样机上,其控制精度高、响应时间短,满足了工艺现场的控制需要,极大地丰富了变频传动装置的控制方式。对于仅需要修改几个参数的场合,使用外部控制器维护参数,方便快捷、简单实用,省去了现场调试必须应用PC机调试软件的繁琐,极大地方便了现场人员,具有良好的实际效果和应用前景。
参考文献
[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1999
[2]阮毅,陈维均.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2006
[3]亿恒科技公司.亿恒科技(西门子)单片机应用指南[M].2000
变频装置 篇5
1、管中泵供水设备的生产厂家其产品及主要部件提供商的生产过程应已通过ISO 9001:2000质量管理体系认证和ISO 14001:1996环境管理体系认证；
2、设备应获得省级以上卫生行政部门颁发的生活饮用水输配水设备卫生许可批件，应具有CMA（计量认证标志）和CAL（产品质量检验机构考核合格符号）认证的产品质量检验机构出具的检测报告书。
3、倒流防止器应采用按《倒流防止器》CJ/T160-2002行业标准生产的产品，应具有CMA和CAL认证的产品质量检验机构出具的检测报告书。
4、隔膜气压罐≥20L，设备进出口≥DN50，快速接口，含设备外接管道1米（含所需的弯头）。
5、水泵采用的叶轮、内部导流及外壳等均采用SUS304不锈钢材料，每台水泵应具有独立的变频器。水泵效率≥60%，电机机组效率≥82%。
6、管中泵供水设备的进出口应分别设有压力计及压力传感器，箱式泵出口应设压力计及压力传感器，且压力传感器误差不能超过±0.075量程.7、增压泵供水设备PLC应带6个可编程，隔离输入的数字口。2个可标定的模拟输入（需要时可作为数字输入），2个可编程模拟输出，3个可编程数字输出。供水设备应有实现数据远程传输的设备并预留数据端口。
8、所有设备的设计、制造装配都要按照最先进的工艺技术进行。设备的每个部件可在现场安装。两个相同设备上的对应部件要能够互换。
9、管中泵供水设备外箱体（室外型）整体尺寸为≤0.7×0.3m，高度≤1.7m，提供的一体式成套设备应安装紧凑，外箱体尺寸应标准规范统一设计。
10、管中泵供水设备不论安装于室内还是室外，均应采用整体式，不得采用分体式。整体式管中泵供水设备的外箱防护等级不低于IP32（室内型）或IP34（室外型）。增压机组浸没于水中应能正常运转，防止泵房意外水淹机组失效。
增压泵供水设备电气控制应能够手动、自动和远程控制水泵机组运行功能并应有远程监测、监控功能的位置与接口。设备必须符合运行泵与备用泵能定
时轮换运行的工作形式，且能各自完成单独运行功能的设计要求。
11、采用变频调速控制时，水泵额定转速时的工作点应位于水泵高效区的末端；宜采用多台水泵组合供水；电机额定功率在5.5kW以下的水泵，宜采用成套水泵机组。水泵机组应采取减振措施。每台水泵的出水管上，应装设压力表、止回阀和阀门，并应设置水锤消除装置。每台水泵宜设置单独的吸水管。
12、变频控制系统应设计采用软启动、软停车、新型高效滤波等技术；应具备不用水停车，缺水失压保护。泵之间自动切换、水泵工频运转与变频运转应具备手动切换功能；同时具备逆转、高低电压、欠相、漏电、过载过流、瞬间跳电保护、故障原因及运转功能均能自动保存与显示等功能。
13、控制柜柜体所有元器件有永久原理号标识，所有空气开关、断路器、按钮、旋钮、指示灯采用国外品牌，有永久功能标识。设备的金属构件上应有接地点，与接地点相连接的保护导线的截面，应符合GB/T3797的规定。与接地点相连接的导线必须是黄、绿双色线。不能明显表示接地的应在其附近标注明显的接地符号。
14、整套水泵、潜水电机、成品水箱、管道设备必须采用SUS304不锈钢等食品级材质，并保证设备是全封闭式的环保供水设备。
15、采用美国弗兰克林水式潜水电机，电机和水泵均应采用水润滑轴承，可通过电泵所抽送的水润滑。以免定期加油，防止所抽送的水和环境被污染。
16、设备正常运行时噪声：单机功率不大于5.5kW，噪声不大于48dB(A);单机功率大于5.5kW，噪声不大于55dB(A)。
17、对于自带不锈钢成品水箱的一体化变频增压供水装置：（1）进水控制阀（浮球阀）必须具有液压控制及水位差控制功能。（2）水箱体内部加固处及组板焊接处应符合相关规范要求，顶部必须满焊以防灰尘及雨水渗入；水箱进出水管及溢流管结构及铺设要符合相关技术规范及图纸要求，水箱盖必须加锁,水箱体SuS304板厚＞1.5mm..电气控制箱安装在水
箱出水端，与水箱形成一体，防护等级不低于IP34,变频器采用西门子V10，PLC采用西门子S7-200，显示器为西门子TP400.（4）溢流管、通气孔需设不锈钢过滤网，人孔盖须加装长度3寸以上铜密码锁，密码为666；
变频装置 篇6
第一部分介绍管道电加热器工频控制存在问题。
第二部分结合油田实际，介绍变频与自动调温装置相结合在管道电加热棒的应用。
【关键词】变频调节功率；温度自动设定
1、电加热器设定温度：指为满足输送要求设定的加热温度，该设定值根据环境温度的变化自动反比例调整。
