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  • 高压变频器常用的三种散热方式

    高压变频器常用的三种散热方式

      一、空调密闭冷却方式   为了提高高压大功率变频器的应用稳定性,解决好高压变频器环境散热问题。目前常用的办法是:密闭式空调冷却。该方法主要是为高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间,根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量,从而配备一定数量的空调。采用空调冷却时,房间的建筑面积过大会增加空调冷却负荷。同时,由于变频器排出的热风不能被空调全部吸入冷却,因此,造成系统运行效率低,造成节约能源的二次浪费。变频器室内的冷热风循环情况如下图所示。      变频器从柜体的正面和后面吸入空气,经柜顶风机将变频器内部的热量带走排到室内。从而在变频器室上部形成一个温度偏高、压力偏高的气旋涡流区,在变频器的正面部分形成一个偏负压区。在运行中,变频器功率柜正面上部区域实际上是吸入刚排出的热风进行冷却,形成气流短路风不能达到有效的冷却效果。空调通常采用下进上出风结构,从而与变频器在一定程度上形成了“抢风”现象,这就是“混合循环区”。在这个区域变频器吸入的空气不完全是空调降温后的冷空气,空调的降温处理也没有把变频器排出的热空气全部降温,从而导致了整个冷却系统的运行效率不高。变频器自身是节能节电设备,而通常采用的空调式冷却则造成能源的二次浪费。这种情况在大功率、超大功率的变频应用系统中更加明显。   二、风道冷却   1、功率柜风道设计见下图:         从功率柜散热系统图可知:功率单元内部散热系统通过安装在单元内的风机强制冷却单元里的散热器,使每一个功率单元满足散热需求,同时,由于功率单元内风机吹走热风,使其进风处的柜体内形成强力负压,柜外冷风大量进入高压变频气内,通过功率单元风道对单元散热器进行冷却。同时,由于柜顶风机大量抽风,使其密闭风室内形成强力负压,加速功率单元内热风进入密闭风室,通过柜顶风机抽出高压变频器柜外。通过建立严密畅通的风道,以及在功率单元内设计强制风冷,大大提高那高压变频器散热系统的散热能力和效率,同时,也可以减少散热器体积和功率柜体积,实现高压变频器的小型化,为用户安装高压变频器节省空间。   三、空-水冷却系统   高压变频器对运行环境温度通常要求在-5~40℃,环境粉尘含量低于950ppm。过高的温度会造成变频器温度过热保护而跳闸,粉尘含量过高导致变频器通风滤网更换清洗维护量过高,增加维护费用。因此,采用何种冷却方式和系统结构至关重要。   为了解决高压变频器的运行环境冷却和控制问题,提高系统安全可靠性、降低运营成本。可以解决单位散热密度高、功率大,有效提高系统安全可靠性、降低运营成本的问题。   空-水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统,其应用技术在国内处于领先地位。在电力、钢铁等行业的高压大功率变频应用中得到广泛的推广应用。该系统由于其采用完全机械结构设计,较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全、可靠性。   其主要原理是:将变频器的热风通过风道直接通过空冷装置进行热交换,由冷却水直接将变频器散失的热量带走;经过降温的冷风排回至室内。空冷装置内通过冷水温度低于33℃,即可以保证热风经过散热片后,将变频器室内的环境温度控制在40℃以下满足变频器对环境运行的要求。从而,保证了变频器室内良好的运行环境。冷却水与循环风完全分离,水管线在变频室外与高压设备明确分离,确保高压设备室不会受到防水、绝缘破坏等安全威胁和事故。   同时,由于房间密闭,变频器利用室内的循环风进行设备冷却,具有粉尘度低,维护量小的特点;减少了环境对变频器功率柜、控制柜运行稳定性的不利影响。空-水冷却系统结构原理图如下:   

