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佛朗克高压变频器在热力公司风机上的应用

时间:2012-03-10 来源:www.dqjsw.com.cn 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:
  1. 引言
设备为630kW/10kV和400KW/10KV主锅炉风机,电机启动方式采用水电阻启动。工艺要求的风量根据进料量进行调节,没有全负荷生产,若生产量大,进风口挡板开大。根据产量高低,风门开度仅控制在30~35%左右。由于采用进风门挡板调节,大部分的能量都被消耗在挡板上了,且挡板的开度越小则耗能就更多。
随着现代工业的飞速发展及市场竞争的日益加剧,加上能源供应紧张和能源价格不断攀升,企业采用新技术实现节能降耗、降低生产成本、提高市场竞争力,已是大势所趋。因此,该单位对给主锅炉风机进行了改造,改用变频器对风机进行调速。
2主风机变频改造方案
2.1  变频器选型
一般情况下,变频器容量应不小于电动机容量,这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。但在现实生产工作中,根据实际运行工况来选择合适的变频器容量,既能满足生产需要,又能节省变频器投资及减少配套设施。电机分别为10kV/630kW和10kV/400kV,满足50Hz时满负荷运行要求,我们为其配备了容量为710KVA和500kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。
2.2  系统方案
改造遵循了“最小改动,最大可靠性,最优经济性”原则,考虑到变频器退出运行后,为了不影响生产,确保系统正常工作,配置工频旁路,当变频器出现故障时,将电机投切到工频下运行。


变频调速系统由用户开关、手动旁路柜、FRHV5000系列高压变频器、高压电机组成。手动旁路柜是由三个真空高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。电机以变频方式运行时, QS1、QS2闭合,QS3断开;电机以工频方式运行时,QS3闭合, QS1、QS2断开。变频与工频之间切换手动完成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计,变频输出开关QS2和工频开关QS3互锁,完全能够保证变频调速系统安全运行。
3、 高压变频器的组成和原理             
高压变频器是采用德国佛朗克先进的控制技术,无电网污染的调速系统,采用的结构为多单元串联,输出为多电平移相式PWM方式。特别适合于风机、泵类工业应用现场,已经被广大工业用户接受和充分认可。本项目为10kV系列,变频器主电路结构见下图。


  1. 功率单元电路
    每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其主电路结构如左图所示,为基本的交-直-交电路,图中通过三相全桥方式整流,整流后给滤波电容充电,确定母线电压, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现逆变。 功率单元输出波形如图:
                       
    3.2输入侧移相变压器
      输入侧由移相变压器给每个单元供电,每个功率单元都承受电机电流、1/10的相电压、1/30的输出功率。30个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分。
      本机中移相变压器的副边绕组分为三组,构成60脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1,输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于3%,低于国家标准。
    3.3输出侧结构
                                                     
      输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,可得到如图5所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶片的机械应力。
    4、结论
    佛朗克电气对该热力主锅炉风机实施了变频改造后,节约了大量的电能,改善了工艺过程,电机实现了软启动,延长设备的使用寿命,减少维修量,取得了预期的效果。
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