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

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【關鍵詞】高壓變頻技術 除塵風機 節(jié)能

1．概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點，長期以來一直被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電爐煉鋼是鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來源之一。

電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個階段。吹氧過程的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度高。因此，電爐除塵系統(tǒng)按照吹氧時期的最大煙塵排量進行設計。在系統(tǒng)最大風量需求的基礎上增加1.1－1.3倍的安全閾度進行除塵風機選型設計。整個煉鋼過程中吹氧時期占30－35%，此時風機處于較高負荷運行，而其余時間則處于較低運行工況。很顯然，除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。

長期以來，不論電爐處于哪一個運行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，采用入口擋板開度調(diào)節(jié)，效率低、功率大，造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷深化，節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競爭力的有效手段之一。

而在九十年代開始廣泛應用的高壓大功率變頻調(diào)速技術則正是適應了市場的需求，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展。現(xiàn)在，已廣泛應用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機車牽引等領域。

某煉鋼廠正是在這種狀況下，對電爐除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術改造研究的。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過濾排放；同時利用集塵罩將現(xiàn)場生產(chǎn)車間的粉塵和廢氣及時排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，污染環(huán)境。除塵風機是將煙氣吸收排放的主要設備。

2．系統(tǒng)技術方案研究。某煉鋼廠#8電爐為擴容的70t ABB交流電爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器，設計過濾面積11985m2，最大除塵風量450000m3/h。

#8電爐的煉鋼周期為70－85分鐘，其中裝料6－10%，送電熔化25－30%，吹氧30－35%，還原期15－20%，沖渣出鋼6－8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多地帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時迅速地將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統(tǒng)要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。

通過對冶煉工藝的分析，電爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量大小的要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制制定如下方案。

不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的運行工況。系統(tǒng)并沒有采用檢測電爐工作中粉塵濃度的方式來直接控制除塵風量，而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，通過非線性函數(shù)關系推導出不同運行工況下的除塵風量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場合應用，抗干擾能力強、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。而粉塵濃度檢測裝置具有價格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護量大、現(xiàn)場檢測點數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點。基于上述原因，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場過程量。同時，以吹氧量和冷風門開度作為除塵風量的修整參量，從而提高系統(tǒng)響應速度，改善控制品質，達到良好的除塵效果，實現(xiàn)除塵風量自動控制、降低運行人員勞動強度、提高系統(tǒng)效率，達到最佳的節(jié)電效果。

為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風量手動控制回路，對除塵風量的控制采用分段調(diào)速的方式，由爐前操作臺控制變頻運行的頻率點，從而實現(xiàn)不同運行工況下的風量調(diào)節(jié)。

實踐證明：系統(tǒng)在設計了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實用性和可操作性，很好地滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)要求。同時，在改善現(xiàn)場工作環(huán)境、提高產(chǎn)品質量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。

3．系統(tǒng)特點。變頻調(diào)速技術在電爐除塵系統(tǒng)中應用后，主要體現(xiàn)了以下幾個特點：

①除塵設備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負荷運行，提高了系統(tǒng)效率，實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運行，取得顯著的節(jié)能效果。

②大大有效降低了除塵系統(tǒng)負荷率，延長了除塵器、除塵風機、除塵電機、煙道等設備的使用壽命。

③對降低爐內(nèi)熱量損失、合理控制過程溫度、確保終點溫度起到一定的作用。

④對除塵系統(tǒng)進行變頻改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時間，提高鋼產(chǎn)量，改善出鋼品質。

⑤降低補爐期間的能耗和爐襯散熱損失。

4．節(jié)能分析。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價，在系統(tǒng)投入正常運行一個月后對設備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。

隨機抽取一個正常生產(chǎn)日，將系統(tǒng)切換至變頻運行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風量。采用網(wǎng)側有功電度表進行耗電量計量，見表1。然后，連續(xù)采集變頻運行的7個正常生產(chǎn)日用電量進行變頻運行工況下的單耗計算，以期變頻運行的數(shù)據(jù)更接近真實運行工況，具體數(shù)據(jù)采樣值見表1。

通過對上表原始數(shù)據(jù)的處理，可以得出：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。設備節(jié)電率高達58.63%，節(jié)能效果顯著。

5．結論。通過對某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術分析，可以看出：在電爐除塵系統(tǒng)中應用高壓變頻調(diào)速技術不僅對有效改善現(xiàn)場生產(chǎn)狀況、提高鋼產(chǎn)量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節(jié)約230萬元左右的電費開支。在電爐除塵系統(tǒng)中應用高壓變頻調(diào)速技術是完全正確的。

參考文獻

1 邱紹岐、祝桂華編著.電爐煉鋼原理與工藝.北京:冶金工業(yè)出版社,1996

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[關鍵詞]高壓 變頻器 過電壓故障 危害 原因 解決

中圖分類號：TD53 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）01-0063-01

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算，直流母線電壓1.414x700=989V。在過電壓發(fā)生時，直流母線的儲能電容電壓將上升，當電壓上升至一定的值時〔通常為正常值的10%-20%），高壓變頻器過電壓保護動作。因此，對于變頻器來說，有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時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，嚴重時會引起電容器爆裂。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。

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，考慮器件處在開關狀態(tài)時dv/dt比較大，因此在直流母線電壓過高時再疊加功率器件開關過程中產(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方面。

2.1 來自電源輸入側的過電壓

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

2.2 來自負載側的過電壓

由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電動機處于實際在速比變頻頻率決定的同步轉速高的狀態(tài)時，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉換成電能，通過各個功率單元逆變橋中的四個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，這些能量將會導致中間直流回路的電解電容器的電壓上升，達到保護值即會報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)過電壓進入到變頻器輸入側；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及時處理。下面介紹主要的處理方式。

3.1 在電源榆入側增加吸收裝置，減少變頻器榆入過電壓因素

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

3.2 從變頻器已設定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器中可設定的參數(shù)主要有兩個：減速時間參數(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載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設定不要太短，而使得負載動能逐漸釋放；該參數(shù)的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數(shù)的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設定變頻器不過電壓情況下可減至的頻率值，暫緩后再設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。適當增大回路的電容量或及時更換運行時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。這里還包括在設計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能力的提高。

3.4 在條件允許的情況下適當降低功率單元輸入電壓

目前變頻器功率單元整流側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預留5%、 0分接頭，一般出廠時移相變壓器輸入側都默認接在0分接頭處。在電壓偏高時，可以將輸入側改接在+5%分接頭上，這樣可適當降低功率單元輸入側的電壓，達到相對提高變頻器過電壓保護能力的目的。

3.5 增強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線要采用雙絞線，并且線長應盡量短，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)等級的基準源，采用高共模抑制比的光耦參數(shù)以提高光耦一、二次側的抗干擾能力。

3.6 在輸入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)。但可控整流橋價格昂貴，技術復雜，不是較經(jīng)濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，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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1.1高壓變頻節(jié)能技術原理

所謂高壓變頻技術，是通過調(diào)節(jié)電壓的輸出，控制風機的實際功率，從而進一步控制風機的轉速，調(diào)節(jié)風機風量，在風機中應用高壓變頻技術，就可以使得出風口的擋板完全打開，利用變頻技術從源頭調(diào)節(jié)風機的風量輸出。風機的電機轉速公式為：n=（1-s）n0，n0=60f/p。其中n為實際轉速，n0為理論轉速，s是轉差率，f是電機的運行頻率（60是60s），p是電機極對數(shù)。由轉速公式可看出，在不考慮轉差率s的情況下（s=0～0.05），電機的實際轉速n=60f/p，即n與f是成正比例相關的，n的值會隨著f的增加而增加，隨著f的減少而減少，所以控制功率的輸出，來調(diào)節(jié)f的值，就能夠完成對電機轉速n的調(diào)節(jié)。