2、回油温度：指加热后输送到末点的温度，要求保持恒定。
前言
为确保油井管道正常输送，或提高加热炉燃油温度，目前大港油田采油三厂安装井口与加热炉燃油管道电加热器40余台，主要采用工频控制加热，年耗电量达900万度，是典型的高耗能设备。
近年来，通过研制变频与自动调温装置相结合，使加热功率随着环境温度自动变化，大幅降低了管道电加热器能耗。
第一部分 工频控制加热存在问题
效率低，连续性差，不能适应环境温度的自动变化。
管道电加热器工频加热采用上、下限设定值控制。当加热温度高于上限值时停止加热，低于下限值时加热启动。为确保原油平稳输送，温度设定值以满足最低环境温度为标准，导致在气温较高时存在电能浪费，如果设定值长时间不调整，电能浪费更大。
同时，电加热器的输出功率不能调整，依靠频繁启、停来控制温度，连续性较差。
第二部分 控制管道电加热器用电所采取的措施
一、采用燃气真空相变炉取代井口电加热棒
针对套管气较丰富的油井，油田应用燃气真空相变炉，取代了部分管道电加热棒，但具有一定的局限性。
1、依托单井套管气加热，受气量的影响较大。
2、当气量逐渐减少时，点火难度增加，火焰燃烧的可靠性下降，存在安全隐患。
3、加热炉通过明火直接或间接加热，燃烧温度较高，易损件较多，维护成本高。
二、实验太阳能真空管集热器取代电加热棒
2008年，在油井及儲油罐上实验太阳能真空管集热器取代电加热棒，存在问题较多停止推广。
1、热量存储难度大。电加热工艺主要针对低温天气，白天太阳能光照强度大时仅需少量加温，夜晚气温低却没有太阳能可利用，储存技术及成本目前尚难以接受。
2、太阳能集热装置占地面积大，易受场地条件限制。
3、一次投入、维护成本高。
第三部分 变频自动调温装置的应用
近年来，经过反复试验与改进，研制变频自动调温装置，依据气温变化，通过变频调参与温度调节器相结合，自动调整加热温度，实现电加热器的经济运行。
一、电加热器变频调温控制技术的特点
电加热变频调温控制技术以常规变频器为执行部件，用两个温度传感器分别采集环境温度与管道介质温度，两个PID调节器对温度信号进行处理：当大气温度变化时，电加热设定温度值相应调整（呈反比例对应关系），变频器根据电加热设定温度与实际温度的差值相应调整输出功率，最终实现回油温度基本保持稳定。
二、电加热器变频恒温控制现场应用效果：
（一）现场应用
通过家39-63井23天的试验结果表明，与常规工频电加热器（家43-61）控制对比，平均日节电量209.7kw.h（计量数据为电力自动计量与传输数据），节电率达55.8%（两台电加热棒额定功率均为20kw，处于同一区块、同一条供电线路、管线距离基本相等，其原油物性相近、管线散热相近。经检测，在工频运行时，实际加热功率同为23kw，日耗电量均在550kw.h）。
在家39-63井完全依据气温变化自动控制设定温度与加热功率，至4月27日日均耗电为165.3kw.h（从4月5日日耗电380kw.h下降到最低一天4月15日仅43kw.h；与3月上旬对比，日耗电量下降500kw.h）。而同期家43-61采用常规电加热控制，日均耗电量为375.9kw.h（从4月5日的524kw.h降到4月19日的最低值270kw.h）。
（二）效益分析
该产品采用30kw常规变频，可适应常规20kw与30kw两种管道电加热器，单台价格低于3万元，按单台日节电220度计算（平均节电率40%），单井年可节电8万度（不含线路网损与上级网损），折合电费6.16万元。投资回收期仅0.77年。
因电加热器采用变频启动无冲击电流，运行电流平稳，使电加热器与变频器的使用寿命远远超过燃气炉等节能产品的使用寿命，而运行条件不受任何限制。
采油三厂全厂推广应用，年节电规模可达400万度。
结论
变频装置 篇7
关键词：绞车,变频器,尖峰电压,谐波吸收
0 引言
变频绞车采用矢量控制技术进行调速,调速范围宽,精度高,并且输出转矩特性较硬,是矿用绞车的发展方向[1]。但其也存在缺点,即由于变频调速装置与电动机间长电缆以及变频调速装置开关管高速切换的共同作用,产生输入到电动机端的尖峰电压,容易导致电动机对地绝缘击穿。因此,需要对绞车变频调速装置进行改进[2,3]。
在现有变频器输出尖峰电压优化装置中,正弦波滤波器由串联电抗和并联电容构成,体积大、成本高,电抗和电容必须和电动机的容量精确匹配,控制复杂[4,5]。du/dt滤波器串接在变频器输出端,体积很大,电缆长度必须小于300m,适用于与参数相配的特定容量的电动机,通用性较差。尽管du/dt滤波器在很大程度上可减小电动机端子上的尖峰过电压峰值,但高频率电压冲击引起的介质损耗发热和du/dt造成的不 均匀分布 还会危害 电动机绕 组绝缘[6]。
为了保障电动机绝缘,采用并联吸收方法设计了尖峰电压吸收装置。该吸收装置与电动机并联安装,不改变原有系统的结构,在原系统中不产生压降,不降低力矩,也不影响变频器对电动机的控制。该装置参数与电动机的转速和载波频率无关,不用与特定功率的电动机配型,可有效减小变频器输出电压变化率du/dt,降低电动机端尖峰电压,电动机端瞬时电压峰值由2 820V降低到2 330V。
