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汇川HD90高压变频器在矿渣微粉磨循环风机上的应用

2018年09月14日 13:54:13 中国传动网

■概况

众所周知,水泥建材行业是国民经济生产中的耗能大户。在水泥生产过程中,风机的耗电量占其成本的比例非常高。近几年,国家实行节能减排政策,针对水泥行业等耗能大户重点改造;通过几年的发展和总结,现国产高压变频器在风机水泵负载上的节能技术日趋成熟,节能减排效果明显。

矿渣微粉为水泥、混凝土的重要添加剂,主要作用是可以提高水泥、混凝土的早强和改善混凝土的某些特性(如易和性、提高早强、减少水化热等)。

矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量,可以明显的改善混凝土和水泥制品的综合性能。矿渣微粉作为高性能混凝土的新型掺合料,具有改善混凝土各种性能的优点,具体表现为:

可以大幅度提高水泥混凝土的强度,能配制出超高强水泥混凝土;

可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应,显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能,提高水泥混凝土的耐久性;

可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能,特别适用于抗海水工程;

可以显著减少水泥混凝土的泌水量,改善混凝土的和易性;

可以显著提高水泥混凝土的致密性,改善水泥混凝土的抗渗性;

可以显著降低水泥混凝土的水化热,适用于配置大体积混凝土;

■方案描述

现场描述

循环风机为矿渣微粉生产线中最重要的设备之一,在整个过程中占据了最重要的位置,唐山某客户现场磨机为立磨机,所配备循环风机为630kW异步电机,电压等级10kV,额定电流45.3A,风机设计余量大,节能空间很可观。

原系统采用工频直接启动的方式,启动冲击大,在原工频运行工况下,风机采用挡板调节风量的方式进行,平常开度主要在60%左右,能源浪费严重,且运行过程中要实时的调节开度以保证微粉的正常收集,自动化水平很低,所以决定进行变频改造,以达到节能和提高自动化水平的目的。

变频方案

根据现场负载情况,配置由汇川公司生产的高压变频器HD90-J100/800-DB,该产品具有矢量控制、控制性能好、过载能力强,操作方便,质量可靠、节电率高等优点。

(1)一次系统方案组成

此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF1、电动机M组成(见上图)。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑,不能同时闭合。变频运行时,QS3断开,QS1和QS2闭合;工频运行时,QS1和QS2断开,QS3闭合。高压开关QF、电机M为现场原有设备。

(2)HD90控制原理及技术特点

电网电压经主变压器隔离移相后为功率单元供电,每个功率单元为一个单相交-直-交电压型逆变器,单元串联星接后形成三相变频电源给高压电动机供电。根据串联单元级数的不同,产品分为3kV、6kV、10kV三个系列。主变压器采用移相整流方式,输入功率因数高,输入电压电流谐波小。满足IEEE519-1992和GB/T14549-93对电压和电流最严格的谐波失真要求。无需任何功因补偿和谐波抑制装置。变频器输出采用多重化PWM技术,输出为近乎完美的正弦波,无须加输出滤器。电动机谐波损耗小,转矩脉动小,无明显电动机噪声。电动机不需降额使用。输出dV/dt和共模电压小,对电动机无附加电应力损害。

图二:产品原理图

功率单元采用三相交流输入,整流滤波后形成直流电压,经IGBTH桥逆变后输出脉宽调制(PWM)电压。功率单元控制板由IGBT驱动电路和监测保护电路、光纤通信电路、单元旁路电路和控制电源组成。运行中功率单元故障时,变频器可将故障单元自动旁路并继续运行,等情况允许时再停机排除故障。

汇川公司HD90采用功率单元级联式技术路线,矢量控制高压变频器,控制核心采用DSP+ARM+FPGA组成,指令在纳秒级完成,因此控制波形和逆变波形可以实时校验。具有国际领先的技术!

公司所有高压产品均进行满载72小时测试,除一些保护功能外,磁链闭环矢量控制技术、高频技术、快速叠频技术、Syn-transfer技术、非对称旁路技术、双路控制电源等功能,这些功能技术上处于国际领先水平。

公司的电力电子,自动控制和计算机等领域具有理论水平和实践经验的优秀科研队伍,长期致力于电力电子领域各类产品的开发研制,对于关系产品质量的生产工艺也作了大量的完善和改进,如:其中层叠直流母线的制作工艺保证了直流母线的分布电感最小,有效抑制了功率器件在开关过程中的di/dt电压尖峰;高密度FPGA贴片工艺保证了控制器在恶劣环境下能够长期稳定运行;整流桥、功率器件和电解电容的安装工艺使整个系统的离散性达到最小,保证质量和性能的高度一致性。为保障质量和效率,公司还研制了各类具有特色的和方便使用的工艺调试工装,建全了相应的质量管理体系。

1)矢量控制技术

HD90系列高压变频器具备通用矢量控制技术,基于电机d-q轴数学方程式解析,对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流,并分别加以控制,以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。

2)非对称旁路技术

HD90系列高压变频器采用单元级联方式,当其中某个单元出现故障后,在单元配备旁路功能(可选)的情况下,通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

3)飞车启动功能

HD90系列高压变频器具备飞车启动功能,能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器,变频器自动进行频率搜索,直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率,此时变频器输出相应频率,并控制电机旋转至指定频率,此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。

4)双路控制电源

HD90控制系统采用双电源供电,控制电源失电后可正常工作;一路由用户提供,一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容,保证切换时平滑无扰动。

5)来电自启动功能

电网瞬间跌落或波动时,系统可保证瞬间失电不跳闸,且在失电后5个周期内变频器运行不受影响,超过5个周期变频器自动降额运行,失电超过9s后变频器停机,连续生产提高系统生产效率。

6)高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件,保证了运行的高可靠性,生命周期长。

7)远程监控方案

在无线通讯模式中,通过3G技术的支持,数据中心可以24小时对工艺运行过程中变频调速系统相关数据进行实时采集、监控。具有以下优势:故障报警及时,安全系数高;减少了现场维护数据采集、监控的工作量:数据记录准确:网络无线监控,降低了客户在OSI网络架构物理层建设的投入。

(3)现场应用

根据现场实际运行效果来看,电机运行平稳,无波动,客户能够实时根据不同工况要求进行调速,并且汇川HD90系列高压变频器内置有多段速功能,通过提前对多段速进行设置,方便了客户的使用。

现场所配变频器均配备单元旁路功能,单元旁路采用机械接触器方式进行,能够保证在单元出现故障的情况下,将故障单元旁路掉,不影响整机的运行,且软件上具有非对称旁路技术,即使在单元旁路的情况下也能保证高电压输出能力,以满足大部分工况需求。

供稿:网络

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=33535

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