1.2高壓變頻節(jié)能技術優(yōu)點

高壓變頻節(jié)能技術的應用，能夠避免風量因為擋板的損失，提高風機的工作效率，降低電力的消耗。比起擋板調(diào)節(jié)風量，利用高壓變頻技術調(diào)節(jié)，在輸送風量時更加精準，能夠實現(xiàn)對鍋爐負荷的精準控制。而且高壓變頻技術的應用，在風機啟動時，能夠對風機進行有效保護。傳統(tǒng)的全壓啟動方式，對發(fā)動機和風機都會產(chǎn)生極大的沖擊力，容易引發(fā)故障，甚至設備損壞。而高壓變頻技術使發(fā)動機緩慢啟動，有效地避免了這個問題，極大地降低了設備故障率。

2熱電廠鍋爐風機高壓變頻節(jié)能技術改造方案

2.1高壓變頻器選型

高壓變頻器的選型需要考慮電壓等級和投資成本的問題，如一臺1120kW功率的風機，選擇60kV電壓等級的高壓變頻器顯然就是不合理的，既無法對高壓變頻器進行充分利用，又增大了投資成本，另外在選型時還需要注意諧波污染問題。綜合分析熱電廠的實際需求，對比市面上的幾種高壓變頻器型號（兩電平型、多電平型、單元串聯(lián)型等），選擇單元串聯(lián)型高壓變頻器是較為合適的。它采用的是近幾年新出現(xiàn)的一種拓撲結構電路，所具有的優(yōu)點有：功率因素高、抗干擾能力強、諧波污染小、造價低、故障不停機等。

2.2主系統(tǒng)改造方案

QF為真空斷路器，QS1、QS2為高壓隔離刀閘，KM1、KM2、KM3為高壓真空接觸器。當高壓變頻器投入使用時，應先將真空斷路器QF閉合，再將高壓隔離刀閘QS1、QS2閉合，之后將高壓真空接觸器KM1、KM2閉合，斷開高壓真空接觸器KM3。當高壓變頻器發(fā)生故障時，高壓變頻器的控制保護系統(tǒng)將會自動斷開高壓真空接觸器KM1、KM2，同時閉合高壓真空接觸器KM3，使高壓電機從變頻狀態(tài)切換到工頻狀態(tài)下運行。而為了保證切換運行狀態(tài)時安全可靠，需要設計電氣互鎖功能，即KM1和KM2閉合時，KM3無法閉合；而當KM3閉合時，KM1和KM2不能再閉合。

2.3高壓變頻節(jié)能技術改造方案注意事項

1）高壓變頻器在接線時，一定要注意輸入端和輸出端的區(qū)別，不可接反，以免在風機使用時引發(fā)事故。2）準確計算轉子的臨界轉速，采取必要的技術保護措施，避免發(fā)生扭曲共振現(xiàn)象。3）安裝完畢后，檢查變頻器柜體是否做好了相關接地工作。4）將預充電電源技術運營與風機啟動模式中，避免全壓啟動對設備形成過大負荷。

3結束語

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關鍵詞： 高壓變頻器 功率單元 低損耗絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT） 脈沖寬度調(diào)制 脈沖幅度調(diào)制

一、引言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化企業(yè)的機器設備的自動化程度和精度越來越高，現(xiàn)代化企業(yè)的設備具有大型化、專業(yè)化、高速化、精密化、高智能自動化的特點，隨之而來的設備專業(yè)知識和維修技術的難度相應提高，攀鋼提釩煉鋼廠也是如此，尤其是高壓變頻技術在鋼廠的應用精度高、范圍廣，而點檢、維修的技術難度大。

二、提釩煉鋼廠高壓變頻器的應用范圍

提釩煉鋼廠采用了國內(nèi)外等七大公司的高壓變頻技術，包括北京利德華福電氣技術有限公司、日本東方日立、東方日立（成都）電控設備有限公司、美國羅克韋爾公司、美國羅賓康公司、法國阿爾斯通公司、深圳海力科，分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A（11臺）、DHVECTOL-DI03000/06B（1臺）、東方日立（2臺）、Power Flex7000(2臺)、NBH（1臺）、ALSPA MD2000（2臺）、ZINVERT-A9H500/10Y（2臺），主要用于攀鋼提釩煉鋼廠的大慣量除塵風機和水泵電機的控制。

三、轉爐高壓變頻器在提釩煉鋼廠使用中實際存在的問題

1、在轉爐區(qū)域應用范圍廣：

主要用于7座轉爐的一、二次除塵、脫硫Ⅰ-Ⅴ部除塵、老轉爐地下料倉除塵的大慣量風機。

2、影響范圍大：

影響7座轉爐和5部脫硫的生產(chǎn)及環(huán)保。

3、使用的廠家多，維修技術難度大：

包括北京利德華福電氣技術有限公司、日本東方日立、東方日立（成都）電控設備有限公司、美國羅克韋爾公司、美國羅賓康公司、法國阿爾斯通公司。

4、變頻器的規(guī)格型號功率差異大，通用性差，備件組織難度大：

分別使用的高壓變頻器有：HARSVERT-A06/300( 07017)3000KW（1臺）、HARSVERT-A06/170 1600KW（2臺）、HARSVERT-A06/410 4000KW（1臺）、HARSVERT-A06/220 1800KW（2臺）、HARSVERT-A06/300( 07180) 800KW（1臺）、DHVECTOL-DI03000/06B 3000KW（1臺）、I07D022 3000KW（2臺）、Power Flex7000 3500KW(2臺)、NBH 3500KW（1臺）、ALSPA MD2000 2040-690 2000KW（2臺）。

5、使用年限久，部分關鍵備件已經(jīng)更換多次，機旁儲備大部分是修復件：

轉爐區(qū)域的高壓變頻器大部分是在05、06年上線使用的，已經(jīng)更換過多次功率單元、主控板、電源模板等關鍵備件，線下的大部分是修復件。

6、部分進口高壓變頻器運行顯示界面是英文版本，這就要求點檢、維護人員具有一定的專業(yè)英語水平，而現(xiàn)有的點檢、維護人員的專業(yè)英語知識比較低，增加了設備點檢、維護人員診斷、處理故障的難度。

7、高壓變頻器的結構原理復雜，專業(yè)知識性強，內(nèi)部程序為廠家鎖定，而現(xiàn)有的點檢、維護人員的專業(yè)理論知識比較膚淺，只能處理簡單的故障，而對于復雜的故障，只能憑經(jīng)驗或束手無策，這樣增加了處理故障的時間。

8、高壓變頻器屬于在高強度的電壓下運行的設備，一般在6000伏以上，而現(xiàn)有的點檢、維護人員對高壓設備的性能了解甚少，這樣在檢修和維護時，存在著一定的安全風險。

四、認真學好高壓變頻器知識，研究高壓變頻器維修技術

1、了解并掌握變頻器原理以及基本知識

1.1什么是變頻器？

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能的控制裝置。

1.2變頻器的基本結構

變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

1.3變頻器的分類

變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

1.4 PWM和PAM的不同點是什么？

PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。

PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調(diào)制) 縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。

1.5電壓型與電流型有什么不同？

變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。

2、掌握高壓變頻器關鍵部件的系統(tǒng)原理及特點

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【關鍵詞】高壓變頻器；火電廠；吸風機

火電廠既是電能生產(chǎn)者，又是電能消費者，特別是拖動發(fā)電廠機、爐輔助設備如給水泵、射水泵、送風機、吸風機、排粉機等機械設備的電動機耗電量達到了廠用電的80%左右。在廠網(wǎng)分開，發(fā)電企業(yè)市場化程度加劇的背景下，必須通過高壓變頻器在火力發(fā)電廠風機、水泵類輔機的應用來實現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能改造，以提高火電廠的整體經(jīng)濟、社會效益。