1 电动机端过电压机理分析
本文采用传输线理论分析电动机端产生尖峰电压的原理。在使用电缆或架空线路来传输电能时, 线路的“尺寸”与“波长”接近,只能采用分布参数电路作为分 析的基础。 采用均匀 传输线模 型分析PWM电压脉冲传输过程,并分析长线电缆对电动机端尖峰电压 的影响,建立的均 匀传输线 模型如图1所示。
脉冲电压在长线电缆传输时,发生的波反射现象将使PWM脉冲电压波的入射波和反射波相互叠加,导致负载端电压加倍[7,8]。
1.1 PWM 脉冲电压波在长线电缆的反射
根据均匀传输线模型,基于PSpice软件建立的单相PWM脉冲电压 反射仿真 电路模型 如图2所示。
仿真模型中的输入单相PWM脉冲电压幅值Us=400V,频率f=50Hz,电缆长度l=900m,末端为电动机等效模型。对PWM脉冲电压波反射仿真电路进行分析计算,得到如图3所示的电压波形。
图3中,0~400V之间的矩形波为变频器输出的PWM电压脉冲波形,类三角线为电动机端电压波形。从图3可以看出,在电动机端PWM脉冲电压的上升沿及下降沿处产生了波反射过电压阻尼振荡,过电压幅值接近2Us。
1.2 电缆长度对电压波反射过电压的影响
根据振荡周期(其中:tp为脉冲电压波在电缆上的单程传输时间;L0为分布电感;C0为分布电容)可知,在波速一定的情况下,电缆长度越长,波在传输线上的传输时间就越长,由此造成的高频阻尼振荡的时间就越长。基于仿真软件PSpice建立仿真 电路模型,仿真电路 中脉冲频 率f=50Hz,脉冲电压幅值Us=1 368V,PWM脉冲上升(下降)时间为500ns,仿真波形如图4所示。
图4 不同电缆长度对应电动机端电压仿真波形
从图4可以看出,在开关频率一定的前提下,电缆长度越长,脉冲波在电缆上的叠加相应增加,则电动机端过电压就越厉害。
但是电缆的长度受到现场安装条件的限制,不能够自由选择电缆的长度,只能在设计时考虑电缆的影响。根据实际经验,在电缆长度小于100m的情况下,电缆对于尖峰电压的影响并不是特别明显。在开关频率及电缆长度一定的前提下,PWM脉冲电压上升时间越长,负载端电压的幅值就越小。除此之外,电缆分布电容、分布电感以及PWM占空比、负载阻抗也会对尖峰电压产生影响[9]。
2 尖峰电压吸收装置的主电路结构及工作原理
设计尖峰电压吸收装置主电路结构的基本思想来源于电力电子器件吸收电路,均匀传输线过电压模型为该装置的实现提供了依据。吸收电路具有抑制和吸收功能,其3种基本结构如图5所示。
图5(a)中,串联电感L用于抑制电流变化率di/dt,并联电容C通过二极管D充电,吸收电力电子器件上的尖峰电压能量。由于电容电压不能突变,限制了电压变化率du/dt。电容能量通过电阻R释放。为了提高效率,可将图5(a)所示的RLCD吸收电路转换为图5(b)所示的RCD吸收电路。这种由RCD网络构成的吸收电路广泛应用于IGBT、电力MOSFET等电力电子器件的保护。图5(c)所示的单电容电路可用于IGBT桥臂的保护。根据以上吸收电路的原理,将整个变频器作为保护对象,设计了尖峰电压吸收装置主电路。
图5 3种基本吸收电路
尖峰电压吸收装置的主电路如图6所示。
图6 尖峰电压吸收装置主电路
工作原理:尖峰电压产生时,吸收装置通过二极管D1—D12对电容C1和C2充电,从而降低di/dt, 吸收尖峰电压。电容C1,C2上的电能在尖峰电压消失后向电阻R1—R13释放。由于电容电压不能突变,选择合适的RC参数就可将尖峰电压限制在规定的范围内。二极管D1—D12两两串联,可提高其耐压值,其作用如 下:1减少高压 电容的数 量; 2避免短路时,电容C放电产生很大的di/dt,击穿二极管;3避免回路中的电感与电容C的共振。
电阻R1—R12主要作用是均压,用以保证每个二极管耐压的平均分配,防止超过各个管子的耐压范围;同时也有作为耗能电阻吸收电容上的能量的作用,不过该作用不大,因为每个电阻的阻值选择较大,已降低了电阻的承受功率。R13是耗能电阻,主要作用是消耗储能电容上的能量,为下一次吸收尖峰电压做准备。电容C1,C2并联是为了提高电容容量。稳压管Z1—Z10的作用是为储能电容预留一定的电压,避免电容 电压全部 释放,在电容C1,C2 储能时避免产生较大的电流,损坏主电路中的器件。
由尖峰电压吸收装置工作原理可知,吸收装置主要由以下3个部分组成:三相整流部分、吸收电容部分、耗能电阻部分。三相整流部分的作用是将尖峰电压从交流变为直流,引入吸收装置;吸收电容部分的作用是在尖峰电压引入时储存能量,尖峰电压消失时释放能量,其中,稳压管Z1—Z10利用其内部电压降使电容放电时保有一定余量;耗能电阻部分的作用是为吸收电容部分提供放电回路,保证电容正常工作。
3 试验结果
为验证尖峰电压吸收装置的控制性能,在山东某煤矿对其进行现场试验。提升机采用2JKB-3* 1.7/31.5E单绳缠绕 式双滚筒 防爆提升 机,配备YBBP 450M-10 280kW防爆变频电动机,电压为1 140V。
