AS800系列高压变频器在密炼机上的应用

AS800系列高压变频器在密炼机上的应用 AS800系列高压变频器在 密炼机上的应用 1 1 2 2 3 3 3严彩忠 ，宋吉波 ，许前翔 ，陈中元 ，阙涛 ，黄联富 ，陈永 (1.上海辛格林纳新时达电机有限公司，上海 201801; 2.上海新时达机电科技有限公司，上海 201802; 3.双钱集团股份有限公司，上海 200002) 摘要: 针对当前密炼机大功率电机调速 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的现状，通过与直流系统、低压交流变频系统的对比，在满足密炼机负载要求 和动态特性的同时，提出高压变频器驱动方案，采用闭环控制方法，并成功应用于密炼机电控系统中，具有调速方便、谐波 小、功率因数高、能耗低等优点。 关键词: 高压变频器;闭环控制;密炼机;交流变频;直流驱动;谐波;移相变压器 中图分类号: 文章编号: TQ330.493 1009-797X(201 1)10-0038-06 DOI:10.3969/J.ISSN.1009-797X.201 1.10.007 文献标识码: B 随着轮胎行业对节能与效率方面各种高标 ——准的提出，对耗能大户密炼机的性能和能耗 提出了更高的要求，已经不满足于直流调速系 统现状，更方便维护、更节能安全的交流变频 系统越来越受到密炼机用户的青睐。 传统交流变频系统 1 近年来，不少用户已经在密炼机上尝试使 用交流变频系统取代直流调速系统，大致有以 下三种: 本文作者严彩忠 1 ( )低压矢量变频器带低压交流电机，如 1 图所示; 密炼机是轮胎行业炼胶生产中一种对过载 2 ( )多脉冲整流的低压矢量变频器带低压 和稳速精度要求较高的重要设备。目前的密炼 机电机驱动中，主要以直流调速系统为主。但 370 L 及以上容量的密炼机需采用两套直流系 统并行驱动，本来直流电机在炭黑环境中工作 如果维护不及时很容易影响其绝缘性能，从而 导致故障率增高，这样无形中又增加了一套用 户直流电机的维护量;另外电网电源和直流装 图1 常规低压变频系统 置的电源等级不一致，需要用户自配一台变压 作者简介:严彩忠(1981-)，男，毕业于南京工业大 器;对于电网要求严格的用户还需要自备功率 学，硕士学位，现从事工业控制与机电一体化控制工作，已 补偿及滤波装置。 发表论文10余篇。 收稿日期:2011-08-11 严彩忠 等?AS800系列高压变频器在密炼机上的应用 交流电机，如图2 所示; 3 ( )高-低-高方式，用低压矢量变频器 3 带高压交流电机，如图所示。 图3 采用高-低-高的变频系统 1 380V/660V 图 中，采用通用的低压( ) 矢量变频器来驱动低压密炼电机，需要降压变 率低、谐波大、功率因数低、低频时能量传输 >30% 压器，谐波大(电流畸变率)、功率因数 困难等。 低，对于电网要求严格的用户需要自备功率补 偿及滤波装置，优点是低压变频技术成熟，产 各种驱动方式能耗分析 2 品稳定，可靠性高，可采用国产变频器。 8 0 0 ~假设一个密炼机系统电机运行在 2 (12/18/24 ) 图中，采用多脉冲整流的低压 1 000 r/min 1 500 kW ，轴功率，那么针对直流 660 V ()矢量变频器来驱动低压密炼电机。需 系统和交流系统，可以选择以下三种电机: 要移相降压变压器，低压电机电流大，但谐波 1 1 500 kW 690 V ()低压交流电机:，， <10% 较小(电流畸变率)，功率因数高。可多 6 980 r/min 88% 0.95 极，，效率，功率因数。 脉冲整流的变频器需要进口，交货期长，维护 2 1 500 kW 750 V ( )直流电机 : ， ， 和备件不方便、投资成本大大提高。 1 000 r/min 94% 0.77~0.96 ，效率，功率因数。 3 1 500 kW 6 kV ( )高压交流电机: ， 10 kV 6 980 r/min 96% (或)，极，效率，功率 0.95 因数。 假设密炼机的平均运行负载为额定负载的 50% 。 图2 采用多脉冲整流的低压变频系统 损耗对比 2.1 直流驱动器、低压交流变频、高压交流变 图 3 中，将输入高压经降压变压器变成低电 660 V 压( )，然后用低压矢量变频器进行变 频三种驱动方式电能损耗对比见表1 。频，再由升压变压器将电压变回高压。