1.工程概況

某火電廠兩臺125MW火力發(fā)電調(diào)峰型機組日常運行時大約為滿負荷的80%，通過人工擋板調(diào)節(jié)來實現(xiàn)機組輔機設備吸風機的出力調(diào)節(jié)。機組滿負荷運行時，由于引風機冗余功率較大，吸風機入口擋板開度約為60%。而機組調(diào)峰時，吸風機入口擋板開度約為40%，可見能力損失高，工作效率低。另外，采用擋風板進行風量控制引起的阻力損耗也造成廠用電率高，對機組的經(jīng)濟運行產(chǎn)生了不利影響。因此，為了適應廠網(wǎng)分開、竟價上網(wǎng)的電力體制，實現(xiàn)節(jié)能降耗大體趨勢，需將高壓變頻器調(diào)速裝置應用于吸風機。

2.高壓變頻器應用要求

基于吸風機的工作特點，變頻調(diào)速系統(tǒng)在應用時需要滿足以下主要要求：第一，要求變頻器工作可靠性高，能保證長期運行無故障。第二，要求變頻器有旁路運行功能，一旦出現(xiàn)故障，保證電動機能切換到工頻狀態(tài)持續(xù)運行。第三，調(diào)速范圍大，工作效率高，具有邏輯控制能力，可以自動按照吸風周期升降速。第四，設有共振點跳轉裝置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。

3.高壓變頻器應用技術分析

為了達到電氣節(jié)能和工藝優(yōu)化的目的，高壓變頻器應用過程中主要采取以下技術措施。

3.1 電力電纜選型要點及敷設要求

變頻器通過電纜將頻率改變后的電量輸送到電動機，因為各相電纜對地之間均存在電容，運行過程中電纜各相的對地電容電流是不相等的。尤其當變頻器與電動機之間連接的電纜較長，且電壓、電流分量中存在高次諧波電流時，發(fā)生單相接地短路時，電纜的故障相電容電流所點燃的電弧熄滅時間過長，使該段電纜發(fā)熱，從而造成非故障相絕緣破壞。在變頻調(diào)速改造工程中，考慮到電纜結構上的三相對稱性和屏蔽作用，可考慮適當增加電纜截面，敷設長度盡可能不超過限定值（100m），如果原有的電源電纜為非屏蔽或截面的載流量裕度小于2，應更換符合要求的電力電纜。考慮到電源電纜輸送的電壓、電流的高次諧波分量產(chǎn)生的磁場易干擾其他信號，現(xiàn)場敷設施工時盡量避免電源電纜與控制電纜和信號電纜同時敷設。

3.2 高壓變頻器工作環(huán)境及改進

由于高壓變頻器的逆變部分采用高壓IGBT等功率器件，其開、關頻率大于100Hz，易形成高次諧波電流，在工作時將產(chǎn)生一定的熱量。目前高壓變頻器其效率一般都可達到96%～98%，4%的功率損耗主要以熱量形式散失在運行環(huán)境當中。雖然在變頻器柜的頂部均配有排風扇，但只是將柜內(nèi)的熱量排放到室內(nèi)，造成室內(nèi)的環(huán)境溫度不斷升高，如果不能及時有效的解決變頻器室的工作環(huán)境溫度問題，將直接危及變頻器本體的運行安全；最終因為溫度過高，導致變頻器過熱保護動作跳閘。為提高設備的可靠性，保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，通過優(yōu)化散熱與通風方案，進行合理的設計與計算，實現(xiàn)設備散熱的高效。根據(jù)現(xiàn)場來說我們主要采用風道開放式冷卻和空調(diào)密閉冷卻這兩種方式。即給變頻調(diào)速裝置提供一個獨立的空間，室內(nèi)必須安裝備用空調(diào)設施，控制室內(nèi)環(huán)境溫度在變頻器所要求的范圍內(nèi)，同時設有通風門窗，必要時采用專門風道進行強制通風和冷卻。

3.3 高壓供電系統(tǒng)出口斷路器的控制

變頻調(diào)速裝置所用變壓器的高壓側要與高壓系統(tǒng)中的開關柜直接相連，但開關柜的保護范圍只是供電線路與變壓器低壓側的短路，而變頻器的故障應靠變頻器自身的檢側保護系統(tǒng)完成。當變頻器發(fā)生故障發(fā)出跳閘信號時，斷路器應可靠動作跳閘。然而，當變頻器出現(xiàn)故障（要求斷路器動作跳閘）時，普通斷路器高壓開關柜內(nèi)部恰好出現(xiàn)跳閘回路斷線或直流控制電源消失的情況，跳閘線圈已失電，斷路器拒絕動作，造成變頻器內(nèi)部的功率器件損壞。所以要選擇具備當跳閘回路斷線或控制電源消失時斷路器自動跳閘功能的欠壓脫扣線圈的斷路器，以保護變頻器的設備安全。

3.4 吸風機變頻調(diào)速的改造試驗

采用型號為HARSVEST-A06/130變頻器以及型號為Y1000-8/1180的電動機對高壓變頻系統(tǒng)進行相關的電氣試驗，對比變頻調(diào)速調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)兩種運行方式下的吸風機系統(tǒng)的電能損耗情況，監(jiān)控啟動時對母線和電動機的電沖擊情況，諧波對母線影響以及電動機軸電壓和電動機的振動情況，電壓不對稱度及效率等，以驗證高壓變頻器應用的可行性和有效性。

（1）通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)吸風機系統(tǒng)的能耗對比試驗，對該變頻調(diào)速改造項目進行節(jié)電量、投資回收年限等綜合經(jīng)濟評價。試驗結果表明機變頻調(diào)速調(diào)節(jié)比擋板調(diào)節(jié)減少較多的綜合輸入功率，輸入側功率因數(shù)由原來的0.7左右調(diào)高到0.97以上，每年通過電量節(jié)約可直接帶來約80萬元的直接經(jīng)濟效益。

（2）通過變頻器的輸出不對稱度及輸出波形試驗，得出該變頻器輸出電壓不對稱度符合標準要求，其輸出電壓和電流波形基本沒有畸變。

（3）通過變頻器效率試驗，得出本變頻裝置的整體效率在機組正常運行范圍內(nèi)為94%～96%左右，鑒于輸出功率越接近滿負荷效率越高，因此本試驗結果表明，該變頻器可以滿足其技術要求。

（4）通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波試驗得出發(fā)電機吸風機在使用變頻器調(diào)速裝置時，6kV母線的電壓總諧波畸變率從2.03%降低到1.14%，小于國家標準規(guī)定的限值4%。另外，電壓波動與閃變、三相電壓不平衡度基本沒有因變頻器的使用而產(chǎn)生變化，都符合相關國家標準。

（5）通過變頻調(diào)速啟動試驗得出變頻調(diào)速啟動比較平滑，對電網(wǎng)和電動機都沒有沖擊。

（6）通過變頻器對電動機軸電壓、振動和溫升的影響試驗得出電動機的軸電壓未因使用變頻器而發(fā)生明顯變化，電動機的振動明顯減小，電動機的溫升比未投運變頻器時略有降低。

4.結語

通過高壓變頻器應用后各種試驗分析，可以看出不僅保證整個系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行，還達到了節(jié)能降損目的，直接帶來經(jīng)濟效益，符合火電廠市場經(jīng)濟時展要求，有一定實際應用價值。

參考文獻

篇6

Abstract： In order to reduce malfunctions and maintenance time and prolong the service life of boiler induced draft fan motor， Hebei Lingda Environment-friendly Power Plant reforms the high-voltage frequency converter of boiler induced draft fan. This paper introduces the necessity and implementation programmes of high-voltage frequency conversion， and describes the effect of high-voltage frequency conversion reform， which is of guiding significance for high-voltage frequency converters in similar situations.

