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关于大功率变频器在水泥厂的应用

* 发表时间 : 2019-03-21 * 浏览 : 271
水泥企业一些大功率设备也开始采用变频调速,应用变频器的设备日益增多,如:高温风机、离心风机、水泵、圆盘给料机、螺旋输

送机、粉碎机、皮带输送机及排风扇等,用大功率变频器取代传统的液力耦合器对高温风机、直流装置对回转窑的调速,及阀门对大

型风机风量的调节。应用后不但节省了电费支出,并提高了产品质量,增加了使用上的灵活性,对不同工艺要求适应性更强。尤其对

风机的变频改造后,改变了过去以改变开度方式来调节风压或风量的传统生产模式,劳动强度减轻,调节控制的准确性好,提高了产

品的合格率,节电效果可达30%-60%。但大功率变频技术(尤其是高压变频)正在发展中,到目前为止还没有像低压变频器那样有近

乎统一的拓扑结构,工程技术人员对其认识也在逐步成熟中。为了技术经济合理地使用好大功率变频装置,下面将对其控制方式、技

术性能及适用的工况进行系统分析,并就其在水泥厂的使用、选配和应注意的问题进行阐述。

1 大功率变频器结构形式

大功率变频器按主回路拓扑结构可分为“高-低-高”式变频器、“高-低”式变频器、“高-高”式变频器。“高-高”式又分为电流型、中性点

钳位的三电平电压型和单元串联多电平电压型。其中:“高-低-高”式变频器,由于两侧均需大型变压器,损耗高,变频系统启动时负

载能力将下降,谐波较大等缺点,使其发展受到限制。 “高-高”电流型变频器,一般为两电平结构,电动机承受的du/dt较大,且需均

压和缓冲电路,技术复杂,器件较多,装置体积大,调整和维修都比较困难,功率因数较低,并随负载变化而变化,不好补偿,输

出谐波和共模电压对电机的影响等问题,电机需降额使用和加强绝缘。其优点是不需外加电路就可将负载的再生能量回馈电网。目

前,主要应用于超大功率场合。

由于上述所叙原因,目前,水泥厂在大功率变频器选用上,较少采用“高-低-高”式和高压电流型变频器,一般采用“高-低”式、

三电平电压型和多电平电压型变频器。

(1) “高-低”式结构中变频器为低压,电源输入侧采用变压器将高压变为低压。由于采用低压变频器,变频器的容量受到限

制,电动机需采用专门的变频低压电机,其电压等级一般为690V,水泥厂800KW以下的设备采用这种结构形式较多。但该类型

变频器一旦故障,电机不能投入工频电网运行,且产生的谐波较高。

(2)中性点钳位的三电平电压型变频器。其整流电路常采用12脉冲或24脉冲二极管整流结构,逆变部分采用IGBT或IGCT

,在逆变器部分采用钳位电路,解决了功率器件的串联的问题,并使相电压输出具有三个电平。该变频器的主回路结构环节少,

与二电平结构相比,其逆变器件承受的电压降低,输出电压波形也有较大的改善。 三电平电压型变频器效率较高,动态性能较好

,过载能力较强。其不足是虽然通过网侧配置,可实现12或24脉冲整流,减少网侧谐波,但du/dt仍较大,电动机电流总谐波仍可

达17%以上,所以一般需配特殊电机,若要使用普通电机,必须附加输出滤波器。另外,其现在最高输出电压只能做到4.16 KV

,采用这种变频器,必须采用变通的方法,改变电机的电压或在输出侧加升压变压器,这是制约其使用的最大问题。

(3)单元串联多电平电压型变频器。其采用多个低压PWM变频单元串联的方式实现直接高压 ,电网电压经过隔离变压器降压

后给功率单元供电 ,单相变频功率单元在输出端串联起来 ,实现变压变频的高压输出 ,直供高压电动机。

这种变频器输入侧变压器采用多相移位技术,输出侧采用多电平正弦PWM技术,谐波较低,在无输出滤波器的情况下,就可

使THD<1%,其单元串联的数量决定输出电压的等级,所以它可适用于任何普通的高压电动机。虽然采用这种结构会使器件的数< p="">

量增加,但由于驱动功率下降,开关频率较低且不必采用均压电路,系统的效率仍可达97%,功率因数可达0.95以上。另外,在

某个功率单元出现故障时,可自动退出系统,而其余的功率单元可继续保持电机的运行,减少停机时造成的损失,便于冗余设计

,技术上较成熟。

其缺点是只能单象限运行,不能进行旁路切换,不能实现无熔断器设计,器件的数量多,体积大,可靠性差。并且变压器必

须和变频器集成在一起,使电气室的空间和散热成为问题。

由于其他高压变频器受技术条件的局限,目前,在通用型高压变频器领域单元串联多电平变频器仍占绝对优势。

2  大功率变频器在水泥厂的使用

2.1 水泥厂大功率变器类型的选择

水泥厂需要变频调速的大功率设备,主要是高温风机、回转窑、立磨循环风机、窑头余风风机及窑尾排风机等设备,这些设备

功率一般在200KW以上,如按正常选型,一般采用电压等级为6KV或10KV中压电机,当采用变频调速时应按下列方法匹配较为

合适。

回转窑、窑头余风风机及窑尾排风机等设备一般功率在800KW以下, 如果调速采用中压等级的变频器,在技术和经济上是不

太合理的,因为电压的升高,变频器的加工难度和造价都将大幅度增加。对这部分设备,应采用“高—低”式结构进行变频调速。

即选择690V(>300KW电机)或380V低压电机,变频器选用低压变频器。这样变频器即使加上电机的成套费用,比采用高压

变频方式还要低,而且技术成熟、维修使用方便,变频器选择范围也较大。

采用“高—低”结构,应注意谐波问题。因为低压变频器一般为6脉冲结构,其谐波较高,可达40%以上,为防谐波对电机及

设备的危害,应选择专用变频电机,如功率较大时,应考虑采用滤波装置及谐波抑制措施。
 
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