该种变 365 ×80% 设:密炼机年实际运行时间为 天 频装置的优点是可利用现有的低压变频技术来 292 (天)，则: 实现高压变频，易于实现;其缺点是使用了降 1 ( )直流驱动器系统年损耗电量 2 压和升压台变压器，系统体积大、成本高、效 =126.5×24×292=886 512 kW?h 。 表1 三种驱动方式电能损耗对比表 A.直流驱动器系统 B.低压交流变频系统 C.高压交流变频系统 方案 电机效率η :94%电机效率η :88%电机效率η :96%111 电机损耗L 1 效率损耗P =1 500×50%×6%=45 kW 效率损耗P =1 500×50%×12%=90 kW 效率损耗P =1 500×50%×4%=30 kW 111P =P ×50%×(1-η ) 1 1 n磁场功率P :10 kW 无磁场损耗P :0 kW 无磁场损耗P :0 kW 2 2 2 L =P +P 1 1 2 L =55 kW L =90 kW L =30 kW 1 1 1 222电缆损耗L 电缆规格:YJV/240mm×3 电缆规格:YJV/240mm×3 电缆规格:YJV/70mm×3 2 L =(I?ρL/S)3 平均电流: 1 000 A(额定电流2 000 A) 平均电流:1 000 A(额定电流2 000 A ×)平均电流:100A(额定电流250A) 2×3= L =(I?ρL/S)×3= L =(I?ρL/S)×3= L =(I?ρL/S)线缆长度:100 m 222ρ=0.0175 Ω?mm?/1m 1 000?×0.017 5×100/(240×3)×3=7.3 kW 1 000?×0.017 5×100/(240×3)×3=7.3 kW (100?×0.0175/70)×100×3=0.75 kW 变压器损耗L 3 变压器效率η :95% 变压器效率η :95%无变压器2 2L =P ×50%×(1-η )×(10/9) 3 n 2 L :无L =1 500×50%×5%×(10/9)=41.7 kW 3 3 3 驱动器损耗L 驱动器效率η :97% 驱动器效率η :97% 驱动器效率η :97% 4 3 3 3 L =P ×50%×(1-η ) L =1 500×50%×3%=22.5 kW L =2 000×50%×3%=30 kW L =2 000 kW×50%×3%=30 kW 4 n 3 4 4 4 总损耗 L =22.5+55+7.3+41.7=126.5 kWL =30+90+7.3+41.7=169 kWL =30+30+0.75=60.75 kWaaa L = L +L +L +L a 1 2 3 4 降损-65.75 kW / +42.5 kW (以直流驱动器系统为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ) 卷第年?39 ? 2011 37 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT ( 2 )低压交流变频系统年损耗电量 电网质量对比 2.2 kW?h =169×24×292=1 184 352 。 直流驱动器、低压交流变频、高压交流变 3 ( )高压交流变频系统年损耗电量 2 频三种驱动方式对电网质量的影响对比见表。 =60.75×24×292=460 818.5 kW?h 。 维护维修费用 2.3 由此可知，高压交流变频系统比直流驱动 直流驱动器、低压交流变频、高压交流变 425 693.5 kW?h 器系统年节能 ，较低压交流变 频三种驱动方式维修费用对比见表3 。723 533.5 kW?h 频系统年节能。 表2 三种驱动方式对电网质量的影响对比表 A. B. C. 直流驱动器系统低压交流变频系统高压交流变频系统方案 6脉冲整流 脉冲整流 6:30或36脉冲整流 6 kV 12脉冲整流(需加进线移相 12脉冲整流(需加进线移相 整流脉冲数10 kV:54或60脉冲整流 变压器及平衡电抗)变压器及平衡电抗)12%以上(6脉冲>30%) 12%以上(6脉冲>30%) 谐波分量(95%负载) :2%以下 6 kV:3%以下;10 kV15%15%以上 以上 谐波分量(50%负载) 6 kV:5%以下;10 kV:3%以下 0.95(>20%负载) 0.85 0.94 功率因数 表3 三种驱动方式维修费用对比表 A.直流驱动器系统 B.低压交流变频系统 C.