6kV供电经变 压器变为1 140 V和660 V, 1 140V为绞车供电,660V为辅助供电。1 140V经低压馈电开关接入变频器系统,输出接拖动电动机。信号系统及司机操作台信号进入PLC,由PLC判断后给出控制指令发送到变频器,速度反馈信号由轴编码器获得。变频调速系统由电源柜、变频柜、制动电阻柜、操作台4个部分组成,如图7所示。
在现场变频器与电动机之间增加了一套自主研制的尖峰电压吸收装置。该装置置于符合防爆要求的隔爆外壳内[10]。使用并联式尖峰电压吸收装置后的峰值电压波形如图8所示。从实测波形中可以看出,加入该吸收装置后,峰值电压为2 330V,而未加该装置前电动机端瞬时峰值达到2 820V,由此可见,该吸收装置对改善电动机两端的过冲电压效果明显。
图8 采用尖峰电压吸收装置后的峰值电压波形
4 结语
带式输送机变频驱动装置的研究 篇8
带式输送机是一种运量大、速度快、维护简便的连续运输设备, 由于他经济可靠, 所以已成为矿井原煤运输的主要运输设备。但随着社会的不断发展, 对煤炭的需求量也逐渐增加, 过去的单机驱动式带式输送机已远远不能满足现代化矿井的需求, 为了适应现代化矿井的高产高效, 带式输送机必须朝着大功率、大运量、长运距的方向发展[1], 所以多机驱动带式输送机是我们迫切需求发展的一个方向。目前国内外大型输送机的驱动单元大多数采用CST和变频调速控制系统, 然而CST系统造价高、系统复杂、维护成本高等原因将随着变频技术的不断发展将逐渐缩小使用范围[2]。依据科技社会的发展方向及实际需求, 本文将针对变频驱动系统展开讨论, 并以三台电机驱动双滚筒的带式输送机进行变频驱动装置的设计。
1 带式输送机对驱动装置的要求
驱动装置是带式输送机的主要装置, 一部输送带的运量、长度、带速、稳定性等都和驱动装置的性能、动力、控制方式等是有直接的关系, 特别是大型输送机。如果驱动装置不符合输送机的启动、功率平衡、运量等要求, 那么就可能造成打滑、断带、烧毁电机等现象。为了寻求一种经济可靠的驱动装置, 国内外很多研究人员研究了多种多样的驱动装置, 最终对理想的驱动装置提出如下要求[3]:
(1) 启动时能够按照理想的曲线启动, 启动时间可在一定范围内调节, 且能够满载启动;
(2) 启动加速度可以控制在一定范围内, 以免对输送带造成损伤;
(3) 启动过程中应尽量平稳, 减小对各部件的冲击;
(4) 启动和稳定运行时有过载保护功能;
(5) 启动时对外界电源的冲击要小, 并尽量避免对外界电源产生污染;
(6) 多机驱动时, 可以平衡电机间的功率;
(7) 可承受长时间慢速运行;
(8) 在输送机短时停车时, 可以实现不停电动机停车;
(9) 配置可集成在控制系统中的先进控制器。
为了满足驱动装置的要求, 控制系统必须要解决的问题是:
(1) 带式输送机启动时的控制问题, 特别是启动加速度和启动时间的控制[4]。
(2) 多机驱动时电机间的功率平衡问题, 当各电机输出的功率不能均衡的分配时很有可能造成电机过载, 甚至烧毁[5]。
2 驱动装置的总体设计
近年来随着科学技术的不断发展, 变频器在节能、环保、维护方便等方面效果显著, 而且其控制可靠、灵活, 后期维护方便、成本比较低, 所以变频调速技术在现代工业中得到了快速发展。现代工业中大多采用PLC与变频器配合控制电机调速, 将检测量接入PLC中, 从而实现PLC对变频器的逻辑控制, 使控制系统达到最优。
由于电力电子技术的不断成熟, 变频调速技术也逐渐应用到带式输送机驱动装置中, 如图1所示为变频调速驱动系统以三台电机驱动双滚筒的带式输送机布置图。变频驱动系统和主控制器PLC之间同过通信线实现数据的传输, PLC可同时将变频驱动系统的数据和保护系统的状态传输到上位机, 采用组态画面可清晰的在上位机上观测到带式输送机的运行状况, 并可实现对带式输送机的启停和参数设置。
3 变频驱动单元的配置
带式输送机是一种典型的恒转矩负载, 而且在启动过程中对驱动系统的控制要求较高, 所以在本文中选择失量控制方式的SIMOVERT MV变频器, 变频驱动系统配置如图2所示。SIMOVERT MV变频器是由西门子公司推出的三电平、全数字、矢量控制的中压变频器, 可驱动额定电压2.3k V~6.6k V、功率0.66MVA~7.2MVA的三相交流电动机。使用MV中压变频装置驱动带式输送机电机, 可实现电机启动电流小, 启动力矩大, 减小机械磨损和皮带损耗, 而且起停时间可调。在MV变频装置中还设有主/从应用宏, 可以解决电机的负荷均衡分配问题, 在输送物料料量发生变化时可以调节电机转速[6]。
4 变频器与PLC的连接
本文中采用PROFIBUS网络实现PLC与各变频器之间的通信, 并对变频器的实时监控。PROFIBUS通信网络是由PROFIBUS扫描适配器、总线连接器、PROFIBUS电缆等连接组成, 并依据实际情况将总线连接器的终端电阻打到ON或OFF位置。
利用STEP7软件对各变频器进行组态, 组太之前需要给每个设备分配不同的组态地址, 然后再组态PROFIBUS网络的通信协议, 如图3所示。