    时间:2020-05-20 关键词: 变频器 高压变频器

  • 高压变频器的技术要求_高压变频器的分类

    高压变频器的技术要求_高压变频器的分类

      高压变频器的技术要求   1、可靠性要求高   由于高压变频器输入和输出的电压高,设备的可靠性和安全性是至关重要的。在产品设计制作时,应采用合理的主电路拓扑结构,如多电平、多重化结构等,选择优良的功率单元和控制单元,具有良好的冷却系统,出厂前经过完备的质量检测,符合技术规范要求。现在生产的高压变频器,整机和部件的平均无故障时间(MTBF)已经达到100000h以上,平均维修时间(MTTF)已经小于30min。当然,可靠性保证还与使用者的管理、生产工艺、试验测试、故障诊断、维护维修和售后服务有关。   2、对电网的电压波动容忍度大   高压变频器的容量较大,一般都在几百千瓦以上,可能占有电网容量的相当大一部分,因此其开停机和运行时可能对电源电压造成影响。这一方面要求电网供电线路有合理的设计,另一方面也要求变频器对电网电压的波动范围的容忍度大一些。   3、降低谐波对电网的影响   同样因为大功率的关系,高压变频器输入谐波畸变必须控制在标准规定的范围内,不应对电网中其他负载的正常工作造成影响。   4、改善功率因数   大功率电动机常常是工厂中的用电大户,其变频器的输入功率因数和效率将直接决定使用变频器系统的经济效益,效率低的变频器还存在散热等一系列麻烦。   5、抑制输出谐波成分   高压变频器如果输出谐波成分过高,会造成电动机的过热,产生过大的噪声,影响电动机的寿命,而且电动机必须“降额”使用。   6、抑制共模电压和du/dt的影响   变频器的共模电压和du/dt会使电动机的绝缘受到“疲劳”损害,影响到使用寿命,如果处理不好,还会损坏变频器本身。   有鉴于此,国内外高压变频器制造商都在不断努力,在元器件、电路结构、控制模式等方面下工夫,使高压变频器的性能不断改进提高。   高压变频器的分类   高压变频器在20世纪80年代中期才开始投放市场,但随着大功率高性能的电力电子器件的迅速发展和巨大市场的推动力,高压变频器近年来的发展非常迅速,使用器件已经从SCR、GTO、GTR发展到IGBT和IGCT,功率范围从几百千瓦到几十兆瓦。现在高压变频器的设计、制造和检测技术已经成熟,可靠性有充分保障,使用面越来越广,我国有多个变频器厂商可以生产。   高压变频器按主电路的结构方式分为交-交方式和交-直-交方式。   1、交-交方式   交-交变频器的主电路由3组反并联晶闸管可逆桥式变流器所组成,分为有环流和无环流两种方式,控制晶闸管根据电网正弦变化实现自然换相。交-交变频的高压变频器一般容量都在数千千瓦以上,多用在冶金、钢铁企业。交.交变频器过载能力强、效率高、输出波形好,但输出频率低,且需要无功补偿和滤波装置,使其造价高,限制了它的应用。   交-交变频同步电动机调速系统如图5-1所示。      2、交-直-交方式   高压交-直-交方式与低压交,直-交方式变频器的结构有较大差别,为适应高电压大电流的需要,高压变频器的元器件多采用串并联,变流器单元也采用串并联,这种结构称为多重化。

    时间:2020-05-14 关键词: 变频器 高压变频器

  • DeviceNet总线协议在高压变频器中的应用

    变频器被广泛应用于工业控制现场的交流传动技术之中。通常变频器控制由操作面板来完成,也可以通过外部i/o控制信号来实现。随着网络技术的发展以及现场对生产的自动化程度更高要求,变频器与变频器、变频器与控制器之间更趋于通过现场实时总线通信的方式以实现数据的快速、准确交互。 新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目共使用利德华福生产的18套高压变频器,所有变频器均需要接入到上位控制PLC中,如果采用硬接线方式,现场需要敷设大量电缆并且上位PLC将增加多个扩展模块,因此在设计阶段就考虑使用总线方式将变频器接入控制系统中。 新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目加工厂区工程和矿石采输工程脱卤工段上位控制系统采用Rockwell公司采用罗克韦尔自动化系列产品。现场控制系统与底层执行机构之间通讯采用DeviceNet网络。变频器控制系统可编程控制器采用西门子PLC (S7-200 CPU226),模拟量信号为4~20mA,4路输入2路输出,开关量的输入和输出接点全部为无源接点,24点输入16点输出。根据用户要求,变频器要求配备DeviceNet网络接口,变频装置直接以通信方式挂到工厂大系统PLC(AB公司产品)上,其通信协议对PLC调试单位开放。 DeviceNet及HARSVERT-A系列变频器的应用 DeviceNet是一种低成本的通信连接。