高压交流变频系统 方案 有电刷，需定期维护;对空气湿度要求高; 谐波分量大，功率因数低，电机发热高， 谐波分量小，功率因数高，电机寿命长， 电机 故障频率高;对维修人员的技术要求高定子线圈容易老化无需日常维护当功率单元损坏，必须停机检修 需定当功率单元损坏，必须停机检修 需定当功率单元损坏，不停机、不降额使用 驱动器0.5~1年/次 发热0.5~1年/次 发热 期维护保养检测，一般期维护保养检测，一般无变压器 大容易老化，更新时间短;大容易老化，更新时间短;电流小发热量小，使用寿命长; 电缆电缆接头接触电流大，容易损坏电缆接头接触电流大，容易损坏 电缆接头接触电流小，不易损坏 完成。AS800 密炼机专用高压变频器 3 我司经过潜心研发和反复实践，针对密炼 AS800 的特点 3.2 AS800 系列高压变频器是针对密炼机工艺 机的重载和周期性负载的特性，研发生产了 研发的专用高压变频器，且具有以下特点。 AS800 系列密炼机专用高压变频器，直接驱动 高压电机，无需另配变压器。具有过载能力 闭环控制 3.2.1 强、对电网谐波污染小、输入功率因数高、不 采用带编码器(增量型)的闭环控制，精 必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置的 度高、动态响应快，性能可以与直流调速系统 优点;输出波形好，不存在由谐波引起的电动 相媲美。 d v /d t 机附加发热和转矩脉动、噪声、输出、共 3.2.2 容量大 模电压等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，可以使用普通的异步电动机作 为驱动电机。 变频器适配电机6kV/10kV，220~5 000 kW， 270 370 420 适用 、 、 等机型交流高压密炼机。 370 L 及以上密炼机采用一台交流鼠笼电机即 AS800 的实现方式 3.1 可，维护成本大大下降。 4 AS800 如图 所示， 系列变频器采用若干个 功率单元串联的方式实现直接高压输出，电平 过载能力强 3.2.3 数的增加有效的抑制了输出谐波。由于每个功 启动力矩达到300% 3s ，满足密炼机冷料启率单元模块中除了含有逆变输出结构外，同时 200% 1 min 动需求;过载力矩，满足密炼机周 含有整流功能，从而相应的实现了整流部分的 120% 期性过载要求; 过载连续运行，满足密炼 多重化，使得变频器输入、输出谐波抑制同步 机长时间连续运行的要求。 第卷 第期?40 ? 3710 严彩忠 等?AS800系列高压变频器在密炼机上的应用 图4 6 kV 变频拓扑结构 3.2.4 谐波小 移相变压器采用顺延连接方式的三相全桥 5 6 kV 整流电路，如图所示为变频器拓扑结构。 同理其负序分量可以表示为: 则i 的表达式为: A 分析可得如下结论: 1 k =0 ( )当 时，五组电流分量中的基波分 量相位相同，故一次电流中的基波同相位相叠 图5 6 kV 高压变频器拓扑结构 加，不相抵消，其幅值为: 图5 中，五组二次侧的a 相电流i 折合到一次 a A i i 侧的 相电流为 ，则 中的各次电流的正序分 A A 量可以表示为: (2 )当k =1 、2 、3 、4 时，五组电流分量中 卷第年?41 ? 2011 37 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT 的5 、7 、11 、13 、17 、19 、23 、25 次谐波分量单元旁路技术 3.2.6 0 5 7 11 13 分别相加后均为 ，即不存在 、 、 、 、 采用机械式旁路，可靠性大大优于电子式 17 19 23 25 、、、次谐波。 旁路。单元旁路技术和中心点偏移技术，确保 3 k =5 29 ( )当 时，五组电流分量中的 次和 6 单元故障时变频器不停机运行，如图所示。而 31 0 次谐波分量分别相加后不为，其幅值为 直流系统一旦可控硅损坏，必须停机维修。 6 A 3 如图，当相第级功率单元发生故障时， A 系统将 功率单元自动旁路;根据三相电压矢 3 量叠加为零的原理，运用高速数字处理器增加 ( 4 )依此类推，当 k =5 N ， N =0 、 1 、 2 、AC BC 500 μ s 相位角值，减小 相位角，在 内完 3 30 N ?1 、……时，各一次电流分量中的相应的 成相位角调整。有效输出载荷为额定负荷的 k ? 5 N N =0 1 2 次谐波不会抵消;当 ， 、 、 、 93% 13% ，较单元模块旁路技术高出 。