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核心关键威廉希尔官方网站 - 高压变频器主电路图分析及其应用

2011年07月13日 10:34 本站整理 作者:秩名 用户评论(0
3.3 核心关键威廉希尔官方网站

  (1)高速功率器件的串联威廉希尔官方网站

  根据查新,世界 各国均未生产出IGBT直接串联的高压变频器。原因正如一些权威人士所言:“IGBT是不能串联的。因为开关时间短,微秒级,很难保证所有管子串联同时开关。否则有的早开,所有的电压都来加在晚开的管子上,那么这个1200V的管子加上6000V,只能烧掉,一烧一串,不可能串联。”

  (2) 正弦波威廉希尔官方网站

  高压电机对变频器的输出电压波形有严格的要求,是业内人士都知道的常识。解决变频器输出电压波形,从两方面着手:一是优化 PWM波形;二是研制出特种滤波器。

  过去一些人认为:“三电平的电压波形一定优于二电平,今后就是低压变 频器也应采用三电平。”,这种说法可能不太全面。三电平的总谐波含量可能低于二电平,但由于三电平的11次、13次谐波含量特别高,处理起来特别困难,而二电平只要波形优化得好,60次以下的谐波皆可大大降低。而对60次以上的谐波滤波自然容易得多。人们使用三电平是为避免器件串联的困难,不得已而为之。

  (3) 抗共模电压威廉希尔官方网站

  仅解决IGBT的串联,并不能甩掉输入变压器。原因在于共模电压的存在。在低压变频器领域,近年来发现的电机轴承损坏,共模电压就是影响之一,在高压变频器的领域中,共模电压更是必须解决的关键问题之一。共模电压(也叫零序电压),是指电动机定子绕组的中心点和地之间的电压。

  共模电压也是对外产生干扰的原因,特别是长线传输设备。无论是电流源还是电压源变频器产生共模电压是必然的。威廉希尔官方网站 人员根据共模电压产生的机理,采取了“堵和疏”的办法将共模电压消灭在变频器内部。

  由于采用了上述三项核心关键威廉希尔官方网站 ,使IGBT直接高 压变频器的效率达到98%以上。输出电压正弦化、共模电压最小化。适用于任何异步电机、同步电机,无需降容使用,几km的长线传输也无问题。对于传输距离 太长时应考虑线路电压补偿。如提高电压或增大导线截面等。

  4 系统特点:

  (1)电压等级为3kV-10kV;

  (2)系统自带专门设计的高压开关柜,与本身高压变频器高效安全配套,并含变/工频切换装 置和电子式真空断路器;

  (3)全中文操作界面,基于 Windows操作平台,彩色液晶触摸屏,便于就地监控、设定参数、选择功能和调试;

  (3)内置PLC编程控制器,易于改变和扩展控制逻辑关系;

  (4)高压主电路与低压控制电路采 用光纤传输,安全隔离,使得系统抗干扰能力强;

  (5)控制电路通讯方式采用全数字化通讯;

  (6)系统的 整流单元、逆变单元设计,选用组合模块化积木结构,整机占地面积小、重量轻,便于安装、维护;

  (7)装置可在本机上操作,也可实 现远距离外控,具备完善、方便的操作功能选择;

  (8)系统具有标准的计算机通讯接口RS232RS422RS485,可方便 的与用户DCS系统或工控系统组态建立整个系统的工作站,进一步提高系统的自动化控制程度,实现整个工控系统的全闭环监控,从而获得更加完善的、可靠自动化运行;

  (10)具备全面的故障监测、可靠的故障报警保护功能;

  (11)输入功率因数高,输出电压谐波 含量小,无需功率因数补偿和谐波抑制器;

  (12)输出电压为标准正弦波形,对电缆和电动机的绝缘无损害,减轻电动机的轴承和叶片 等机械部分震动和磨损,延长电动机的使用寿命,输出至电动机的线缆长度可达20km;

  (13)采用独特的抗共模电压威廉希尔官方网站 ,使系统*模电压 ≤1000V,无需再提高电动机的绝缘等级,无需专用电机;

  (14)易于实现能量回馈和四象限运行;并可直接引出直流 进行直流输电;