它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、电动机、起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口)连接到网络,从而免去了昂贵的硬接线。DeviceNet是一种简单的网络解决方案,在提供多供货商同类部件间的可互换性的同 时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的备级诊断功能,这是通过硬接线I/O接口很难实现的。DeviceNet是一个开放 式网络标准。规范和协议都是开放的,厂商将设备连接到系统时,无需购买硬件、软件或许可权。 简单地说,DeviceNet可以归纳出以下一些技术特点: (1) 最大64个节点; (2) 125kbps~500kbps通讯速率; (3) 点对点,多主或主/从通信; (4) 可带电更换网络节点,在线修改网络配置; (5) 采用CAN物理层和数据链路层规约,使用CAN规约芯片,得到国际上主要芯片制造商的支持; (6) 支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送; (7) 低成本、高可靠性的数据网络; (8) 既适合于连接底端工业设备,又能连接像变频器、操作终端这样的复杂设备; (9) 采用无损位仲裁机制实现按优先级发送信息; (10) 具有通讯错误分级检测机制、通讯故障的自动判别和恢复功能。 罗布泊钾盐项目,为节能降耗,实现电机的软启动,所有大型电机均采用利德华福公司的生产的HARSVERT-A系列高压变频器来驱动。原始设计考虑采用管道中加阀门进行流量控制,这样就会造成大量电能损耗在阀门上,并且调节效果并不理想。最终,介质泵采用变频器控制,通过PLC进行PID运算,运算结果通过DeviceNet网络输出给变频器,控制水泵转速,从而进行流量、压力精确、灵活控制,同时节省了能源。 HARSVERT-A变频器通过DeviceNet与PLC通讯,实现对电机的控制,可读取变频器状态字、运行频率、变频器温度及电机电流等大量过程参数;同时,也实现了对电机的远程启动、停止和频率的实时控制。使用网络通讯比传统的控制方式具有下述优点:接线数量减少,采集变频器的数据多,抗干扰能力强等。DeviceNet网络用于简单的、工业用的设备(如变频器、传感器等)与高级设备(如控制器)之间的连接。基于标准的控制域技术,这一开放的网络提供了许多厂商设备之间的可相互操作性,其中包括HARSVERT-A变频器的通讯。本项目中变频器通过为满足现场要求,高压变频器增加瑞典HMS公司的 ANYBUS DeviceNet串行网关,型号为AB7001,将西门子s7-200PLC的标准MODBUS通讯端口转换为DeviceNet串行端口。通过现场调试,该方案满足客户要求。此种控制方式可以通过相应的编程软件察看或修改HARSVERT-A变频器内部的100多条参数,如电机的电流、柜体温度、转速等都可以由DeviceNet网络的数据采集获得,只需在控制室触摸屏或监控机上远程更改参数即可。变频器通过DeviceNet网络得到了智能化控制。 变频器接入到DeviceNet网络过程 (1)、PLC到网关之间通讯电缆的制作方法:需9针D型和F型连接头各一个,屏蔽双绞线,制作方法:将双绞线的两端分别焊接在两个9针插头上(3脚-8脚,8脚-9脚)。 (2)、将西门子s7-200 PLC的PORT 0口对应的电位器从最小选旋最大,目的是将通讯协议修改为MODBUS协议,为了确保已经修改成功可以用串口测试软件或主站仿真工具测试。具体的测试方法详见“协议说明.doc”文件。 (3)、打开ABC Config Tool软件后,调用配置文件DeviceNet.cfg,将其下载到AB7001模中。 (4)、在上位PLC(RSLOGIX)编程软件中组态好硬件,下载到CPU中;编好基本的语句并下载,默认的输入字节为4,输出字节为4。 1)变频器启动/停止/报警复位语句,使用输出控制第一个字,PLC→HARSVERT-A变频器,具体含义如下:   2)变频器频率控制语句,使用输出控制第二个字,PLC→HARSVERT-A,频率值读写,范围:0-32767。 3)变频器运行监测和报警监测语句,使用输入控制第一个字,HARSVERT-A→PLC具体含义如下:   4)变频器频率监测语句,使用输入控制第二个字, HARSVERT-A→PLC,具体含义同输出控制第二个字。 高压变频器在工业节能应用越来越广泛,在应用DeviceNet总线控制后,大大地增加了变频器控制的灵活性,而且可以监视、控制更多的过程参数,使用户可以方便地获得变频器的更加全面的信息,为设备安全、高效的运行创造了有力条件。DeviceNet网络技术的发展使HARSVERT-A变频器控制上发生了巨大的变化,使变频器控制更智能、更易使用。[!--empirenews.page--]