關鍵詞： 高壓變頻器；引風機；改造方案

Key words： high-voltage frequency converter；induced draft fan；improvement plan

中圖分類號：TN77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）29-0053-02

1 設備概況

目前我公司引風機電機規(guī)格為250KW 10000V YKK-450-2型.變頻器采用DFCVERT-MV高壓大功率變頻器，自投運以來出現(xiàn)運行不穩(wěn)定，故障率較高的狀況，故障類型主要分為控制系統(tǒng)故障和硬件系統(tǒng)故障兩類，控制系統(tǒng)方面主要有“單元系統(tǒng)通訊故障”，硬件方面主要有“單元缺相故障，旁通運行”、“單元直流過壓”、“單元直流欠壓”“單元系統(tǒng)通訊故障”由于是單機運行風險比較大，因此對變頻器運行的可靠性要求非常高，在此基礎上進行改造。

2 主控系統(tǒng)改造

2.1 改造目的

現(xiàn)有功率單元控制板故障率較高，經(jīng)常出現(xiàn)單元直流過壓問題就是控制板設置的保護定值漂移所致，究其原因是因為板件設置的電位器工作不穩(wěn)定，且沒有功率單元測溫功能，當冷卻風扇停運后跳高壓開關，穩(wěn)定性較差。

2.2 改造方案

2.2.1 更換硬件：主控板、光纖。

2.2.2 升級軟件：PLC軟件、觸摸屏、功率單元控制程序、296升級到7058配套軟件，功率單元控制板和觸摸屏修改軟件程序。

2.2.3 實施方案

①現(xiàn)有主控系統(tǒng)設備，包括主板及端子板、光通子板及母板、光纖拆除。

②升級現(xiàn)有功率單元控制板程序為122控制板。

③將原連接功率單元和光通子板的光纖，由一對一改接同級三單元串聯(lián)后連接主控板方式。

④根據(jù)硬件的變更，連接相應的二次連接線。

⑤對PLC軟件、觸摸屏、功率單元控制程序進行升級，并將主板程序由296升級到7058配套軟件。

2.3 改造前后效果對比

2.3.1 技術參數(shù)對比，如表1。

2.3.2 邏輯功能對比，如表2。

3 瞬時停電再啟動改造

3.1 改造目的

瞬停功能是指在主電源發(fā)生短時失電后，變頻器能夠不停機，當電源恢復時重新投入工作的功能，瞬停功能能夠滿足系統(tǒng)3～10秒的失電。

3.2 改造方案

①增加硬件：輸出PT、輸入變壓器、瞬停板、PLC擴展模塊；

②更新軟件：瞬停板配套軟件；

③實施方案：

1）當系統(tǒng)主電源消失后，瞬停檢測板通過輸入PT在10ms內(nèi)檢測到高壓失電，使變頻器進入瞬停狀態(tài)。2）當系統(tǒng)主電源重新來到時，瞬停板檢測到高壓信號后，使主控進入來電狀態(tài)，主控開始通過瞬停板檢測電機殘壓信號，并用適當?shù)碾妷汉皖l率重新帶動電機恢復到停電之前的狀態(tài)。3）系統(tǒng)示意圖：

3.3 改造前后效果對比

先前由于系統(tǒng)故障或廠用電系統(tǒng)方式切換時間超過100ms時，高壓變頻器跳高壓開關，引起鍋爐MFT停爐。改造后，可以實現(xiàn)高壓斷電不超過10s的情況下，高壓變頻器持續(xù)工作，自動跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率衰減情況，瞬停板檢測電機殘壓信號，并用適當?shù)碾妷汉皖l率重新帶動電機恢復到停電之前的狀態(tài)。

4 軟充電、低壓調(diào)試改造

4.1 改造目的

軟充電技術是將原有的功率單元高壓分布充電改為集中低壓充電，大大改善高壓上電過程中對功率單元內(nèi)部元器件的沖擊，降低了功率單元的故障率。

并可以實現(xiàn)低壓調(diào)試：在變頻器故障切至工頻工況下，可以將變頻器切至低壓調(diào)試模式，對變頻器進行故障處理，并上電進行調(diào)試，確定故障排除后，再將電機切至變頻運行，大大降低了故障處理時間。

4.2 改造方案

①增加硬件：兩組充電電阻（1歐、10歐各一組）、一個開關、兩個接觸器、配套電纜；

②實施方案：將所增加的硬件統(tǒng)一安裝在柜頂，改造示意圖如圖2。

4.3 改造前后效果對比

現(xiàn)有變頻器主電源上電是直接加在移相變壓器和變頻器功率單元上的，對功率單元內(nèi)部整流元件、IGBT和逆變元件均有很大的沖擊，導致降低元器件的使用壽命，增大故障率。改造后采用軟充電方式，可大大減緩對單元內(nèi)部各元件的沖擊，提高各元件的使用壽命和降低故障率。

低壓調(diào)試模式一改原來變頻器需要停運后才能故障檢測的模式，在變頻工頻運行狀態(tài)下，采用軟充電電壓對變頻器模擬上電，對設備進行檢查并通電試驗，提高設備的故障檢測效率。

5 工變自動切換改造

5.1 改造目的

工變切換是指在變頻器發(fā)生故障后，自動切換到工頻運行，在變頻器具備運行條件后，自動從工頻切換為變頻的功能，可以大大減少故障切換時間。

5.2 改造方案

①增加硬件：兩個旁通柜（內(nèi)部配置：一臺高壓真空斷路器、兩臺高壓接觸器、一臺過電壓吸收器、PT、配套電纜）。

②實施方案：變切工：正常運行時，QF1和KM1合，QF2斷開，當出現(xiàn)重故障或者人工給切換指令時，變頻器斷開QF1和KM1，經(jīng)過電機去磁時間后合上QF2，電機進入工頻運行狀態(tài)。工切變：人工給出切換指令，變頻器先合上QF1，變頻器進入預充電狀態(tài)，變頻器就緒以后自動運行并斷開QF2，當確認QF2斷開后合KM1，變頻器檢測電機的狀態(tài)，并以檢測到的轉速開始將電機帶回50Hz。改造后的系統(tǒng)圖如圖3。

不必停機檢修，從而滿足重要過程控制場合的實際需求。

6 結束語

經(jīng)過變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉速低，電流小且平穩(wěn)。實現(xiàn)了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉矩對電機、電纜、開關及機械設備的沖擊。不僅延長了電機等設備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。

參考文獻：

[1]劉志強，劉春曉，劉世雄.高壓變頻器在電廠鍋爐風機上的應用[J].神華科技，2010（03）.

[2]陳建行，劉茂山.高壓變頻器在壽光金太陽熱電廠輔機節(jié)能改造中的應用[J].變頻器世界，2010（12）.

[3]唐立滇.高壓變頻器在火力發(fā)電廠300MW機組引風機上的應用[J].變頻器世界，2008（05）.

