高压变频器在煤气加压机中的应用.docx

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1、高压变频器在煤气加压机中的应用消费的powersmarttm高压变频调速控制装置来控制三炼钢转炉煤气回收8万煤气柜煤气1#、2#加压机机组，通过改变电机转速来调整风机的风量和风压。2改造前调节方式及存在的问题改造前是通过调节机后挡板来实现，当挡板调到50以下时，由于气流不均，管道将会有喘振现象，管道震动加大，所以在机后挡板开到一定开度必须翻开回流挡板，使一局部煤气再流回煤气柜，这将浪费一局部电能;同时用挡板调节流量时，是人为地增加了管网阻力，也将会多消耗一局部电能。3采用变频调速装置的特点3.1变频调速装置是通过改变电机电源的频率，使电机在不同的频率下运行，进而使电机的转速改变1调速范围宽，可

2、以从零转速到工频转速的范围内进展平滑调节;2在大电机上能实现小电流的软启动，启动时间和启动的方式可以根椐现场工况进展调整;3频率的调整是根据电机在低频下的压频比系数进展电压和频率的输出，在低转速下，电机不仅是发热量低，而且输入电压低，将使电机绝缘老化速度降低。3.2技术新奇串联多重化叠加技术的应用实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，降低了装置的损耗，进步了可靠性，解决了高压电力变换的困难。串联多重化叠加技术的应用还为实现纯粹弦波、消除电网谐波污染开拓了崭新的途径。3.3性能指标高1高功率因数，达0.95以上，无需另加功率因数补偿装置，防止了因无功带来的损耗;2效率高，高达96%以

3、上，远远高于晶闸管大功率调速装置;3符合ieee519-1992标准的严格要求，不对电网产生谐波污染，无需任何滤波装置;4对电机不产生谐波污染，有效降低了电机的发热量，噪声与采用工频供电时相近;5转矩脉冲很低，不会导致电机等机械设备的共振，同时也减少了传动机构的磨损;6输出波形完美，失真度小于1%;7电动机的电应力强度与采用工频供电时相近，无需装备特殊电动机;8与电机的连接不受电缆长度的限制。3.4科技含量高1采用大规模门阵列cpld电路，实现了pwm控制的高度实时性、快速性和准确性;2两光纤实时传送技术，获得了国家创造专利，使得控制单元与功率单元之间的通讯更加迅速、可靠;3十分设计的h桥逆变

4、电路，已获得了国家专利，为系统运行的可靠性提供了保障;4完善的功率单元旁通技术，已获得了国家专利，进一步进步了系统运行的可靠性;5控制局部采用高性能的dsp和fpga芯片，使得控制系统的性能大大进步，实现恒定v/f和恒转矩控制，提升特性可任意设定，知足各种机械启动及运行的要求;6优秀的dsp软件数学模型，使得系统运行的实时性和效率大大进步。4powersmarttm高压变频调速控制装置系统技术方案4.1系统组成powersmarttm系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操纵箱、旁路开关柜等局部组成。4.1.1切分移相干式变压器切分移相干式变压器为变频器的

5、输入设备，一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等局部构成。为了兼顾平安、防尘、维护以及美观等要求，一般将其安装在柜内。powersmarttm系列高压变频器选用的变压器，其绝缘等级为h极，绝缘材料局部选用进口的美国杜邦公司优质产品，温升可达150;真空浸漆，免维护。变压器的原边为星形连接，在最内侧。副边在外侧，为沿边三角形连接，根据不同的电压等级，一般有9、18或者27个三相的副边绕组。在原副边绕组之间另设有一层接地屏蔽层。副边的三相绕组可分为三大组，分别供应功率单元柜中的三个相，每一大组中各个三相小绕组的输出电压幅值一样，之间的相位移有20、10或者6.6。变压器柜另配

6、有温度监测装置，在绕组温度超过戒备温度时能提供过热警告信号和过热故障信号。变压器柜顶部装有引风机以排出变压器在工作时产生的热量。柜门安装有防尘网。4.1.2控制单元柜主控制器的外观如图1所示。align=center图1主控制器的外观/align控制单元根本原理框图如图2所示。align=center图2控制单元根本原理框图/align控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面数码管和彩色触摸屏可选、plc、嵌入式微机、开关电源、emi模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。主控制器由总线板、电源单元、cpu单元、接口单元、3个相控单元及开关量、模