    时间:2015-09-07 关键词: 高压变频器 devicenet 总线协议 总线与接口

  • DeviceNet总线协议在高压变频器中的应用

    变频器被广泛应用于工业控制现场的交流传动技术之中。通常变频器控制由操作面板来完成,也可以通过外部i/o控制信号来实现。随着网络技术的发展以及现场对生产的自动化程度更高要求,变频器与变频器、变频器与控制器之间更趋于通过现场实时总线通信的方式以实现数据的快速、准确交互。 新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目共使用利德华福生产的18套高压变频器,所有变频器均需要接入到上位控制PLC中,如果采用硬接线方式,现场需要敷设大量电缆并且上位PLC将增加多个扩展模块,因此在设计阶段就考虑使用总线方式将变频器接入控制系统中。 新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目加工厂区工程和矿石采输工程脱卤工段上位控制系统采用Rockwell公司采用罗克韦尔自动化系列产品。现场控制系统与底层执行机构之间通讯采用DeviceNet网络。变频器控制系统可编程控制器采用西门子PLC (S7-200 CPU226),模拟量信号为4~20mA,4路输入2路输出,开关量的输入和输出接点全部为无源接点,24点输入16点输出。根据用户要求,变频器要求配备DeviceNet网络接口,变频装置直接以通信方式挂到工厂大系统PLC(AB公司产品)上,其通信协议对PLC调试单位开放。 DeviceNet及HARSVERT-A系列变频器的应用 DeviceNet是一种低成本的通信连接。它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、电动机、起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口)连接到网络,从而免去了昂贵的硬接线。DeviceNet是一种简单的网络解决方案,在提供多供货商同类部件间的可互换性的同 时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的备级诊断功能,这是通过硬接线I/O接口很难实现的。DeviceNet是一个开放 式网络标准。规范和协议都是开放的,厂商将设备连接到系统时,无需购买硬件、软件或许可权。 简单地说,DeviceNet可以归纳出以下一些技术特点: (1) 最大64个节点; (2) 125kbps~500kbps通讯速率; (3) 点对点,多主或主/从通信; (4) 可带电更换网络节点,在线修改网络配置; (5) 采用CAN物理层和数据链路层规约,使用CAN规约芯片,得到国际上主要芯片制造商的支持; (6) 支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送; (7) 低成本、高可靠性的数据网络; (8) 既适合于连接底端工业设备,又能连接像变频器、操作终端这样的复杂设备; (9) 采用无损位仲裁机制实现按优先级发送信息; (10) 具有通讯错误分级检测机制、通讯故障的自动判别和恢复功能。 罗布泊钾盐项目,为节能降耗,实现电机的软启动,所有大型电机均采用利德华福公司的生产的HARSVERT-A系列高压变频器来驱动。原始设计考虑采用管道中加阀门进行流量控制,这样就会造成大量电能损耗在阀门上,并且调节效果并不理想。最终,介质泵采用变频器控制,通过PLC进行PID运算,运算结果通过DeviceNet网络输出给变频器,控制水泵转速,从而进行流量、压力精确、灵活控制,同时节省了能源。 HARSVERT-A变频器通过DeviceNet与PLC通讯,实现对电机的控制,可读取变频器状态字、运行频率、变频器温度及电机电流等大量过程参数;同时,也实现了对电机的远程启动、停止和频率的实时控制。使用网络通讯比传统的控制方式具有下述优点:接线数量减少,采集变频器的数据多,抗干扰能力强等。DeviceNet网络用于简单的、工业用的设备(如变频器、传感器等)与高级设备(如控制器)之间的连接。基于标准的控制域技术,这一开放的网络提供了许多厂商设备之间的可相互操作性,其中包括HARSVERT-A变频器的通讯。本项目中变频器通过为满足现场要求,高压变频器增加瑞典HMS公司的 ANYBUS DeviceNet串行网关,型号为AB7001,将西门子s7-200PLC的标准MODBUS通讯端口转换为DeviceNet串行端口。通过现场调试,该方案满足客户要求。此种控制方式可以通过相应的编程软件察看或修改HARSVERT-A变频器内部的100多条参数,如电机的电流、柜体温度、转速等都可以由DeviceNet网络的数据采集获得,只需在控制室触摸屏或监控机上远程更改参数即可。变频器通过DeviceNet网络得到了智能化控制。 变频器接入到DeviceNet网络过程 (1)、PLC到网关之间通讯电缆的制作方法:需9针D型和F型连接头各一个,屏蔽双绞线,制作方法:将双绞线的两端分别焊接在两个9针插头上(3脚-8脚,8脚-9脚)。 (2)、将西门子s7-200 PLC的PORT 0口对应的电位器从最小选旋最大,目的是将通讯协议修改为MODBUS协议,为了确保已经修改成功可以用串口测试软件或主站仿真工具测试。具体的测试方法详见“协议说明.doc”文件。 (3)、打开ABC Config Tool软件后,调用配置文件DeviceNet.cfg,将其下载到AB7001模中。 (4)、在上位PLC(RSLOGIX)编程软件中组态好硬件,下载到CPU中;编好基本的语句并下载,默认的输入字节为4,输出字节为4。 1)变频器启动/停止/报警复位语句,使用输出控制第一个字,PLC→HARSVERT-A变频器,具体含义如下:   2)变频器频率控制语句,使用输出控制第二个字,PLC→HARSVERT-A,频率值读写,范围:0-32767。 3)变频器运行监测和报警监测语句,使用输入控制第一个字,HARSVERT-A→PLC具体含义如下:   4)变频器频率监测语句,使用输入控制第二个字, HARSVERT-A→PLC,具体含义同输出控制第二个字。 高压变频器在工业节能应用越来越广泛,在应用DeviceNet总线控制后,大大地增加了变频器控制的灵活性,而且可以监视、控制更多的过程参数,使用户可以方便地获得变频器的更加全面的信息,为设备安全、高效的运行创造了有力条件。DeviceNet网络技术的发展使HARSVERT-A变频器控制上发生了巨大的变化,使变频器控制更智能、更易使用。[!--empirenews.page--]