篇7

關鍵詞：高壓變頻器；濾波原理；濾波特性

中圖分類號：TM464

1 引言

電力電子與芯片技術的發(fā)展促進了電氣轉動的技術革命，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。變頻器由可控硅整流，可控硅逆變等器件構成，缺點很多，諧波大，對電網(wǎng)和電機都有影響。近年迅速發(fā)展的新型功率器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等，由它們構成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。具有諧波小，功率因數(shù)也有較大程度的改善。

高壓變頻器屬投資類設備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。是電機節(jié)能系統(tǒng)中的關鍵裝置，在節(jié)能降耗中的作用極為明顯，已經(jīng)成為節(jié)能減排的重要利器。

其本身的發(fā)展將促進相關聯(lián)的電力電子、自動化控制、軟件開發(fā)、電機、風機、鑄造、冶煉、機械制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也將帶動下游應用領域包括石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等相關聯(lián)產(chǎn)業(yè)的技術進步與控制工藝水平的提高，提高生產(chǎn)工藝水平，降低生產(chǎn)成本，促進整個工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展。

因安裝高壓變頻器后能達成平均節(jié)電30%的效果，國內(nèi)高壓變頻器應用比率目前還不到30%，發(fā)達國家已達70%。在低碳經(jīng)濟環(huán)境下，以及節(jié)能減排政策的出臺，高壓變頻器迎來一個發(fā)展的黃金時期。近幾年市場出現(xiàn)了爆發(fā)性增長，平均年增長率超過40%。高壓變頻器作為電機節(jié)能的主要電力電子裝置，市場空間大，發(fā)展前景十分廣闊。

總體而言，國內(nèi)高壓變頻器的現(xiàn)狀是：（1）技術標準還有待規(guī)范；（2）相配套的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達；（3）生產(chǎn)工藝落后，勉強滿足變頻器產(chǎn)品的技術要求，但是價格低廉。（4）變頻器中使用的功率半導體，驅動電路，光纖等關鍵器件完全依賴進口。（5）與發(fā)達國家的技術差距在縮小，具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品正應用在國民經(jīng)濟中；（6）已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復、故障再恢復等功能的變頻器。

同時，應用高壓變頻器也存在一些副作用；變頻器的使用會給電力系統(tǒng)帶來一些諧波污染，高次諧波及殘留的共模電壓會引起有功無功損耗，電機熱損耗增加、電機噪聲和振動增大、產(chǎn)生漏電流引起保護動作，使軸承燒蝕、使電機端產(chǎn)生過電壓引起絕緣老化，從而影響電動機的壽命等。一個好的濾波器結構設計顯得非常重要。

2 濾波系統(tǒng)及其原理分析

2.1 濾波器結構及特點。電流源型變頻器可以依靠自身拓撲結構等特點，解決長期困擾的共模電壓這一難題。而在變頻器的使用過程中還存在諧波和無功這兩現(xiàn)象，在此可以通過使用濾波器來抑制諧波和補償無功損耗。濾波器具有不同頻率的濾波功能，所以對不同阻抗和相位角變化表現(xiàn)出不同影響，圖1所示為有源濾波器系統(tǒng)的示意圖。使用傅里葉變換法來對變頻器的脈沖調(diào)制電流進行分析，可以從空間矢量調(diào)制的頻率中提取出基波和諧波。在設計濾波器時要同時考慮輸入輸出特性，并要注重失真和位移兩大因素。最后也可以對設計的濾波裝置進行仿真演算，驗證結果的可靠性。

濾波器在使用過程中常見的三種響應模式，包括巴特沃斯響應（也稱為最平坦響應）、貝塞爾響應、切貝雪夫響應。“巴特沃斯響應”帶通濾波器在響應特性上比較舒緩，而“切比雪夫響應”帶通濾波器的衰減曲線非常陡峭。因此在選擇濾波器時要考慮在電網(wǎng)系統(tǒng)中哪種效應是可以允許的，哪種的穩(wěn)定性最好。不過“切比雪夫響應”濾波器對設備的響應不敏感，但它結合了供選擇性和駐波模式兩大優(yōu)勢，所以現(xiàn)在使用最廣泛的就是“切比雪夫響應”濾波器。

2.2 濾波器的原理簡介。濾波器的作用就是在電路系統(tǒng)中對信號進行處理，通常由有源和無源兩種濾波器。它的重要作用主要就是將有用的信號無損耗的輸出，同時濾除無用的信號。濾波器裝置通常具有輸入與輸出兩個端口，來進行信號的傳輸。使用選通濾波器可以將一群符合波形轉變?yōu)槟骋恢付l率的正弦波。

濾波電路簡單來說包括電感器和電容器兩部分，這樣可以有效分割交流和直流電。最簡單的濾波電路稱為L型濾波系統(tǒng)，只由一個電容器和一個電感器組成，所有復雜濾波器，都可以分解為幾個簡單的L型濾波。在一般的電路系統(tǒng)中更多的是使用L型及π型兩種濾波器。如果濾波器對某一頻率的選擇性較強，但對此截止頻率以外的其他頻率過濾不大，則將其稱作m常數(shù)濾波器。這里提到的截止頻率，就是指濾波器的諧振頻率。例如像帶阻濾波器等很多濾波器都是m型濾波器，在此m其實為一變量，可表示為截止頻率與衰減頻率的比值。m值的大小反應了濾波器阻抗和K常數(shù)的關系。m的取值一般在0～1之間，當取值靠近0時，截止頻率波峰變得更為尖銳，但倍頻的衰減率會隨之降低。共振臂的改變可以確定需要的截至頻率，Q值的變動也反應了其衰減率。當m取0.6時，濾波效果最佳。

3 變頻器的濾波特性

3.1 無變壓器電流型高壓變頻器的輸入濾波器相移功率因數(shù)。假設整流器的整體輸入功率因數(shù)為PF（overall）：它可以表示為：PF（overall）=PF（dist）*PF（displace），其中PF（dist）表示為失真功率因子，而PF（displace）代表相移功率。在脈寬調(diào)制的整流器設備中采用濾波器作為輸入端，雖然提升了失真功率因數(shù)，但降低了相移功率。所以就PF（overall）而言，應該調(diào)節(jié)好最佳的PF（displace）。

要提高三相整流電路的有功功率，就是要保持輸入端的電壓和電流取相同的數(shù)值，進而使得電流的開關序列和電容電壓同步變化。如圖2所示，其中阻尼和諧波不予考慮，經(jīng)過整流器的矢量調(diào)制后形成一相空間向量圖3。

然后分析電壓和電流的相位角關系，再計算按以下公式計算tanθ：

公式中， 代表基波電壓； 則是整流器的輸入端中的基波電流； 是濾波感抗； 表示的是濾波容抗。

從上面的關系式可以得到θ與I1的關系，經(jīng)過推算可以得出隨著I1的增大，相位角θ逐漸降低。根據(jù)PF（displace）來計算PF（claim），再推得 。

再推導整流器電路可以獲得的最大無功功率：

最后計算得到電容C的取值范圍的最大不超過該計算公式：

這里，額定相電壓用Uac表示，基波頻率用f1表示。

3.2 逆變器中濾波器的輸出特性研究。逆變器中使用的電壓可以是二相或者三相的，但其輸出電壓形狀一般是周期性的矩形脈沖。在此假設矩形脈沖的幅度為E，其輸出是兩個階躍信號的差值，參考以下公式：

在此，脈沖寬度用 表示。在分析濾波器的響應特性時，要使用迭加原理。為濾波器在 作用下形成的經(jīng)過s域計算的電路圖如圖4所示。

這里， 的拉普拉斯變換表示為 。電路的初始狀態(tài)表示如下：

，有：

當f2（t）作用在濾波器的輸出端時，形成的電流為：

在此，

而在f（t）=f1（t）-f2（t）作用下，濾波器的輸出電流為：

從公式中可以看出，要提高相電流 ，就應當減小 的值。也就是說增大 ，減小 。電動機在運行過程中會產(chǎn)生紋波，所以應該提高 的值。

4 結論

當前，我國很多工業(yè)領域，如：電力、鋼鐵、石油、石化、化工、水泥建材、礦山、市政等行業(yè)都大量使用到了高壓變頻器傳動裝置，而且從長期的發(fā)展來看，經(jīng)濟和社會效益較突出。隨著新型高耐壓、大功率電力電子元件的出現(xiàn)，也對變頻器的控制方法、精度和性能改善都提出了更高的要求。在此，本文研究的高壓變頻器中濾波器這一裝置的輸入輸出特性，并介紹了濾波原理，這對于以后電路中的濾波特性改善提供了有意義的參考價值。

參考文獻：

[1]姜艷姝，劉宇，徐殿國.PWM變頻器輸出共模電壓及其抑制技術的研究[J].中國電機工程學報，2005，9：47-53.

