知晓：高压变频器在大功率同步电机中的应用

liukai · 发表于 2023-9-13 16:03:22

　　1引言

　　河北某民营企业是集钢铁冶炼、钢材加工、钢材贸易为一体的钢铁联合企业，该钢厂200平米烧结机系统中烧结风机功率较大，烧结主抽风机为4500kW高压同步机，电机启动依靠水电阻启动，而风量调节则是采用风门挡板调节，采用风门挡板调节风量存在着很大的局限性，主要表现在：SEA Storm510x2高压母线绝缘故障监测管理装置 的其他知识和内容也可以到网站具体了解一下，我们是领域内专业的企业平台，欢迎您的关注和了解！

　　（1）风门挡板调节风量改变了风道的阻力特性，而电机的输出功率并没有改变，节流损失相当大，电能浪费大。

　　（2）风门挡板调节风量是把风量消耗在挡风板上，造成挡风板前后压差大，风门易磨损。

　　（3）风机电机全速运行，震动大、噪声大、损耗大、轴承磨损严重。

　　（4）调节精度低、线性度差，动态响应慢。

　　（5）水电阻只是在电机启动时起作用，对风机调节风量来说还是依靠风门调节，电机能耗依然较高，而且水电阻维护量较大。

　　该厂领导经过多方调研、比较，决定采用新风光电子科技股份有限公司生产的同步机高压变频器JD-BP38-5000F（5000kW/10kV），对其烧结系统主抽风机进行了变频改造。

　　2  设备参数

　　该厂烧结系统主抽风机电机额定电压10kV，额定功率4500kW，具体参数如表1所示。

　　表1  主抽风机参数

　　设备

　　分类

　　参数

　　电机参数

　　厂家

　　上海电机厂

　　型号

　　T4500-4

　　额定电压

　　10000V

　　额定电流

　　297A

　　额定功率

　　4500 kW

　　功率因数

　　0.9

　　接法

　　Y

　　额定转速

　　1500r/min

　　励磁电压

　　45V

　　风机

　　励磁电流

　　394A

　　额定风量

　　14000m3/min

　　根据现场设备参数及工艺为客户选配的高压变频器JD-BP38-5000F技术参数如表2所示。

　　表2 风光高压变频器基本参数

　　序号

　　名  称

　　参数

　　1

　　型式及型号

　　高-高方式JD-BP38-5000F

　　2

　　技术方案

　　多电平串联、电压源型、高高方式

　　3

　　系统输入电压（kV）

　　10

　　4

　　系统输出电压（kV）

　　0～10kV

　　5

　　系统输出电流（A）

　　360

　　6

　　额定输入频率/允许变化范围

　　45-55Hz

　　7

　　对电网电压波动的敏感性

　　+10%~-10%满载输出；降低35%以内降额连续运行；输入电压波动到额定电压65%以下或突然停电在3秒内恢复可立即再启动

　　8

　　变频电源效率

　　>96％(额定输出时，含变压器)

　　9

　　输入输出电流谐波

　　<3％

　　10

　　输入侧功率因数

　　>0.98（20％负载以上）

　　11

　　控制方式

　　多级正弦PWM控制

　　12

　　整流形式

　　二极管全桥整流

　　13

　　逆变形式

　　IGBT单相逆变

　　14

　　过载能力

　　120％1min，150%3s

　　15

　　模拟量信号(输入)规格及数量

　　工业标准信号：4～20mA 3路

　　16

　　模拟量信号(输出)规格及数量

　　工业标准信号：4～20mA 4路

　　17

　　防护等级

　　IP31

　　18

　　操作键盘

　　人机界面

　　19

　　界面语言

　　简体中文

　　3主回路改造方案

　　根据现场负载情况，配置由新风光公司生产的高压变频器JD-BP38-5000F,主回路采用一拖一手动旁路方案，如图1所示。

　　图1  主回路方案

　　变频运行方式：QF为用户侧高压开关柜，其中QS1、QS2、QS3为隔离开关, QS1、QS2与QS3之间有电气互锁。手动旁路柜变频励磁柜与变频器配套提供，电机及用户侧高压断路器QF保留甲方原有设备。

　　变频运行时，QS3断开，变频励磁系统可以利用新风光同步励磁控制系统，QS1与QS2闭合，将励磁刀闸切换到变频励磁系统。变频器上电时，断路器QF闭合，新风光高压变频器启动时，以电励磁同步机矢量控制方式拖动同步电机启动。

　　变频停机时，从现场向变频器下达“停机”命令，变频器驱动同步电机减速至完全停机，然后停止输出电压电流。最后在现场分断断路器QF，由其辅助触点通知励磁装置灭磁，灭磁完成后关闭励磁装置电源。遇到故障时，变频器在停止电压电流输出的同时，立即分断上级断路器QF，由变频器主控通知励磁装置灭磁，然后投到工频运行。