    时间:2015-08-30 关键词: 高压变频器 devicenet 总线协议 总线与接口

  • 用工控组态软件实现高压变频器监控系统的设计与应用

    1 引言 随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步,许多领域中都引入了计算机自动检测与控制技术,而且随着各领域中研究内容的不断深入与发展,对计算机自动测控系统的要求也越来越高,工控组态软件就是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术,开发人员通常不需要编制太过复杂的程序代码,只要利用组态软件包中的工具,进行数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作,它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。 近几年来,我国工业快速发展,相对应的工业控制领域也是朝着科学化、现代化方向发展,例如对现场运行的各类高压变频器设备控制的要求就是如此。由于高压变频器几乎都是工矿企业的关键设备,对其可靠性的高要求是不言而喻的,因此,对高压变频器的实时数据、运行状态、故障状态和运行参数等进行实时监测并根据具体的情况做出相应的控制,显得尤为重要,为了实现这个目的,我们以工控组态软件mcgs为开发平台进行设计,完成了变频器监控系统的研制。 2 变频器监控系统要求 2.1 监控系统技术要求 (1) 要求监控系统保证各项监测数据的实时准确可靠,减少人为因素影响,提供可靠现场数据支持; (2) 要有良好的可维护性,能够方便地维护系统的正常运行; (3) 能提供友好的人机交互界面,方便现场人员操作; (4) 能提供对实时数据的数据处理和历史数据管理功能; (5) 能提供灵活的接口,为用户提供良好的二次开发功能并能与其他管理信息系统进行信息融合。 2.2 监控系统具体要求 (1) 信号采集和数据处理: 对来自现场的非标准信号数据通过组态软件转换成标准信号。 (2) 状态显示:将变频器启动、停止、就绪、合闸、接通、运转、旁通、告警、外控等状态通过组态软件动态的显示于监控画面上,具有实时、动态效果。 (3) 监控操作: 对频率、温度、电流、电压、风压等进行自动实时监测。 (4) 操作画面:在操作画面上可查询装置的电压、电流、功率、温度等实时和历史数据,还可查询实时、历史曲线和设备状态并可按要求设定和打印出实时报表和历史报表。 3 变频器监控系统的硬件组成 变频器监控系统主要由工控机、打印机、变频控制柜(主要包括plc、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、光纤触发模块、ups电源和一些通讯电缆等)组成,其画面如图1所示。工控机作为监控中心,将变频器所有的运行数据和参数利用串行口通讯方式(rs-485),经屏蔽双绞线送到工控机中,在人机界面上进行实时显示;工控机也可下达指令来控制变频器的启动、停止、复位等。这样就完成了对所有数据的采集传输及命令传送,同时,也可完成管理级功能,如局域网的管理任务、形成管理部门所需数据的记录报表、统计报表等。   4 监控系统软件组态 软件组态部分完成监控系统与操作人员间的交互界面,是实现对整个系统的监视、控制、调度和管理的核心。人机界面分为两部分,一部分是用于日常监视、系统参数设置的主界面,另一部分是用于指示、管理非日常监视信息,如各种报表、曲线及趋势图、历史记录等的子界面。 组态软件运行后,点击公司信息图片后,即进入变频系统监控主界面。在主界面的上方有一排指示灯,用于指示变频系统状态,左下方有一个报警描述状态栏,用于显示变频器当前所有报警信息,右侧的数据显示栏用于显示频率、定子电压、定子电流、压力等实时数据。在主画面的最下方有四个按钮可用来显示本软件系统其他功能:系统参数设置、实时曲线显示、历史数据列表、报警记录查看,当按下相应的按钮后,即进入到其对应的画面中。其画面如图2所示。   4.1 参数设置功能 当按下参数设置按钮后,会弹出用户登录对话框,只有输入正确的密码才能进入该画面进行设置,这样可有效防止非专业人员误操作。该画面主要用于设置变频装置的所有参数,操作人员可以按“参数表”按钮,来查看相应参数的具体用途说明。 4.2 曲线功能 当按下曲线按钮后,进入曲线画面,它能对指定的各监控量进行自动检测,包括反映实时运行状态的电流、电压、频率、功率因数等各种数据画面,方便地提供了指定参数的实时监测曲线。 4.3 历史数据列表功能 按下历史数据按钮后,进入历史数据表格,历史数据列表功能可对指定的监控量进行自动检测、自动存储,并可将各个不同类型的数据分别显示于多幅不同的表格上,利用选择键,方便地选择所需表格画面,并可通过输入具体时间来调出当时的数据记录。 4.4 报警记录查看列表功能 按下报警记录按钮后,可进入报警信息浏览表格,该表格主要用于存储监控系统的故障报警情况。操作者还可通过输入具体时间来调出当时的系统故障记录,并可将该记录进行打印,如图3所示。   5 变频系统监控功能的实现及效果 进行编程后的监测、控制系统,针对变频系统的特点,集实时显示、流程控制、数据采集、数据传输、工程报表、历史曲线和实时曲线显示等功能于一身,并能保存和打印历史数据为系统分析使用。可以完成如下功能: (1)实时监控设备工作状态,实现全生产过程实时管理。高压变频器运行状态十分重要,而监控系统的建立为管理部门提供的实时动态信息,能有效地帮助值班人员及时了解设备工作状态。 (2) 提供灵活的实时曲线和历史曲线显示功能。通过比较当前和历史趋势数据,特别是结合装备安全运行的多参数模型,可以及早报告故障隐患。 (3)实时报表管理方便地解决了现场定时数据抄写、维护及繁琐的数据处理工作,记录员不必再每天花费大量的精力填写报表,提高了企业的办公自动化能力和管理水平,取得了显着的经济效益和社会效益。 (4) 数据化和网络化的管理提高了企业数据的透明度并消除了人为因素,将成本核算纳入更规范的管理体系。 (5) 监控系统具有界面友好,易于操作,运行可靠,便于更改、扩充、升级等优点,同时,系统造价很低,具有较高的性价比。 6 结束语 本系统已经投入实际运行,实现了对高压变频器各参数的在线实时监测与控制,并在实际使用过程中取得了良好效果,加强了职能部门对高压变频器的监测,规范了职工行为。对高压变频器实现了系统化管理,提高了变频设备运转的可靠性,保证了现场的安全运行。