[2]王琳瑛.高壓變頻控制器的研究與設計[D].西安：西安科技大學，2009.

[3]徐甫榮，陳輝明.高壓變頻調(diào)速技術應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].自動化博覽，2008，S1：35-40.

[4]李維波，毛承雄，陸繼明.高壓變頻器輸出濾波器動態(tài)特性研究[J].高電壓技術，2002，28（12）：5-8.

[5]劉玉.變頻器的發(fā)展和應用[J].露天采礦技術，2009，1：39-41.

[6]虞海賢，蘇建徽，王其兵.無變壓器電流源型高壓變頻器濾波器設計[J].電氣傳動，2010，6：32-37.

[7]毛承雄，李維波，陸繼明.高壓變頻器共模電壓仿真研究[J].中國電機工程學報，2003，23（9）：57-62.

篇8

關鍵詞：變頻；節(jié)能；效率

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A

為促進電力使用中的節(jié)能降耗以及提高自動化和工藝水平，尤其是降低廠用電率提高機組的經(jīng)濟運行,通過對現(xiàn)場負載的變頻節(jié)能分析測算表明，進行變頻改造具有較顯著的經(jīng)濟效益。

發(fā)電廠中重要輔機有吸風機、送風機、凝結泵、循機循環(huán)泵等，是廠用電的耗電大戶，根據(jù)這些風機、水泵在發(fā)電廠的實際運行情況，存在設計裕量大、電機恒速運行、擋板調(diào)節(jié)流量損失大的缺點。因此，在實際應用中，對這些重要輔機進行變頻改造就具有極為重要的經(jīng)濟和社會意義。

1、概況

某電廠2×300MW機組發(fā)電機是上海電機廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機，采用封閉式自然循環(huán)通風系統(tǒng)。汽輪機是上海汽輪機廠生產(chǎn)N300―16.7/537/537亞臨界一次中間再熱雙缸兩排汽直間空冷凝汽式汽輪機，額定背壓均為14.6kpa 額定流量933.9t/h。

鍋爐采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG―1062/17.5―M894型鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，單爐膛、微負壓燃燒。鍋爐呈“∏”型布置。

某發(fā)電廠#1-#2機組的重要風機及泵參數(shù)列表如下：

2、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理：

2.1高壓變頻節(jié)能的基本理論

變頻器將三相工頻(50Hz)交流電源變成三項電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電源，有時又將變頻調(diào)速器叫做VVVF。主要用于交流電動機（異步電動機或同步電動機）轉速的調(diào)節(jié)。

各交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻調(diào)速器（驅動器）、交流電動機和控制器3個大部分組成。其中核心設備是變頻調(diào)速器，由它來實現(xiàn)電動機和頻率的平滑變化。交流電動機的同步轉速表達式為：

（2-1）

式中， n――轉速f――頻率s――轉差率p――極對數(shù)

由上式可知，轉速與頻率成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率在0~50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉速調(diào)節(jié)范圍非常寬。因此，在極對數(shù)p一定，轉差發(fā)生變化很小的情況下，轉速基本上與電源頻率f成正比。

現(xiàn)在電廠雖然已經(jīng)采用高效的水泵、風機，但是實際中水泵、風機的運行效率并不高，主要原因有兩個：

（1）運行點遠離最高效率點。

（2）光靠擋板（閥門）調(diào)節(jié)的水泵、風機調(diào)速性能差。

根據(jù)水泵、風機工作原理與運行曲線，我們可以得到圖2.1中的運行曲線，這條曲線配合水泵、風機在不同流量運行時的特性曲線（阻抗曲線）可以得到在未運用變頻調(diào)速情況下使用（閥門）調(diào)節(jié)控制流量。

圖2.1常規(guī)水泵閥門調(diào)節(jié)

常用的定速泵采用節(jié)流閥控制，將節(jié)流閥關小，泵的工作點由額定的A點變化到B點，流量減少而壓力增加，效率降低，由此而引起的電能損失也是相當可觀的。

當采用變頻調(diào)速裝置時，可以按流量需要升降電機轉速，改變水泵、風機的性能曲線，使水泵、風機的額定參數(shù)滿足工藝要求。變速前后流量，壓力、功率與轉速之間關系為：

（2-2） （2-3）（2-4）

、、―水泵在轉速時的流量、壓力、功率；

、、―水泵在轉速時的流量、壓力、功率；

圖2.2水泵變頻調(diào)節(jié)運行曲線

假如轉速降低一半，即：，則，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。從圖2.2可以看出：當轉速由降為時，水泵、風機的額定工作參數(shù)、、都降低了。但從效率曲線看，點的效率值與點的效率值基本是一樣的。也就是說當轉速降低時，額定工作參數(shù)相應降低，但效率不會降低，因此在滿足操作要求的前提下，水泵、風機仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

2.2 采用變頻器的優(yōu)點

1）變頻調(diào)速能節(jié)約原來損耗在擋板截流過程中的大量能量，減少了因頻繁調(diào)節(jié)而造成的閥門擋板損壞、管道磨損和經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，大大提高了經(jīng)濟效益。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高，是異步電動機的最為合理的調(diào)速方法。

由公式（2-1）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的轉速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點。

2）采用變頻調(diào)速后，可實現(xiàn)軟起動，對廠用電的沖擊和機械負載的沖擊都大大減小，同時延長了電動機和風機的壽命，相對于電動機直接工頻運行而言，功率因數(shù)大大改善，對低速電動機效果尤為明顯。實現(xiàn)變頻調(diào)速后，風機經(jīng)常在額定轉速以下運行，介質對風機葉輪和擋板的磨損，軸承的磨損，密封的損壞都大大降低，減少了維護工作量。

3）高壓變頻器與火電廠的DCS相連，可以實現(xiàn)高精度、寬范圍的無級調(diào)速，全面滿足各種復雜工藝的需要，提高生產(chǎn)效率和機組自動化水平。采用變頻調(diào)速后，可以很方便地構成閉環(huán)控制，進行自動調(diào)節(jié)，且線性度較好，動態(tài)響應快。

4）方便實現(xiàn)電機頻繁啟停，變頻器對網(wǎng)電壓波動有極強的適應能力，在10%~5%額定電壓范圍內(nèi)可滿載輸出。

5）具有旋轉負載啟動功能。當變頻器發(fā)生瞬間中斷時，變頻器可在電動機還在旋轉的情況下，重新將轉速跟蹤至啟動位置，恢復運行。

6）具有控制信號掉電保持功能。當控制信號4~20mA掉電后，變頻器能夠根據(jù)設定信號（一般為80%額定值）保持在一個恒定的位置。

7）變頻器滿載輸出時，電流諧波分量小于2%，符合國家供電部門對電壓失真和電流失真最嚴格的要求。對電動機沒有特殊的要求，可以沿用以往的普通異步電動機，電機不必降額使用。

3、方案設計及改造前后對比

3.1凝結水泵變頻改造概述：

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案采用采用一拖二方式，即兩臺電機配置一套變頻裝置，任何一臺電機都可工作在變頻運行狀態(tài)，且任何時刻也只有一臺電機工作在變頻運行狀態(tài)；或一臺泵先變頻運行而另一臺泵工頻備用，在變頻器或變頻運行的電機故障，另一臺備用工頻電機可以瞬間啟動，不影響機組的運行。一托二原理圖如右圖：