7、拟量的输入、输出子模块等组成。它是变频器的控制核心，由两片dsp及多片fpga、clpd等构成，通过优质光纤将pwm信号传送到功率单元中，进而实现了高可靠的控制。温控器，可以接3个感温探头，来测试切分变压器的温度，并提供告警或者保护节点。风机保护器，有3台，用来监控风机的缺相、过流等。其中，接功率单元柜的为2台，切分变压器柜1台。plc，内置pid调节模块和程序，可以实现闭环控制。它还含有模拟量、开关量模块，其路数可根据用户要求进展定制。人机界面，设在控制单元柜前门上，用来提供设置、监视和切换等操纵。它分别有数码管方式和彩色触摸屏方式两种，根据用户需求可进展选配，分别如图3和图4所示。alig

8、n=center图3数码管操纵面板以6kv为例图4液晶触摸屏操纵界面/align4.1.3功率单元柜功率单元柜，一般由12台柜构成，主要由功率单元、电流互感器、输出电压检测单元、风道风压检测装置及高压电缆等组成。10kv系统功率单元共计27个，平均分属3个相自上而下分别为u,v,w，每相9个首尾相串，相间采用星形连接。电流互感器作为电流收集、处理、监视及电流闭环用，共2只，分别串入功率单元星点连接处的u相和w相上。输出电压检测单元，输入端分别接至星形连接的3个相端。用来检测输出电压等信息。风道风压检测装置用来实时检测冷却风道是否畅通，风压可以实时动态显示，它与风机电脑保护器、温控器一起共同组成

9、变频系统冷却监视系统，进一步使变频器热量可以及时传导出去，确保变频器可靠运行。不同功率和电压等级的变频器，所采用的功率单元的型号是不同的。4.2工作原理变频器工作原理如图5所示。align=center图5变频器系统工作原理图图6功率单元模块电路构成简图/align如图6所示，功率单元模块由整流二极管、绝缘栅双极性晶闸管igbt构成的三相低压输入，单相输出低压的pwm电压型逆变器。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。powersmarttm系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器，是利用低压单相变频器互相串联，来弥补功率器

10、件igbt的耐压才能的缺乏。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。以10kv高压变频器为例，10kv系列有27个功率单元，每9个功率单元相串联为一相见图6。每个单元的输入电压为三相650v，输出那么为单相650v，单元互相串联叠加后可输出相电压5850v。当变频器输出频率为50hz时，相电压为19阶梯波，如图7所示。图7中ua1ua9分别为a相9个功率单元的输出电压，叠加后为变频器a相输出电压ua0。图7中显示出了生成pwm控制信号时所采用a相参考电压uar，可以看出ua0很好地逼近uar。uaf为a相输出电压中的基波成分。align

11、=center图7单元串联相电压波形的生成/align由于变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由a相和b相输出电压产生的uab输出线电压可达10000v以上，为37阶梯波。如图7所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，uab不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因此谐波成分及dv/dt均较小。变频器输出的三相电压加到电动机上，产生电流使电机旋转，额定运行时电机的电压和电流实测波形如图8所示，可看出由于输出电压的谐波很小，电机电流接近于正弦波。align=center图8额定运行时电机的电压和电流实测波形/align采用多重化叠加的方式，使变频器输出电压的谐波含量很小，不会

12、引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dv/dt也很小，不会给电机增加明显的应力，因此可以向普通标准型沟通电动机供电，而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dv/dt都很小，不需要附加输出滤波器，输出电缆也无长度要求。由于谐波很小，附加的转矩脉动也很小，防止了由此引起的机械共振，传动系统及轴承的磨损也大为降低。5技术方案三炼钢转炉煤气回收8万煤气柜煤气1#、2#加压机风机实际应用中主电路如图9所示。align=center图9主回路方案图/align当变频器出现严重故障时，系统可以根据需要手动转入工频电网中，电机全功率运行，也可以自选择采用手动或自动相切换的方案。本方案中qs1和qs2、qs3