    时间:2015-05-27 关键词: 监控系统 高压变频器 工控组态软件

  • 高压变频器在密炼机上的应用

     文介绍了汇川HD71系列高压变频器在密炼机上的应用,密炼机系统经过变频改造后,克服了传统调速方案带来的启动电流大、转矩响应时间长、配方单一等缺点。 橡胶制品在我们的日常生活和生产过程中应用非常广泛,橡胶行业也是一个巨大的行业,中国每年都会有消耗几十万吨的橡胶制品,胶制品的主要原料是生胶、各种配合剂、以及作为骨架材料的纤维和金属材料,橡胶制品的基本生产工艺过程包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化6个基本工序。 密炼机 橡胶的加工工艺过程主要是解决塑性和弹性矛盾的过程,通过各种加工手段,使得弹性的橡胶变成具有塑性的塑炼胶,再加入各种配合剂制成半成品,然后通过硫化把具有塑性的半成品又变成弹性高、物理机械性能好的橡胶制品。 密闭式炼胶机简称密炼机,主要用于橡胶的塑炼和混炼。密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械,主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成。 目前,国内大多数厂家采用了工频恒速模式传动,电机通过减速机直接拖动密炼机转子运动:整个过程中,包括投入塑料胶及小料、分批加入大料、进一步翻捡,混合和分散、排料等几个不同的工艺阶段,但在电机恒速拖动下造成了以下几个问题: 1. 启动电流大 密炼机工频启动时,电机瞬间电流高达正常运行6~10倍,容易对电网造成影响,造成电网被拖垮,同时电机启动时冲击力矩过大,容易造成电机损坏。 2. 转矩响应时间长 密炼机运行周期一般在3-6min,其中高过载运行时间一般在2%左右,即3.6-7.2s,分两至三次进行,每次转矩响应要求在毫秒级时间内进行,长期工频运行电流冲击对电机损坏非常严重。 3. 配方单一 传统密炼机采用减速箱作为传动装置,减速机减速比单一,所以密炼机只能进行制定配方的混炼,如果需要更换配方,则需要对减速机进行改装,使之适应更改后配方的速度,这样会使生产周期延长,降低生产效率,减少用户效益。 4. 故障后无应急处理措施 密炼机负载变化大,响应时间短,所以对电机损害很大,当电机发生故障时,系统无法针对故障采取处理措施,导致胶料在密炼机容室内硬化,对机械和生产造成很大影响。 以上缺点都给企业造成了很多直接或间接的经济损失,这与现在创建节能型社会是不相符合的,因此对密炼机进行变频改造对节约社会能源、增加企业的经济效益都具有非常现实的经济意义和社会意义。 二、现场情况 山东某轮胎厂,一期工程包括4条全钢轮胎生产线和4条半钢生产线,每条生产线上配置有一台2500KW电机驱动的密炼机和一台1250KW电机驱动的密炼机,且每台密炼机都配置高压变频器进行调速,该轮胎厂13年采购汇川高压变频器,并在13年10月份投运。 此应用挑选了全钢一台GK400的密炼机作为描述对象,密炼机相关技术参数如下: 三、方案描述 3.1变频系统介绍 根据密炼机对变频器的特殊要求,苏州汇川技术有限公司选配变频器的型号为HD71-J100/2500-DB,该产品是苏州汇川技术有限公司专门针对密炼机而开发的行业转机,该变频器采用先进的磁链闭环控制,具有启动无冲击、过载能力强、低频大转矩、点动排胶、单元旁路、操作方便、质量可靠等优点。 3.1.1一次系统方案图 3.1.2 HD71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6kV、10kV两个系列。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/T 14549-93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。 功率单元采用三相交流输入,整流滤波后形成直流电压,经IGBT H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,等到情况允许时再停机排除故障。 汇川公司HD71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) 磁链闭环矢量算法 HD71系列高压变频器具备独有的磁链闭环矢量控制技术,是高压变频器领域最好的控制算法,它通过定子坐标系进行磁通、转矩、转速闭环控制,采用励磁电流与转矩电流解耦控制,综合了转子闭环矢量控制技术和DTC系统之所长,弥补各自的主要不足,使得控制系统具有静/动态性能好、鲁棒性强、调速范围大等优点,特别适用于要求低频大转矩、调速精度高的场合。 2)快速单元旁路技术 HD71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。HD71的快速单元旁路技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。 3) FVC-SVC无扰相互切换 通过矢量算法在电机编码器故障时自动切换至无编码器控制模式,减少由于编码器故障造成的影响。 此项技术对于密炼机控制精度和生产效率有很大的提升,有效解决了因编码器故障造成的停产(编码器故障时别家公司易造成停机,影响极大),目前其他公司无此技术。 4) 大功率点动技术 在正常工作时,HD71驱动密炼机电机正常运动;当密炼机系统发生故障或发生堵胶现象时,变频器可以通过点动功能进行点动排胶,减少了用户因此造成的工时、工料的浪费。 5)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。 6) 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。 四、变频改造优势 变频调速作为近年来兴起的一门新技术,它是通过改变电源频率来实现速度的调节,因其具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等特性越来越被人们所重视。相比传统调速方式,其优势如下: 1) 简化了配方更换的过程。不同的胶料在炼制过程中需要不同的速度和温度,采用传统方案,每一次更改配方都需要改变减速机减速比,费时费力,严重影响了生产效率; 2) 实现了密炼机的软启动功能。密炼机启动负载重,长期运行易使减速箱高速杆断裂,造成重大经济损失。 3) 启动平滑,输出转矩大,冲击小,可实现重载启动。 4) 转矩响应快。密炼机需要快速进行高低转矩的切换,汇川技术独特的电流跟踪技术可轻易的解决此项问题。 5) 有效的减少了密炼机系统故障对生产的影响,可通过故障时点动功能快速排料,继续生产。 6) 节能。密炼机在投料和排料阶段通过低速进行,有效的降低能量消耗,节约能源成本。 五、结束语 汇川HD71系列高压变频器已经在密炼机行业有几十台的应用,标志着苏州汇川技术有限公司生产的高压变频器对密炼机行业的特殊应用已经达到了国内领先水平,而先进的磁链闭环控制算法更是国际首创,同时针对密炼机特殊的工艺需求,我们配置了点动排胶、单元旁路、闭环切开环等功能,大大提高了密炼机的生产效率,降低了设备的维护量,降低了能耗。 六、现场应用照片 整机图片 电流电波