QF1,QF2為6KV進線開關，QS1～QS6為隔離刀閘。QS2與QS3、QS5與QS6之間有機械互鎖，確保工頻、變頻不同時輸出造成輸出短路。QS1與QS4之間有邏輯互鎖，避免兩段高壓電源有回流。

3.2不同負荷下變頻改造前后對比

項目

篇9

高壓變頻技術隔爆型三相異步電動機由定子、轉子、四軸承結構、強制風冷裝置、軸電流引出裝置、軸承液壓泵系統(tǒng)裝置等主要結構組成。電動機主體安裝在對旋風機主風筒的最里層，1臺對旋風機用2臺電動機(左右出線各1臺)。電動機的主要結構介紹如下:1)電動機定、轉子鐵心。鐵心用徑向通風道隔開，分段迭成。材料采用DW360硅鋼片，使電動機的效率、功率因數(shù)都有所提高。2)電動機定子繞組。定子線圈采用經(jīng)特殊絕緣處理的變頻電動機專用電磁線(耐電暈220級)———聚酰亞胺－氟樹脂復合薄膜繞包雙玻璃絲包銅扁線。電動機每相繞組埋有2支Pt100，共6支，分為2組，一組使用，一組備用，以模擬方式輸出信號，實現(xiàn)繞組的溫度保護。3)電動機轉子。轉子為鼠籠式結構。采用銅條焊接，與軸采用熱套配合，剛度好。軸由45號的圓鋼和Q235－A的筋板組焊而成，并經(jīng)嚴格的退后處理和時效振動處理。4)電動機的機座和軸承室。機座材料均采用了優(yōu)質碳素鋼Q235－A，并按工藝要求焊接完后，進行了有效的退火處理。機座采用圓機座，通過機座兩壁板上的通風管散熱，并且加強機座剛度。變頻電動機，由于諧波與磁路的問題，產(chǎn)生軸電流很大，軸電流又對軸承的危害很大，大大縮短軸承壽命。因此需要用絕緣軸承或將軸承室絕緣以達到對軸承絕緣。軸承室零件材料采用了鑄鋼ZG230－450。保證了零件的鋼性和加工性。5)冷卻方式。為了保證對旋風機在低轉速下有足夠的風量，電動機冷卻采用強制通風冷卻方式。強制通風用的冷卻電動機有良好的工作性能和耐用年限，該電動機采用雙法蘭不帶底腳強構，軸承采用了進口SKF軸承，并加裝了Pt100測溫傳感器。6)軸承裝置。電動機軸承軸伸端軸承采用一盤球面調(diào)心滾子軸承，非軸伸端軸承采用三軸承同心式組合結構，軸承全部采用進口SKF軸承。軸承方式采用液壓泵站強制。軸承室防護等級達到IP54。7)其它裝置。電動機設有空間加熱器，當電動機停機時，加熱器開始投入使用，保證電動機內(nèi)部溫度高出環(huán)境溫度5℃以上，以防止電動機在停機狀態(tài)下結露。為防止產(chǎn)生的軸電流對軸承形成電腐蝕作用，除采用絕緣軸承室外，還加設有軸電流引出裝置，軸電流引出裝置安裝在電動機軸承的非軸伸端外蓋上，并用防護罩做保護。

2高壓變頻技術隔爆型三相異步電動機的創(chuàng)新點

2．1絕緣軸承組結構應對電腐蝕

變頻技術與電動機在運行過程中會產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。傳統(tǒng)應對軸承電腐蝕的措施的主要方法有兩種:一是選用絕緣軸承;二是選用絕緣軸承室。但這兩種方法都存在一定問題。直接采購絕緣軸:一是價格昂貴;二是市場資源少，供貨周期長;三是電機的絕緣軸承在裝配與拆卸過程中，容易將外圈涂層和內(nèi)圈涂層拉壞，對軸承維護保養(yǎng)造成困難。如果采用絕緣軸承室，雖然它有價格不高的優(yōu)點，但在使用或維護過程中容易損壞。而且一旦損壞，需要返廠采用特殊工藝進行恢復。經(jīng)過多次實踐探索，一種新的絕緣軸承室被設計出來，它是在軸承的端蓋內(nèi)孔與軸承套之間夾絕緣層，首先將軸承套與絕緣層采用特殊工藝固化在一起，然后與軸承端蓋內(nèi)孔套起來，并在其端面用螺栓緊固。這種新型絕緣軸承室有價格不高、不易造成絕緣層損壞等優(yōu)點，解決了電機軸承絕緣的難題。

2．2四軸承結構解決軸承易損問題

五陽煤礦主通風機原有電動機的軸伸端是選用了1套NU系列的短圓柱滾子軸承和1套6系列深溝球軸承，非軸伸端是1套NU系列的短圓柱滾子軸承。在電動機運行過程中，其軸伸端短圓柱滾子軸承承受絕大部分葉輪與轉子重量，6系列的深溝球軸承承受來自葉輪的軸向力，非軸伸端軸承承受剩余一小部分轉子重量。礦用大功率通風機葉輪的重量最大可達3t，葉輪的軸向力也有10～30kN。而葉輪是靠電動機軸伸懸臂支撐，葉輪的重量和撓動力常常會造成電動機軸承發(fā)生撓曲變形。一般來講，深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，也承受一部分軸向載荷，但承受軸向力的能力比徑向力弱。因此，五陽煤礦原有電動機的軸承的受力狀況環(huán)境比較惡劣。其次，它的電動機采用脂進行軸承，其注排油難度非常大，經(jīng)常發(fā)生缺脂或注脂過量等問題，并且不容易及時發(fā)現(xiàn)，電動機軸承損壞率比較高。因此，設計出了一種新型的軸承組合———四軸承結構。四軸承結構原理如圖1所示。四軸承結構為:軸伸端是1套球面向心軸承，非軸伸端兩端為球面推力軸承、中間是1套球面向心軸承。軸承結構中的這4套軸承都具有調(diào)心功能，值得特別指出的是，非軸伸端的3套軸承有1個共同的球心，這樣在調(diào)心過程中就能步調(diào)一致。各軸承在運轉過程中，各司其職，配合完美，其軸伸端軸承承受大部分葉輪與轉子的重量，非軸伸端的球面向心軸承承受剩余部分的向力，前后兩套軸承分別承受正、反轉時的不同方向的軸向力。這套軸承的自動調(diào)心功能，很好地解決了傳統(tǒng)電動機存在的前后軸承的不同心問題、葉輪的重量和撓動力造成電動機軸承發(fā)生撓曲變形的問題。

2．3軸承采用稀油強制

傳統(tǒng)的三相交流電動機一般采用脂進行軸承，但脂使用時間過長后會失效。目前國內(nèi)普遍采用的是在軸承外蓋上增設排油管裝置，但由于沒有壓力，油脂一般很難排除，如果采用加新的油脂將廢油擠出來，會造成如下問題:①通過新油脂將廢油脂排除，勢必軸承內(nèi)要充滿油脂，這樣就將影響軸承散熱;②由于軸承內(nèi)蓋與轉軸有一定的間隙，有很多油脂會通過此間隙進入電動機內(nèi)部，覆蓋在定子線圈上，往往會導致定子繞組絕緣電阻降低，甚至造成擊穿。新設計的電動機軸承采用了稀油強制，如果要對軸承進行換油，打開排油口即可。軸承維護工作量也幾乎沒有。

3結語

篇10

關鍵詞刮板輸送機；高壓變頻器；應用

在刮板運輸機中用變頻技術替代傳統(tǒng)的調(diào)速型液力耦合器，通過直接將對輪聯(lián)接的方式，可以有效避免斷鏈保護停機、功率失衡等問題，在很大程度上提升設備機械效率。本文以山西焦煤霍州煤電集團辛置煤礦為例，介紹3.3kV電壓等級礦用隔爆高壓變頻器（型號BPJV1-2000/3.3）工作原理及其在實際運用中的運行數(shù)據(jù)控制，并對其在刮板輸送機中的應用功能特性進行分析。