13、分别为电机工频、变频运行选择隔分开关。各隔离刀闸之间要求用程序实现严格可靠的机械互锁和电气闭锁，以防止误操纵，同一状态只允许qs1闭合工作或者qs2和qs3闭合工作。6实际应用设备参数三炼钢转炉煤气回收8万煤气柜煤气1#、2#加压机风机实际参数:1风机型号为01100-11，其性能如表1所示。align=center表1风机参数/align2异步电动机型号为yaksp500-2，其性能如表2所示。align=center表2异步电动机参数/align3变频器参数名称:高压大功率变频调速装置型号:jzhicon-ia-10/075;额定输入电压:10000v;额定输出电压:10000v;额定输出

14、频率:50hz;额定功率:1250kva;额定输出电流:75a;输出频率调节范围:050hz;消费厂家:哈尔滨九洲电气股份有限公司。7节能情况分析7.1电动机工频运行与变频运行工况比照，比照参数如表3所示align=center表3工、变频运行时参数比照/align在现有负荷下，工频运行，实测电动机电流:35-40a，运行频率:50hz，出口挡板开度:50%电动机变频调速运行时的工况:变频器一次电压10kv，平均电流10-32a电动机电流:运行频率:30hz-40hz，变频器输出电压:6000-8000输出电流14-35a出口挡板开度:100%7.2电动机工频运行时的耗电量每小时耗电量:35a

15、59.4a850kw1h=500kw.h天天耗电量:500kw.h24h=12000kw.h每年耗电量:12000kw.h365天=4380000kw.h7.3电动机采用高压变频调速装置后的节电量每年节电量:4380000kw.h-928560kw.h=3451440kw.h7.4平均节电率3451440kw.h5014141.4kw.h=70%7.5年节约电费每台邯郸钢铁集团有限责任公司综合电价0.45元/kw.h年节约电费每台3451440kw.h0.45元/kw.h1553148元155万元8应用效果其主要应用效果还有:1变频起动对电网没有任何冲击。由于有变频调节，对于风机可以实现变频软

16、起动，风机在低频下启动，启动电流很小，启动时间延长，防止了原来在较大惯性负荷情况下，数倍的额定起动电流对电网和机械设备的冲击，有效延长了电机寿命。而且变频还可以随时起动或者停顿;2按需调节风量，防止浪费。由于变频器通过变频调节风机的转速来控制风机的送风量而不再需要由风门来调节，其调节范围可以从0%100%;因此可以根据消费工艺要求随意调节风量，减少了不必要的浪费;3变频节能运行，节约了大量能源。采用变频使用后，不再使风机一直处于满负荷工作状态，另外风机阀门处于全开状态，其节能效率显著;4降低风机工作强度，延长使用寿命。采用变频后，风机的大局部工作时间都在较低的速度下运行，因此大大降低了风机工作

17、的机械强度和电气冲击，将会大大延长风机的使用寿命，降低维修强度;5使用变频后，由于启动和停顿时间都可以设定，减少了对烟道、风道和风门挡板的冲击腐蚀，相应的延长了很多零部件的使用寿命，有效的进步了相应设备的检修周期，节约了大量维护费用;6可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用;7电机和风机运转速度下降，光滑条件改善，传动装置的故障下降;8系统压力降低，对管道的压力和密封等条件缓解，延长使用寿命;9与dcs系统的可靠衔接，其完善的监控性能和高可靠性进步了工作效率，减少了检修和维护的工作量。9完毕语powersmarttm高压变频系统由于其节能效果明显，并且实现了电机软启动，延长了电机和风机的使用寿命，由于风门全开，极大的延长了风门的使用和检修周期，也减少了风管的振动和摩擦。于2005年11月24日正式投入消费运行，该变频系统工作稳定、性能可靠，即知足了消费工艺的要求，又具有显著的节能效果，在对三炼钢转炉煤气回收8万煤气柜1#、2#煤气加压机系统上的应用，有着不可磨灭的效能。