    时间:2015-02-17 关键词: 嵌入式 高压变频器 密炼机

  • 高压变频器市场空间下半年将有所扩大

    变频器行业由于其上半年业绩增长较强,下半年依然被看好,受到机构密集关注。据对深交所披露的互动易信息统计,8月份机构对变频器行业进行了多次高频度调研,包括中国人寿资产、国投瑞银、新华资产、展博投资等机构近期重点调研该行业。其中英威腾本月被调研6次,汇川技术被调研5次。 在机构关注的背后,事实上是行业内公司的高速增长。业内人士介绍,变频器主要应用于纺织、印刷、电梯、机床和生产流水线等行业,其运用是以节能为目的。广泛推广应用变频器,有利于为企业降低能耗,节约成本。 中国变频器市场目前正处于一个高速增长的时期,在纺织机械、空调、电梯、冶金等行业得到广泛应用。在过去的几年内中国变频器的市场保持着较高增长率。据测算,按照中国市场的需求计算,至少在10年以后市场才能饱和并逐渐成熟。因此,中国变频器市场具有广阔的发展空间。从市场格局来看,我国市场上的国产品牌市场份额仅占20%至25%。虽然国内变频器有英威腾、汇川技术等,但与国外知名品牌相比,还存在较大差距,国产品牌进口替代空间巨大。 目前国产变频器已在油田钻采、轨道交通、家电和能源等部分中高端市场占领一定的市场份额。同时,在节能减排大方向下,下游传统的电力、冶金、水泥、石化等高耗能行业是节能减排的重点,高压变频器市场空间或将有所扩大。 需要注意的是,变频器产品与下游工业企业相关度很大,业绩表现滞后于下游工业企业约2-3个月。从整体宏观经济增长预期看,下游工业企业景气度将有所好转,但是仍难言乐观,未来政策导向可能成为最主要的驱动力。 从行业内公司增长情况来看,其上半年均实现了较好的增长。这也是机构在半年报后密集调研的重要原因。有分析人士指出,上半年以来我国宏观经济偏向弱势,尽管如此,但从近期行业内上市企业披露的半年报来看,市场发展的实际景气度超出市场预期。

    时间:2013-09-03 关键词: 高压变频器

  • 2013年中国高压变频器市场发展与预测

    从2012年的市场表现来看,由于国内需求下滑,导致竞争异常,严重影响了高压变频器的销售价格,而人力和固定支出成本居高不下,对产品的利润空间造成双向挤压。通用型高压变频器利润下降严重,所以部分企业研究标准化产品,达到规模生产,以求降低成本;高性能高压变频器利润率受影响较小,所以部分外资企业逐渐收缩通用型市场,加大对高性能市场的投入。   2012年部分企业高压变频器产品利润率状况 未来发展预测 "十二五"期间,我国将在智能电网与特高压、高速列车、新能源汽车、深海工程等领域启动国家重大创新基地建设试点工作。国家科技部、国家发展和改革委员会印发《"十二五"国家重大创新基地建设规划》,智能电网与特高压入围国家重大创新基地建设。国家重大创新基地是指以实现国家战略目标为宗旨,以促进创新各个环节紧密衔接、实现重大创新、加速成果转化与扩散为目标,设施先进、人才优秀、运转高效、具有国际一流水平的新型创新组织。     图表:近几年可调速高压大功率电机容量与改造比率对比 在节能减排和"美丽中国",我们预测十二五期间,高压变频器依然保持良好发展。PM2.5事件将对快速推动节能环保市场的发展。     中国高压变频器市场规模预测(2011年-2015年E) 201120122013E2014E2015E 市场规模(亿元)68.6064.4870.2891.36118.77 市场增长率40.5%-6.0%9.0%30%35% 高压变频器应用的最主要的就是风机和水泵,在2012年风机和水泵仍然成为主要的增长设备。另外压缩机和输送设备也会有相应的增长。   增长点所在主要设备 未来五年,中国高压变频器市场如保持年均25%左右的增长率,到2015年国内高压变频器的市场规模将达到120亿元左右。