在组态好之后, 需要分别建立DB1、DB2、DB3模块, 作为通信数据的存储空间。在存储空间DBW0~DBW10中存放变频器的控制字和主设定值, DBW14~DBW24中存放变频器的状态字和主实际值。因为是一致性数据, 所以调用SFC14和SFC15来读写过程数据区域PZD中的数据[7]。PPO协议包括参数区 (PKW) 和过程数据区 (PZD) , 在参数区 (PKW) 可以读写变频器的参数, 过程数据区 (PZD) 可以读写状态值、实际值、控制字和设定值。PPO有5中配置类型, 根据自动化系统的数据传输任务可适当选择PPO类型, 一般PPO1和PPO3比较常用。
5 变频驱动装置的启动控制
由于控制方案中只有主驱动采用的是速度给定控制方式, 而从电机是转矩给定控制方式, 所以在启动过程中主要对主驱动进行控制。在速度给定前需对启动曲线进行优化, “S”曲线由加速时间和软化时间两个参数来确定, 积分软化时间一般为加速时间的10%, 如图4所示。
图中t1=t3-t2为积分软化时间, t3为加速时间。经过“S”曲线优化, 速度给定值被给定到变频器内部的PID速度控制器中, 然后按照PID的调节规则, 使电机速度沿着设定的“S”曲线运行[8]。
PID控制中比例项用于纠正偏差, 积分项用于消除系统的稳态误差, 微分项用于减小系统的超调量增加系统稳定性。控制原理图如图5所示。
图中r (t) 为速度的给定值, f (t) 为速度反馈值, e (t) 为速度给定值与反馈值的差值, 即系统实际输入值。PID控制系统的原理是e (t) 经过比例环节、积分环节、微分环节后得到系统的输出值u (t) , 然后利用输出值控制被控对象。被控对象输出值f (t) , 并将f (t) 反馈会PID控制系统的输入端与给定值比较, 比较后的差值作为下一个输入值e (t) 输入PID控制系统中, 依次循环, 直到系统的输出符合给定的要求。
6 功率平衡的控制
6.1 转矩控制的分析
系统选用参数相同的三相异步电动机, 由P=UIcosη知, 各电动机的供电电压和功率因数基本相等, 所以电机的功率P正比于电流I, 对各电机的功率调节可以通过调节电流来实现。
矢量控制异步电动机的变频调速技术现在已经成熟[9], 并且在工业现场的应用很成功。矢量控制变频调速是将异步电动机的定子电流IA、IB、IC在旋转坐标系 (M-T) 下分解为励磁电流iM和转矩电流iT, 然后就可以进行分别的控制。在转子磁场定向的M-T坐标系中, 电机的电磁转矩表示为
由上式可知, 转子磁链ψr在保持恒定的情况下, 电磁转矩与转矩分量iT成正比关系, 而带式输送机在稳定运行情况下带速是基本不变的, 所以功率平衡控制可以通过控制转矩电流iT来实现。
6.2 功率平衡的控制方案
在本文中选择采用以1号电机为主电机, 2号和3号电机为从电机的主从控制方式。1号电机采用速度闭环的控制方式, 利用速度传感器测得1号电机的转速, 并将速度值反馈到PLC中和给定值进行比较, 依据比较结果, PLC向变频器发送频率变化信号, 从而控制1号电机的转速按照给定转速运转。2号和3号电机作为从电机跟随1号电机运转, 将2号和3号电机的电流和1号电机的电流作比较, PLC依据比较结果控制变频器的频率变化。
依据带式输送机驱动装置的控制要求, 设计由S7-300PLC[10]为核心的控制系统, 控制体统主要有PLC、变频器、检测装置组成, 如图6所示。
7 结论
依据带式输送机对驱动装置的要求, 在本文中用变频器代替了CST、液力耦合器等软启动装置。利用PLC作为主控制器, 依据给定速度值对主电机进行速度控制, 对从电机的控制是依据主电机的电流而实现的, 这种控制方式不仅可以满足带式输送机对驱动装置的要求, 而且能够很好的解决以上提出的两个突出问题。在神东煤炭集团中有很多矿井已经采用变频驱动装置, 经过长时间的运行, 变频驱动装置完全符合易操作、易维护、节能等生产实际需求。
摘要：介绍了带式输送机对驱动装置的要求, 依据要求结合一部三台电机驱动双滚筒的带式输送机对驱动装置进行设计。驱动装置采用PLC为主控制器, 变频器驱动三相异步电动机。分别对变频驱动装置的启动控制和三台电机之间的功率平衡控制进行了分析和设计。
关键词：带式输送机,变频驱动装置,PLC,变频器
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变频装置 篇9
关键词：二次回路,漏电保护器,中性线N,保护接地
1 问题的提出
VPSF变频串联谐振试验装置 (以下简称试验装置) 是普遍用于电力、冶金、石油、化工等行业110kV电缆、变压器、互感器等电气耐压的试验装置。VPSF变频串联谐振试验方法是根据串联谐振的原理[1], 通过改变试验回路的试验频率, 使得回路的串联电抗器的电感L和试品的电容Ck发生串联谐振, 谐振电压就是加在被试电气设备的电压。由于试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消, 电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率, 为试品容量的1/Q (Q为回路的品质因数) 。因此试验装置的电源容量很小, 使得装置本身的重量轻便。所以, 装置的轻便性和实用性都是传统工频耐压装置所无法比拟的。
