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            水电站运行——变频器

            发布时间: 2016-07-09 13:51:42   作者:无   来源:

             

            第一部分:概述
            第二部分:技术原理
            第三部分:国内应用和发展
            第四部分:国外应用和发展
            第五部分:供应商信息
            第六部分:大玩家彩票网址经典案例
            第七部分:参考文献
            概述
            变频器是利用电力半导体器件的通断将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交--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。
            变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段,降低电机转速可得到立方级的节能效果。
            为漏油泵、渗漏排水泵等频繁启动的电机加装变频器可达到水电站的节能。
             
            技术原理
            一般的泵控制为交流电机工作在工频,按额定转速转动,水量的大小由一个阀门来控制,如果要求水量很小的情况下就使对应的风道阀门关小,这样水量很小的时候电机仍然工作在额定功率。
            采用变频调节,调节变频器输出给电机的频率,降低电机转速来控制水,即使将变频器使用的损耗包括在内也同样省电。采用变频调节,调节变频器输出给电机的频率,降低电机转速来控制风量,即使将变频器使用的损耗包括在内也同样省电。例如:水泵消耗功率与转速的三次方成正比,即P = Kn3,其中P为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为比例系数。变频调速和智能控制技术,可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化,最终达到节能的目的。
            变频调速的特点是效率高,没有因调速带来的附加转差损耗,调速的范围大、精度高、无级调速。容易实现直辖市控制和闭环控制,由于可以利用原鼠笼式电动机,所以特别适合于对旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点,又能达到节电的显著效果。
             
            国内发展和应用现状
            自上世纪80年代被引进中国以来,变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备,得到了快速发展和广泛的应用。在2003年的中国电力消耗中,60-70%为动力电,而在总容量为5.8亿千瓦的电动机总容量中,只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析,在中国,带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施,并着重推荐了变频调速技术。
            国内已经有较多的变频器生产厂,但大部分的产品都是V/F控制和电压空间矢量控制变频器,使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应该没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载,变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性,国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。V/F控制和电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单得多,由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产,工艺欠佳,检测手段有限,品质的一致性和稳定性难以保证。同样是V/F控制的变频器,国外的产品比国内的产品品质要好,这可能是生产工艺方面的差距。差距最大的是半导体功率器件的制造业,至今在国内这仍是一个空白。
             
            国外发展和应用现状
            从半导体器件看,国外变频器的发展是随着逆变器件的发展而发展的。开始用晶闸管。它的缺点为调制频率低、控制复杂、效率低、容量大、电压高。以后全控器件GTO晶闸管和BJT 逐渐代替了晶闸管。但GTO晶闸管的关断电流增益太小,过电流保护比较困难,调制频率低。用BJT组装的直流斩波器和PWM变频器虽然效果可以,但输出电压低,容量也不大(不超过460V400kW)。
            随着半导体技术的发展,新一代的电力电子器件IGBT问世,它是大功率的场效应管,即大功率的MOS驱动BJT,优点是容量和电压都提高了。目前IGBT已发展到第四代,国外正在将微电子的生产工艺向电力电子转移,产生了专用集成电路(SPIC),如:把IGBT的驱动电路和保护电路复合在一起的智能器件叫IPM,也有的把开关电源复合在一起的IPMIntelligent Power Module),使变频器更加可靠,这已经成为调速的主导产品,并且逐渐将取代直流调速。本世纪是数字信息时代,在电动机的传动技术上将是交流调速的时代,特别是第四代IGBT的问世,其集电极与射极间的饱和电压大大降低,从而使变频器主电路的损耗大大降低,变频器的制造技术不断成熟,日趋模块化、多功能化、数字化、网络化,是交流电机调速的首选方案(见表1)。变频器从功率看,已从小功率发展到大功率,最大做到5000kW;从电压看,已从400V发展到10kV。从整机看,从通用型发展到专业型,如重负载转矩型、四象型、矢量型;从集成度看,从大规模集成发展到超大规模集成。
             
            供应商信息
            SEW公司的OEM化产品MovitracLT
            AB公司的PF系列变频器
            日本三垦、富士变频器
            西安电力电子技术研究所电流型变频器
            天津电气传动研究所电压型变频器
            还有三菱、东芝、安川、明电舍、日立、春日、松下、东洋、AB、罗宾康、通用、KB、摩托托尼、西门子、伦茨、ABB、丹佛斯、西技来克、阿尔斯通、施耐德、安萨尔多、SEW、住友、三木、CTVACONKEBRELIANCETE、伊林、欧陆、三星、LG、天传、西电子等八十多个品牌。其中在中国建立合资厂的有:富士(无锡)、ABB(北京)、西门子(天津)、三垦(江阴)。可喜的是,中国涌现不少变频器生产厂家,除台湾外,如安圣、佳灵、利德华福等。
             