　　工频运行时，QS1、QS2断开，将励磁刀闸切换到工频励磁系统；QS3闭合，水阻软起装置投入工频回路，同步电机的启动、运行、停机过程按照原有逻辑进行。

　　4变频器与励磁柜的连线与对调

　　高压变频调速系统与励磁柜连接关系如图2所示。

　　图2 变频器与励磁柜连线

　　变频器系统输出给励磁柜信号：

　　（1）励磁电流调节给定（4-20mA模拟量信号）：变频器给定到励磁柜，通过4-20mA电流控制励磁柜输出励磁电流的大小。（注：有的励磁柜通过接收增、减励磁常开触点信号来控制励磁电流大小，通常是4-20mA模拟量）

　　（2）变频器启动信号（常开触点）：变频器给到励磁柜启动信号，励磁柜开始投励磁。

　　（3）变频器故障信号（常开触点）：变频器在运行过程中出现故障时，将故障信号给定到励磁柜，励磁系统进行停机灭磁。

　　（4）工频运行信号（常开触点）：变频器给到励磁柜工频运行信号指示。工频运行信号有效时，励磁柜按照工频运行的逻辑执行；工频运行信号无效时，即处于变频运行状态，励磁柜执行变频运行逻辑。

　　励磁柜输出给变频器系统信号：

　　（5）实测励磁电流（4-20mA模拟量信号）：励磁柜向变频器传输实际输出的励磁电流。

　　（6）励磁就绪信号（常开触点）：励磁柜自检无故障，具备投励要求，此时励磁柜向变频器输出励磁就绪信号。

　　（7）励磁故障信号（常开触点）：励磁柜本身出现故障，励磁柜将该信号传给变频器。

　　（8）励磁启动信号（常开触点）：变频器给到励磁柜开机信号，励磁柜执行命令开机运行后，反馈给变频器励磁启动信号。

　　根据以上对信号的说明，测试常开点和常闭点的状态。

　　测试模拟量信号时，需将励磁柜上主电，输出连接到同步电机的转子上，励磁柜的主电输入需要励磁柜厂家连接，有的厂家励磁柜输入需要核实相序。变频器处于调试模式，不上主电。变频器开机，在触摸屏运行界面设定励磁电流给定，观察给定励磁和励磁电流的大小是否保持一致。和励磁柜厂家进行沟通，让励磁柜厂家调整输出线性度，让给定励磁和励磁电流的大小保持基本一致，有的厂家的励磁柜线性度不好，无法全程调试好，最后需保证在工作范围内保证一定的线性度，一般为70%-100%励磁给定范围内基本一致。一般要求15%以内。

　　励磁调整完毕之后，将变频器上主电，进行空转电机调试，VF励磁控制模式，把电压曲线采用多点V/F的方式，VF数值先按照一般经验设置，开机运行观察启动电流的变化情况，是否电流存在较大的波动。

　　将界面打开到如图3所示，观察D轴电流输出，数值应该为负数，调整励磁电流大小，观察D轴电流输出变化，找到D轴电流输出为负的最小励磁电流，同步电机参数中最小励磁不应小于这个数值。

　　图3

　　变频器带载运行调试，VF励磁控制模式，设为2，恒功率因数调整运行。开机运行过程中，观察变频器的输出电流变化和励磁电流的变化。计算变频器稳定运行后的功率因数是否在设定功率因为的正负5%以内，比如设定为0.9范围。应该为0.85-0.95之间。如果不再这个范围，有可能是励磁电流的范围小，将励磁电流的最大励磁电流和最小励磁电流数值进行适当修正。

　　5高压变频器节能情况

　　首先根据负载的特性，采用励磁电流与输出电压同步调节的方式，选择了适合本电机运行的较优励磁电流、电压变化曲线，并把该较优的励磁电流曲线直接固化到同步机的励磁柜上，把电压曲线采用多点V/F的方式，固化到变频器的参数中；然后又采用新风光高压变频器抑制震荡技术，有效的解决了负载启动不平稳，容易抖动，造成电流震荡的问题，出色的完成了高压同步电机的启动和稳定运行，该高压变频器于2016年1月13日投入生产连续无故障稳定运行。

　　根据上表数据计算得知，4500kW烧结风机节电率达到27.1%。该套设备平均每年运行300天以上，每天以24小时计算，电费以0.42元/度计算，年节约费用高达：300*24*（4459.1-3250.6）*0.42=365.4万元。

　　6 结束语

　　新风光电子科技股份有限公司生产的高压变频器在大功率同步电机上的成功投运至今已经一年多，标志着新风光已完全掌握了大功率高压同步电机的高压变频拖动过程的启停、低频运行振荡等难题，具有启动转矩大，启动平稳，调速精度高，动态响应快，四象限运行等优点，该产品大大降低了高压同步电机变频改造的成本，为大量高压同步电机负载节能提供了新的改造途径。