三相桥式连接变频器的作用是将三相主电源电压转换成为可调幅方波电压。通过主回路开关取得三相线电压传送到6脉冲转换器整流, 然后提供给电容组。方波输出电压由转换桥以需要的输出频率产生, 输出电压的有效值通过调整脉冲宽度实现无级可调。
试验装置控制系统是变频谐振系统的核心模块, 包含了所有的电子及控制回路, 它集中放在控制柜中, 试验装置的操作屏在控制柜的上方, 操作人员通过控制柜可以控制所有的功能及读取最新的测量值 (电压、频率、电流) , 以及显示系统的运行状态。所有的控制信号由微处理器产生, 在它的控制下系统产生一个预设频率, 或者自动将输出频率调整到谐振频率, 以达到用小电流低电压来控制大电流高电压的目的。
由于控制系统需要220V的单相电源[2], 这就需要从三相线电压中抽出其中一相和中性线N组成一组电压, 供给控制系统的微处理器和其他相关的二次回路工作电源及控制电源。而三相桥式连接变频器则仍然需要三相线电压, 这种接线方式就会造成当试验装置的主电源合闸后, 交流380V的其中一相电流会经过试验装置的二次回路及地流回变压器的中性线N, 则在漏电保护器的内部回路中就表现为线路单相接地而动作漏电保护器分闸, 从而造成VPSF变频试验装置无法工作。
所以在实际的接线过程中, 试验人员往往会绕过漏电保护器接电, 这种接线方式能够正常操作试验装置, 但是却造成了试验装置设备和操作人员的安全隐患, 比如:
(1) 当输入的电源线或试验装置发生单相接地短路时, 由于没有漏电保护器的保护而不会动作分闸, 造成三相电压不平衡, 使试验装置无法正常工作, 长时间电源单相接地还可能会引起火灾等事故。
(2) 如果在试验工作中发生人员单相触电事故, 由于没有通过漏电保护器, 只能靠空气开关、熔断器等保护电器动作分闸, 而它们动作电流比漏电保护器大的多, 动作有一定的延时, 而不能可靠和迅速的切断, 造成人员伤亡事故。
(3) 如果输入电源是从临时的配电变压器引入, 还可能会因为试验装置的接地点与配电变压器的接地点之间的接地电阻大而造成试验设备二次回路电压过低而无法正常启动。
2 漏电保护器动作原理[3]
为能说明这个问题, 需要介绍一下漏电保护器的动作原理。下面就漏电保护器在供电系统中的工作原理。
图1是三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。TA为零序电流互感器, QF为主开关, TQ为主开关的分励脱扣器线圈。在被保护电路工作正常, 没有发生漏电或触电的情况下, 由基尔霍夫定律可知, 通过TA一次侧的电流相量和IΣ等于零, 这使得TA铁芯中的磁通的相量和ФΣ也等于零。这样TA的二次侧不产生感应电动势, 漏电保护器不动作, 系统保持正常供电。
当被保护电路发生漏电或有人触电时, 由于漏电电流的存在, 通过TA一次侧各相电流的相量和IΣ不再等于零, 产生了漏电电流IX, 这使得TA铁心中的磁通相量和ФΣ也不再等于零, 相应的产生了漏磁通ФX, 此时在铁心中也就出现了交变磁通。在交变磁通作用下, TQ二次侧线圈就会产生感应电动势, 此漏电信号经中间环节进行处理和比较, 当达到预定值时, 使主开关分励脱扣器线圈TQ通电, 驱动主开关QF自动跳闸, 切断故障电路, 从而实现保护。
3 VPSF变频试验装置输入电源改进方法
根据上述的VPSF变频试验装置的输入电源情况分析, 最主要的问题在于220V单相电源的中性线N的接线方式, 如果把交流380V三相电源接在漏电保护器的下桩头, 中性线N直接接地, 就会造成漏电保护器误动作。而把交流380V三相电源绕过漏电保护器接在闸刀的下桩头, 虽然变频试验装置能够正常的工作, 负荷电流过大或者发生相间短路也能正常切断输入电源, 但是在输入电源或试验装置发生单相接地和人员发生触电事故的时候, 都不能正常动作分闸, 造成了设备和人身的事故隐患。所以试验装置的输入电源需要做一定的改进。
3.1 要保证漏电保护器能够被接入输入电源的回路中, 这就需
要把中性线N与保护接地分开, 把交流380V三相电源和中性线N都从漏电保护器下桩头接入到VPSF变频试验装置的电源侧, 使整个220V单相回路不通过大地构成环流。这里还需要说明的就是中性线N相也必须保持和其他三相380V电源同等的对地绝缘水平, 这是因为如果回路发生单相接地, 根据变压器绕组Y型接法, 其接地相的电压为零, 其他两相的电压升为线电压, 此时中性点会发生漂移, 中性线N对地就会产生一定的电压, 故中性线N也必须具备一定的绝缘。
3.2 由于电源回路的中性线N与试验装置操作箱绝缘了, 如果
在试验过程中高压回路发生击穿, 高电压串入到低压回路中, 就会使试验装置外壳带电, 危及试验人员的生命安全, 所以还需要在试验装置操作箱外壳上安装直接接地点, 把保护接地线直接接在这个接地点上。同时为了保持操作箱内的电位稳定和和保护电子元器件的安全, 还必须将试验装置操作箱内部的接地点统一引到操作箱外壳上的接地点上接地。
通过以上的两点对VPSF变频试验装置的电源改进, 使试验装置既能在正常的情况下安全的使用, 也能在发生单相接地事故、相间短路事故等事故中可靠的切断电源。保证了工作人员的生命安全和设备的安全