  (15)对用户的高压异步电动机无任何特殊要求。不但适用于新旧异步电动机,也适用于同步电动机。

  5.应用实例

  IGBT直接串联高压变频器在 炼铁厂冲渣泵上的应用

  5.1 应用概况

  永峰钢厂是莱钢集团公司的一个主要生产厂,负责公司所需铁水和铁块冶炼。高炉冶炼铁水过程中产生大量的熔渣,通常是用大流量的中压水将其降温并 冲散,同时输送到水渣池回收,作为炼铁生产的副产品。高炉生产是不间断的,一般情况下每天出铁15次,在高炉出铁前、后各放一次渣,两次出渣时间约 30min,在此时间内要求水冲渣系统的水泵满负荷工作,其余时间水泵只需保持约30%水流量防止管道堵塞即可。4#-高炉使用ZGB-300型冲渣泵,原系统运行时,起动前管道进出水阀门关闭,起动后阀门开度约90%,机组全速运行,电网电压6300V,电机运行电流33A,功率因数81.6%,耗电功率294kW。不需冲渣水时通过调节阀门在30%来调节水流量(此时电机电流25A),耗电功率214kW,一方面导致大量的节能损失,另一方面频繁操作阀门,致使其使用寿命大大降低,增加了停产更换阀门的时间,为此公司决定对4#高炉冲渣泵进行改造。

  5.2 改造方案

  由电机转速公式n=60f×(1-s)/p可知:只要改变电机的频率f,就可以实现电机的转速调节,高电压大功率变频器通过控制IGBT(绝缘栅双极型电力场效应管)的导通和关断,使输出频率连续可调。而且是随着频率的变化,输出电流、电压、功率都将发生变化,即负荷大时转速大, 输出功率大,负荷小时转速小,输出功率也小。

  由流体力学::Q′=Q(n′/n) 、H′=H(n′/n)2 、P′=P(n′/n)3 可知: 当泵机低于额定转速时节电为:E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)

  可见,通过变频改造,冲渣泵流量Q、压力H及轴功率P都将发生较大的改 变,不但节能而且大大提高了设备运行性能。根据冲渣泵的实际特性对其进行了具体改造,冲渣泵在冲渣时工作在49.5Hz,在不冲渣时工作在25Hz,考虑 到工艺对调速精度要求不是很高,本系统只采用开环控制并在高炉值班室操作,需冲渣时给调节系统一个“1”的信号,电机高速运行,不需冲渣时将此信号取消,电机低速运行,取得了很好的节能效果。

  5.3 改造后的系统实际运行状况

  根据18个月的运行,经过反复多种测试各运行参数一直正常,变频器质量性能良好,安全可靠,各项指标均达到了设计要求.

  (1)谐波抑制效果良好。电压谐波含量小于3%,符合 IEEE519-1992和GB/T14549-93标准。

  (2)各种保护功能完善。过流、过压、欠压、故障保 护等功能可靠,并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。

  (3)各种指示功能完备。具有输入、输出电流和电压、运行频率、故障显示、运行状态指示等功能。

  (4)操作简便。同普通的低压变频器的功能操作方式相似,功能设置和调整简单方便。

  5.4 改造效益

  机组49.5Hz运行和无变频器运行相比可节省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW;

  机组25Hz运行和无变频器运行相比可节省功率ΔP2=214kW-P25=132kW;

  年节电量:ΔW= (H1ΔP1+H2ΔP2)=365(7.5×80+16.5×132)=1013970kWh;

  (注:每年按365天 计H1:冲渣时间=15×30/60=7.5小时;H2:不冲渣时间=24-7.5=16.5小时);

  经济效益:ΔW电价=1013970×0.56=567823元(注:莱钢厂工业电价0.56元/kWh);

  实现电机软起动功能,延长了电机寿命,大大减少了冲渣泵故障发生率;

  提高了自动化水平,节约了大量工业用水;

  由上述可知,综合经济效益每年可达60多万元,一年即可全部收回成本。

  5.5 结论

  由于IGBT直接串联高压变频器无输入输出变压器、体积小、性价比高、综合性能好等方面均超过了国内外其它产品,是新一代高性能高 压变频产品的代表,为高压变频调速威廉希尔官方网站 在厂内其它工序的威廉希尔官方网站 改造提供了一条可行的途径,在高压变频改造领域具有极大的推广价值。

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( 发表人:小兰 )

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