1高壓變頻器系統(tǒng)簡介

3.3kV高壓變頻器系統(tǒng)主要由兩部分構成，即主回路、控制回路。主回路經(jīng)過移動變電站輸出電壓將分為兩路1903V，變頻器繼而對輸入電壓進行輸出控制，確保電動機的輸入電壓頻率控制在0~50Hz。控制回路主要為低壓控制設備，包括監(jiān)控中心、集中顯示臺、TK200控制器以及信號采集終端四部分構成。

2高壓變頻器系統(tǒng)主要技術特點

2.1主從功率平衡

高壓變頻器在刮板輸送機中應用的關鍵在于實現(xiàn)三臺電動機的負載均衡，確保主從功率平衡。主機變頻器可選擇速度控制方式，從接收到主機變頻器傳來的轉矩信號后，會根據(jù)一定的函數(shù)計算得出從機應輸出的轉速，從而避免主從機負荷失衡的問題。根據(jù)刮板輸送機電機的啟動順序，將機尾部變頻器設置為主機，另外兩臺機頭變頻器設為從機。3臺電動機功率動態(tài)平衡過程為：集中顯示臺將轉速信號傳給主機變頻器，機尾變頻器通過先導啟動，后將轉矩信號通過線傳輸給從機，從機將根據(jù)主機轉矩設定適宜的轉速。

2.2斷鏈停機保護

煤礦工作面推進過程中，由于工作環(huán)境比較復雜，刮板輸送機運行中常出現(xiàn)饋鏈、卡鏈甚至斷鏈的問題，對工作面正常開采造成嚴重影響。圖1所示為變頻系統(tǒng)監(jiān)測得到的刮板輸送機斷鏈瞬間3臺電機電流變化情況。分析得出，在刮板輸送機斷鏈瞬間，機尾電機電流變化曲線有四處明顯的起伏變化，最大下降幅度可達到70%。因此，通過電動機電流變化可以有效判斷刮板輸送機是否斷鏈，繼而采取停機保護措施，減輕對機器設備的進一步傷害。實際應用過程中應設置合理的斷鏈參數(shù)值與瞬態(tài)電流檢測時間，一般情況下瞬態(tài)電流下降率與電流檢測時間可設置為70%、10s，具體可根據(jù)機械設備參數(shù)進行調(diào)整。

2.3轉差率保護

刮板輸送機斷鏈瞬間，機尾電動機電流及轉速變化情況如圖2所示。辛置煤礦刮板輸送機采用的電動機為防爆型HXW95kW/V，額定電流A。如果刮板輸送機堵轉的情況下，其堵轉變流一般為倍額定電流，即A。此時，刮板輸送機的電動機轉矩運行就成為了恒功率運行，負載電流會持續(xù)升高，轉速則相應地會持續(xù)下降直至停轉。而變頻控制系統(tǒng)中有轉差率保護功能，如果電機轉差率及其持續(xù)時間超過設定數(shù)值，系統(tǒng)將會判定其出現(xiàn)斷鏈或刮板摩擦事故，系統(tǒng)將立即發(fā)生停機警報，并在一定時間后進行停機保護。

2.4轉矩保護

重載啟動也是煤礦刮板輸送機使用中經(jīng)常發(fā)生的事情，因此，煤礦刮板輸送機需具備較強的重載啟動能力。但如果刮板輸送機非重載啟動，此時若設置很大的轉矩上限，將會出現(xiàn)很多的不良現(xiàn)象，如卡鏈、饋鏈甚至斷鏈。所以變頻器啟動需要有給定的軟件設定輸出轉矩和輸出電流的2.2倍，正常運行階段可通過變頻器顯示器設置參數(shù)峰值。以辛置煤礦刮板輸送機變頻器開關的運行數(shù)據(jù)，目前，變頻器通過軟件設計，運行分析，設定不同情況下的轉矩和電流上限。通過軟件設計分析，應確保刮板輸送機在不良情況下重載啟動具有足夠的安全輸出轉矩和電流，一般情況下應確保變頻器在重載啟動過程中具備2.2倍額定輸出轉矩和電流的能力；在正常運行過程中，可通過變頻器顯示屏設置最大輸出轉矩與輸出電流。

3高壓變頻器參數(shù)及其冷卻方式

變頻器結構組成主要有5單元，包括整流、濾波、逆變、水冷和輸出端的低壓控制。為適應煤礦井下生產(chǎn)復雜的工作環(huán)境，刮板輸送機變頻器的動力電源輸入和負荷電纜的輸出都選擇快速電纜連接器，便于改變軟件參數(shù)實現(xiàn)機器的單機或聯(lián)機拖動。變頻器的控制方式有種，可根據(jù)工作需要選擇遠方遙控和近距離控制，如選擇直接轉矩控制，還可以實現(xiàn)倍額定啟動轉矩。

3.1拓撲結構

高壓變頻器的拓撲結構主要包括4部分，即整流單元、主回路可恢復快速短路保護、三電平逆變單元以及輸出正弦波濾波器，結構原理見圖3。（1）整流單元，內(nèi)部安裝有脈波整流器，控制脈波參數(shù)為12，這可使變頻器的電網(wǎng)結構處于相對封閉的環(huán)境內(nèi)，不受其他諧波干擾。同時，整流電壓是兩個整流器直流電源的疊加，這種設計方式的好處在于當機器運行出現(xiàn)故障時，不允許變頻器合閘充電。（2）主回路短路保護，主回路保護器件選擇功率半導體，可在非常短暫的時間內(nèi)（約25μs）有效隔離主電源與逆變器，工作可靠性高。（3）三電平控制方式能有效避免電動機輸出的高次諧波，其發(fā)揮作用的關鍵元件為與低通濾波器。（4）變頻器配置有低通濾波器，其能控制輸出電壓中諧波含量，增加輸出端與電機電纜允許拖拽長度，最長可達到3000m。

3.2變頻器參數(shù)設置

變頻器采用水冷方式，輸入?yún)?shù)如表1所示。變頻器的輸出電壓與電流分別為0~3.3kV、0~290A，輸出頻率為5Hz。變頻器的12脈沖整流電源由三繞組變壓器提供，輸出電壓V，變壓器副邊繞組相位差°。

3.3冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)結構如圖4所示。內(nèi)部水冷卻媒介采用去離子水，將去離子水加入到散熱管路之中，并設置水泵為去離子水提供循環(huán)動力。外部冷卻結構位于變頻器殼體內(nèi)，通過循環(huán)將內(nèi)部多余的熱量帶走，從而達到降溫的目的。外部冷卻水循環(huán)結構需要安裝手動球閥、過濾器、電動球閥以及其他配套設備，電動球閥控制通過內(nèi)部來實現(xiàn)。

4結語

3.3kV電壓等級礦用隔爆高壓變頻器在山西焦煤霍州煤電集團辛置煤礦使用后，工作面已推進近1000m，平均日產(chǎn)煤較之前有明顯提高。同時，刮板輸送機在應用高壓變頻技術后，機器故障率降低明顯，工作性能可靠，適合在煤礦自動化生產(chǎn)中進一步推廣。

【參考書目】

［1］郭建山.變頻調(diào)速技術在煤礦刮板輸送機中的應用[J].機械管理開發(fā),2015(6):131-133.

［2］孫晉宇.高壓變頻技術在煤礦大型主井膠帶輸送機中的應用[J].同煤科技,2006(4):8-9+11.

［3］張純，沈宜敏，張純憲．BPJV－1400/3.3礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器的研制及應用[J]．煤礦機電，2013(2):16-19.

［4］胡潘.淺談礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器在常村煤礦的應用[J].煤,2016(6):55-56.