参考文献
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变频装置 篇10
燃气—蒸汽联合循环发电相比传统燃煤发电具有效率高、环保、启停迅速的特点。随着国家能源政策的调整和对环保的日益重视, 燃机在国内近几年发展迅速, 深圳前湾燃机电厂即是国内最早一批采用F级燃气机组的电厂, 电厂1期3台390 MW联合循环机组于2007年3月全部投产, 运行情况良好。机组采用两班制运行, 昼启夜停, 为广东电网调节峰谷负荷做出了突出贡献。
燃机的启动方式有多种, 小型燃机多采用柴油机启动、马达拖动、蒸汽冲动等, 而大型燃机一般采用变频启动方式, 即通过静态变频器SFC (Static Frequency Converter) 为发电机提供驱动力矩, 待燃机点火升速到一定转速后SFC退出。前湾电厂采用2套静止变频装置, “二拖三”布置, 3台机组均可选择任意1套SFC来启动。几年来SFC运行安全可靠, 但调试运行期间也出现了一些问题。本文介绍了前湾电厂SFC出现的较典型故障, 通过对故障的分析和解决, SFC的运行可靠性得到进一步提高。
1 SFC工作原理
前湾燃机电厂SFC由日本三菱提供, 额定功率4 900 kW。SFC结构如图1所示, 主要由谐波滤波器、SFC变压器、整流装置、直流电抗器、逆变装置、控制柜和位置传感器组成。谐波滤波器用来吸收在整流和逆变过程中产生的5、7、11次谐波, 以防止对电网造成谐波污染及继电保护误动。SFC变压器将6 kV电压降至3.8 kV, 为SFC系统提供电源, 同时通过变压器漏抗限制晶闸管短路时的短路电流。整流装置通过对晶闸管导通角的控制把交流电转换成直流电, 并控制直流电压使直流电流达到适当值。经过整流后的直流电源再经直流电抗器限制波形, 使波形更加平滑后进入逆变装置, 把直流逆变成频率可变的交流, 其频率在0.05~33.3 Hz内平滑可调, 使发单机平滑加速。位置传感器用于测量转子的相位, 其反馈信号为逆变器触发脉冲的参考信号。
2 SFC典型故障分析处理
2.1 SFC控制程序出错
为了保证SFC运行安全性, 系统配置了功能齐全的各种保护, 如整流器/逆变器配置了脉冲丢失、过流、电容器故障、冷却风机故障等保护, SFC变压器还配置了油位低、温度高等非电量保护。SFC运行中出现的故障分为“主要故障”和“次要故障”2种类型。出现主要故障SFC将停止运行, 机组跳闸, 而出现次要故障不会影响SFC运行, 故障处理可以在SFC退出运行后进行。
2008年某日启动过程中, 发现发电机长时间维持在高盘转速700 r/min, SFC控制盘“次要故障”指示灯亮, 就地检查发现逆变器柜#1冷却器电源回路因一相接触不良导致热偶保护动作, #1冷却器停运, 引起SFC系统报“次要故障”。理论上讲, 整个SFC运行期间应不受到次要故障影响, 而现场实际却和理论程序不相吻合, 即在运行中遇到次要故障报警信息后, 既不跳机, 也不再执行下一指令。此后又多次模拟次要故障发生, 试验结果相同, 验证SFC控制程序出现了错误, 通知三菱方面确认并更新程序后恢复正常。
2.2 SFC系统过电压跳闸
SFC把频率可调的交变电流加到发电机定子上, 使发电机以同步电动机方式运行, 这就要求发电机转子也要施加一定的励磁电流, 其大小与SFC装置配合。励磁系统的工作方式由SFC控制, 在机组转速0~510 r/min之间为恒定励磁电流方式, 510 r/min之后切换为恒定发电机电压模式。在调试期间, 考虑到励磁系统的过励磁 (伏/赫兹) 限制应与发变组保护相配合, 将其整定为105%, 在变频启动过程中, 因控制精度问题, 过励磁限制动作, 动作后SFC无法将励磁系统由恒流模式切换到恒压模式, 导致SFC逆变器过电压保护跳机。因此, 根据变频启动的实际需要将过励磁限制定值改为115%, 类似情况没有再发生。
2.3 SFC位置传感器故障
2010年某日, #2SFC拖动#3发电机启机, 在清吹阶段#2SFC发“整流器过电流”、“逆变器过电流”报警信息, #2SFC系统跳闸导致启机失败。在机组投入盘车后换用#1SFC启动#3机, 在升速至160 r/min时#1SFC发“逆变器脉冲放大器故障”报警信息, #1SFC系统跳闸导致启机失败。
检修人员对系统进行了细致的检查, 未发现异常, 通知运行人员再次选择SFC以测量各信号是否正常。重新选择#1SFC后, 在控制盘处测量位置传感器C相信号在控制盘处电压波动较大, 于是更换#3发电机位置传感器信号切换至各台SFC的继电器, 继续用#1SFC选择#3发电机, 在控制盘处测量各相位置传感器信号正常且稳定。对换下的继电器进行多次分合试验, 发现有多对触点有不同程度异常。由于继电器质量不良, 其触点接触电阻较大且不稳定, 导致送到SFC控制盘的位置传感器信号异常或丢失, SFC控制接到位置传感信号异常后报警停止SFC运行, 进而致使启机不成功。
3 结语