几乎对 3 6 kN ?1 、……时，各一次电流分量中的 次谐波 机组运行不产生任何影响，大大提高了系统安 可以抵消。 全可靠性。 3.2.5 功率因数高 输入变压器一次线圈高次谐波小，系统运 单元热备的单模块旁路技术 3.2.7 96% 行效率达到 以上。采用二极管全桥整流， 每相有 6 个功率单元( 690 V )，当 A 相第 395% 无须功率因数补偿，也能达到 以上。交流 级功率单元发生故障时，系统将 A 功率单元自 3 变频器采用的是二极管整流回路，而直流调速 A 500 μ s 动旁路，同时在内调整相的第六个功率 SCR SCR 器则是晶闸管 整流回路。 整流的控制 A 3450 V 单元切入，保证 相相电压在 ;对机组 是相位控制，因此会产生电压和电流间的相位 运行不产生任何影响，大大提高了系统安全可 差。速度越低，移相角越大，则直流传动的功 7 靠性。旁路图解图所示。 PF 率因数就越低。 单元旁路技术(一)图6 图7单元旁路技术(二) 第卷 第期?42 ? 3710 严彩忠 等?AS800系列高压变频器在密炼机上的应用 机跳跃性负载转矩性质的要求，单元旁路技术 整机旁路及保护 3.2.8 和中心点偏移技术，确保单元故障时变频器不 为了充分保证并提高系统的可靠性，变频 降额不停机运行，保证正常出料，是专门针对 器同时加装工频自动旁路装置。变频器异常 密炼机负载 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的专用型高压变频器。 时，变频器不能正常运行，电机可以自动切换 高压变频器在密炼机上的应用目前只有国 到工频运行状态下运行，以保证生产的需要， STEP AS800 外少数案例， 系列高压变频器在 8 如图所示。 6 3 上海某大型轮胎公司 号、 号密炼机现场连续 1 运行接近年，运行良好，完全满足客户要求。 STEP AS800 变频器在密炼机上的成功应用，反 映了国产高压变频器性能的又一大科技突破， 在特殊行业应用专用变频器领域的又一重大成 果。 参考文献: [1] C. 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Shanghai Step Electrical Technology Co., Ltd., Shanghai 201802, 3. Double Coin Holdings Ltd., Shanghai 200002) Abstract: Aimed at the current status of high-power internal mixer motor speed control program, with DC system and low-voltage AC inverter system, this paper proposes high-voltage inverter- compared driven program to meet load requirements and dynamic characteristics of internal mixer at the same time, using closed-loop control and successfully applied in electrical control system of internal mixer, with of speed control, small harmonics, high and low energy advantages convenient power factor, consumption. Key words: high-voltage inverter; closed-loop control; internal mixer; AC inverter; DC drive; harmonics; phase-shifting transformer (XS-02) 卷第年?43 ? 2011 37 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt 涵盖各行业最丰富完备的资料文献,最前瞻权威的行业动态,是专业人士的不二选择。 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58