            经典案例
            我厂现有在线SUPER9卷接设备8台套,其中部分机型使用了比较落后的国外某品牌变频器,由于技术落后,配件缺乏,使用年限长等原因,已逐步显现出故障突发和高发的现状,为了使设备长效运行,保证年度生产任务的顺利完成,我部于2004年年底提出丁2005年度新型变频器替换技术改造项目,以期避免突发性故障而无法更换修理的现状。
            在去年7月份,我厂的7#SUPER9卷烟机变频器突然损坏,所使用的某品牌变频器由于型号较老,已经没有同型号的配件供给,导致生产只能停下来等待配件更换修理,为此部门通过紧急讨论,认为:一方面将损坏变频器送出修理,但考虑到变频器主板已经有局部烧毁的情况,修复的可能性已经很小,等待修复使用只可能是冒险;所以我们在采取第一个方案的同时,积极通过厂设备部门帮助寻找可替换的新型变频器进行替换改造。在厂设备部门的协助下。按照设备安装空间及技术参数等条件的要求,通过对市场主要变频器品牌进行比较后.我们认为艾默生EV2000-4T0150G能满足我们提出的要求,我们利用半个工作日的时间,对原设备的电气接口进行分析,成功地用艾默生EEV2000-4T0150G对原变频器进行了替换改造,及时地恢复了生产。
            1基本工作原理
            SUPER9卷烟机组生产能力为每分钟6500--6800支,SUPER9卷烟机组的卷烟和接嘴两部分由一台15kW的变频器对同功率的三相交流异步电机实现点动、起动、拼接及全速的无级调速驱动功能。要求变频器驱动的速度跟踪精度不是很高。
            原理框图见图1
             
            SUPER9卷烟机的单板机输出通道OUTPORT75连接继电器15K2的线圈,15K2的常开触点连接变频器的使能端和公共端;功能板SA275056的速度指令输出端连接变频器模拟量速度指令输入端;变频器的故障信号端连接功能板SA275056的板载继电器线圈,其常开触点一端连接0V(15V),另一端连接单板机输入通道IN PORT36,监测变频器工作情况;变频器故障复位开关IA2S3连接变频器的复位端。
            如果设备一旦起动。单扳机输出通道OUTPORT75将发出一个变频器使能指令,使继电器15K2线圈得电,其常开触点吸合。变频器将得到一个由其公共端送来的信号,触发使能;同时,单扳机将根据设备运行的要求向功能板SA275056发出不同的开关量速度信号,功能板SA27505将对这些不同的开关量信号进行隔离转换成对应的模拟量信号送给变频器速度指令输入端;在变频器没有故障的情况下,变频器按照指令要求驱动电机运转。
            2改造过程
            21硬件部分
            按照原设备设计的原理,我们着手对艾默生EV2000—4T0150G的接口进行丁以下分析。
            1)使能端
            艾默生Ev2000-4T0150G提供了FWD(正转)REW(反转),我们可以直接选择这两个端子中的一个作为使能指令的输入,通过实践,我们采用PEW(反转)端,正好符合电机运转方向。当然,要调整电机的运转方向还可以对变频器输出端的其中任意两相进行对调,也可以利用定义端子参数实现。方法很多,我们采用最简便的方法实现就行了。
            2)速度指令输入端
            由于设备的功能板SA275056发出的速度指令是0~10V的标准信号.我们将这个信号连接到VCI(模拟量输入端子),信号地接GND端子。
            3)故障报警端
            艾默生EV2000-4T0150G提供了故障报警的常开、常闭两组端子,我们选择TATB两个端子作为连接。
            4)故障复位端
            艾默生EV20000-4T0150G提供了丰富的自定义端子,我们选择了X2作为故障复位端,连接复位开关1A2S3
            整个替换改造的电路图见图2
            22参数设置
            硬件连接完成后,必须配合设置正确的变频器参数,才能使变频器正确工作。以下是我们调试后确定的参数,仅供参考。
            F000频率给定通道选择:③VCI模拟给定;
            F003运行命令通道选择:①端子运行命令通道(LED)
            F005最大输出频率:(100Hz)根据实际情况调整;
            F010加速时间:(5 s)根据实际情况调整;
            F01l减速时间:(6 s)根据实际情况调整;
            F012上限频率:(100 Hz)根据实际情况调整;
            F106曲线1最大给定:(100)根据实际情况调整;
            F107曲线1最大给定频率:(100Hz)根据实际情况调整;
            F208停机方式:①自由停机;
            F70l多功能输入端子X2功能选择:⑧外部复位(RESET)输入。
            FP00设定为0000时无参数密码保护。
            3结语
            7#SUPER9卷烟机变频器替换改造后已经使用了9个多月,其工作稳定、体积小、易维护、易调试等优点已经得到了我部电气维修人员的肯定。随着这台设备的成功改造,也为我们积累了成功的改造方案经验.结合目前我厂SUPER9所使用的变频器的现状,我们将积极向厂设备部门提出替换配件和改造方案申报工作,保证设备的长效运行。
             
            参考文献
            [1] 庞宝良,邱锦川,韩菊娣. 交流变频器在煤矿井下应用的现状及其前景[J].煤炭科学技术,20033110):54-56.
            [2] 林锋. 艾默生EV2000变颇器在SUPER9卷烟机中的替换运用[A]. 2006首届中国变频技术应用暨企业家论坛论文集[C.西安:2006.153-157.