变频启动装置启动电流小、调速性能好, 目前大量用于燃气轮机组及抽水蓄能机组等同步电机的启动, 但同时其控制系统也较复杂, 对运行维护人员也提出了更高的要求, 应加深对燃机变频启动的理解和认识, 并结合现场实际运行情况和对故障的处理, 深入分析和研究, 通过不断总结, 提高燃机发电厂设备可靠性和维修水平。
参考文献
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变频装置 篇11
Simovert Masterdrives系列矢量控制的变频器是大功率、模块化、通用型的交流调速装置,因其内部集成的控制方式多、自由组合功能强、外部接线简单、使用方便、灵活等优点在电动钻机上获得了一定的应用。
2 速度反馈方式选择
Simovert Masterdrives变频装置内集成有频率控制(无外部测速装置、速度反馈取自内部计算)、速度控制(需要外部测速装置及相关硬件、速度反馈来自实际转速)等矢量控制软件供用户方便选用。这两种用法的区别在于调速精度及范围。频率控制方式下,按装置默认设置,从10%到100%电机额定频率时,速度反馈的计算是采用电机的反电势模型,控制精度较高、调节特性平滑,基本上可以满足使用要求;在5%以下电机额定频率时,速度反馈的计算是采用电机的电流模型,虽然仍为闭环控制,但控制精度及电机扭矩特性与开环时控制特性相当,控制精度及特性较差;在5%到10%电机额定频率之间时,速度闭环控制,升速时按电流模型、降速时按反电势模型计算速度反馈,控制精度及特性随计算模型的转换而变化;速度控制方式下,速度反馈由外部测速装置提供,控制精度高(取决于测速装置的分辨率)、调节特性好(调节范围1:100,较频率控制1:10高一个数量级),在零速时电机可以输出稳定的额定扭矩。变频钻机中,根据钻井工艺要求,泥浆泵因无特殊调速要求,采用频率控制方式较为简单、可靠,对于泵类负载,由于大多数情况下最低工作速度都在10%额定速度以上,因此这种频率控制的方式可以满足钻井工艺的要求;而对于绞车10%额定速度以下的调速段非常重要,特别是绞车双电机低速拖动时,要求负载扭矩均衡分配,在无下垂特性的情况下,由于变频装置自身的特性,扭矩很难达到均衡,且一正一反的可能性极大,严重时有可能对齿轮箱、传动链条等造成损害;在有下垂特性的情况下,扭矩虽然可以均衡分配(不均衡度小于5%),但无法在零速时输出稳定的额定扭矩,不能充分发挥变频钻机的优越性(配置能耗制动时);对于转盘10%额定速度以下的调速段也非常重要,特别是遇到井下复杂地质情况转盘卡转而停转(在5%以下调速段)时,由于控制系统接近开环,无法输出稳定的扭矩,在负载扭矩的反作用力下有可能反转,导致钻井下具卸扣。因此转盘及绞车采用有外部测速反馈的速度控制方式较为合适。
3 电机电缆选择
Simovert Masterdrives变频器由于有中间直流电压回路且采用了空间矢量调制,因此电机绕组上的电压波形为等高而宽窄不同的直流脉冲波,电流为带有调制毛刺、接近正弦形的正弦波。选择电机电缆时需要根据以上特点对常规算法进行校正。选择电缆截面时,如果按变频器制造商推荐的最大截面去选择,则成本较高造成浪费且不适合钻机搬迁安装方便的要求;如果只按照普通50Hz、电机额定电流去选择,则有可能在实际运行中电缆发热严重,甚至烧毁而造成事故。电缆的选择需要附加考虑变频控制方式及装置使用工况。
对于泥浆泵频率控制,不存在弱磁运行,只考虑调制时的电流集肤效应,但要注意校正特殊工况时的工作电流。特殊工况是指变频器处于待机运行状态但实际速度为零较长时间(大于10分钟)后,电机开始转动,在装置默认参数设置下,输出电流将达到最大值。在零速待机时,输出电流为,从零速开始转动时输出电流为,其中Ime为电机额定电流,电缆截面需根据Im1选择再考虑集肤效应修正,即S=λ*Sm1,其中λ为大于1.0的修正系数,Sm1为Im1对应的电缆截面。当对电磁兼容性有要求需选择屏蔽电缆时,由于散热受到影响,因适当加大截面。
对于绞车转盘速度控制,由于受安装尺寸、电机制造因素等限制,电机需要弱磁运行,将使电流集肤效应加大,但没有特殊工况,因此只需考虑弱磁对截面的影响,据有关文献,参考计算公式为,其中S为所需截面,λ为大于1.0的集肤效应修正系数,Sme为电机额定电流、额定频率时对应的电缆截面,fmax为最高运行频率,fe为额定运行频率。选择电缆工作电压时,不能只根据电机额定电压的最大值,还要考虑电压波形传输的直流特性及工作状态,直流传输特性是指PWM波在传输过程中前行波与反射波共同对电压的影响,工作状态是指电机工作于制动状态时对电压的影响,综合以上因素,最大电压参考计算公式为,其中Ul为整流电源进线线电压。
4 特殊应用参数设置
对于没有能耗制动的变频钻机,由于辅刹用其他方法实现,没有低于10%额定频率的工作状态,因此绞车、转盘、泥浆泵均采用无码频率控制较为简单、可靠,按以上计算方法选择电缆截面不很经济,对装置的参数设置做适当的调整,既不影响运行,又可以节省投资,需要调整的参数为启动状态时电机的励磁电流设定值。
摘要：简要介绍了变频钻机应用中速度反馈、电缆选择、特殊应用参数设置注意事项。
关键词：反馈方式,电缆选择,参数设置
参考文献
[1]连理枝.低压断路器及其应用[M].中国电力出版社,2002.