    时间:2013-06-05 关键词: 发展 2013 通信网络 高压变频器

  • 高压变频器行业分析 2013年2季度有望全面复苏

    1.高压变频器行业与工业自动化项目型市场关联度较大。 高压变频与工业自动化项目型市场关联度较大,与小型自动化关联度较小。12年中小型自动化市场萎缩,OEM市场萎缩,但是项目型市场保持稳定。从去年4季度看,工业自动化市场有回暖迹象。全年看,产品市场萎缩6.9%,但是工程服务市场保持增长。 2.高压变频器行业12年4季度企稳,预计13年2季度全面复苏。 2012年高压变频器行业萎缩6%,市场规模49亿。受经济影响,去年高压变频器行业1-3季度呈萎缩态势,但是4季度后,随着政府投资的落实,还有一些项目在两会后的陆续放出,行业逐步企稳。预计13年2季度后,高压变频器行业会随着整个项目型市场全面复苏。 3.石化、化工、电力、水工业下游对高压变频器需求好于建材、矿山。 行业下游冷暖两重天。从下游高压变频器市场规模增速看,好的行业是水化工化工、石化、石油,行业增幅分别达到10%、7%、6%、6%;增速较差的行业有冶金、建材、矿山、电力,分别萎缩7%、8%、9%、12%。 4.内资占比超过55%,合康变频市场占比13%,跻身行业第一。 虽然整个市场没有持续爆发式增长,但是国内变频器品牌已经涵盖了几乎所有领域,而且相对国际品牌有信价比优势。目前看,内资高压变频器的市场占比已经超过55%。从企业排名看,合康变频增长13.2%,市场占比13%,已经跻身行业第一;利德华福市场占比12%、西门子占比11%、ABB占比9%、东方日立占比5%。国电四维发展速度较快,12年增长44%,行业占比接近5%。 5.内资企业价格战几乎不可能,外企还有很大利润空间。 这五年来看,整个高压变频器价格的底线到了。外资品牌至少还有10%个点的空间。西门子、ABB、东芝三菱,可能有特价,但不会全面降。他们通过代工或是其他品牌做。但是仍然价格高。 据监测数据显示:2013年1-4月,我国累计生产移动通信手持机43506.3万台,与去年同期相比增长了19.2%。4月当月,我国移动通信手持机产量为11440.4万台,同比增长19.6%。

    时间:2013-05-24 关键词: 分析 2013 复苏 高压变频器

  • 高压变频器无速度传感器矢量控制转速辨识

    摘要:针对级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制,研究了一种基于两相旋转坐标系下模型参考自适应系统(MRAS)来辨识异步电机转速的方案。仿真和实验结果表明,该转速辨识方案结构简单,易于实现,能准确地估计电机的磁链和转速。 关键词:变频器;异步电机;无速度传感器;转速辨识 1 引言     级联高压变频器广泛应用于大功率风机、泵类的起动与变频调速,且节能效果明显。然而为了满足高性能的调速需要,具有优良控制性能的矢量控制级联高压变频调速系统的理论和应用技术研究逐渐成为广泛关注的热点。要实现高压变频器的矢量控制,必须对速度进行闭环控制,但速度传感器的安装、维护、非线性和低速性能等方面的问题,影响了高压异步电动机调速性能的简单性、廉价性和可靠性。因此,无速度传感器矢量控制已成为交流传动领域重要的研究课题。     至于异步电动机转速辨识,国内外学者提出了许多转速辨识方法。由于应用MRAS方法原理简单,易于实现,在无速度传感器矢量控制系统中得到了广泛应用。     传统MRAS算法分别以两相静止坐标系下转子磁链电压模型和两相旋转坐标系下转子磁链电流模型为参考模型和可调模型。通过调节可调模型中所需辨识的转速值,使两模型所计算的磁链差值趋于零,从而辨识电机转速。但此速度辨识方法易受采样电压电流直流偏移的影响,实际应用中稳定性较差。基于此,以改进型转子磁链电压模型为参考模型,以两相旋转坐标系下转子磁链电流模型为可调模型,通过对两模型计算的转子磁链角度差进行PI调节来辨识异步电动机的转速。最后基于此转速辨识算法,分别在Matlab仿真软件和以TMS320F28335型DSP芯片为核心的级联高压变频器异步电机实验平台上完成了仿真和实验。通过仿真和实验表明,该MRAS转速辨识方案应用在级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制系统中结构简单,易于实现,而且能准确地估计电机磁链及转速。 2 级联高压变频器电路结构     级联高压变频器主电路如图1所示。该电路由于结构和控制方法都易于向更多电平数扩展,故已成为目前最受关注的多电平电路形式。其主要特点有:①电机侧逆变单元采用H桥级联方式,使用低压器件实现高压输出。由于各功率单元结构相同,易于模块化设计和封装;②直流侧采用独立电源供电,无需箝位器件,也不存在电压均衡问题;③采用级联方式,分别对每一单元进行PWM控制,保障了装置的可靠运行,结合现代交流电机的高性能控制算法,可实现在多种场合下的应用。采用低压变频器级联构成高压变频器的功率器件可采用晶闸管或可关断器件,选择余地较大。特别是随着GTO,IGBT的成熟应用和IGCT等新型全控型器件的出现,以及以DSP为核心的高性能数字控制技术的迅猛发展,级联高压变频器得到了广泛应用。 3 基于旋转坐标系下MRAS速度估算 3.1 改进型转子磁链电压模型     异步电机在两相α,β坐标系下的转子磁链电压方程为:         式中:ψrα,ψrβ为转子磁链在α,β轴上的磁链分量;Rs为定子电阻;Lm为互感;Ls为定子每相绕组的等效自感;Lr为转子每相绕组的等效自感;usα,usβ,isα,isβ为定子电压、电流在α,β轴上的电压、电流分量;σ为漏磁系数。     由式(1)可知,转子磁链电压模型中不包含转子电阻Rr,因此受转子参数的影响较小。但电压模型中包含积分环节,磁链计算受采样电压电流直流偏移影响较大。将纯积分环节替换为一阶低通滤波环节,可有效消除积分初始值引起的输出误差,但对于输入直流偏置,却无能为力。在此将参考磁链矢量经低通滤波后用以补偿低通滤波环节引入的相位滞后,并且将滤波器的时间常数取为转子励磁时间常数,还可削弱Rs的变化引起的偏差。模型如图2所示。     图2中,截止频率ωc取为转子励磁时间常数Tr的倒数。 3.2 转子磁链电流模型     基于两相旋转坐标系下转子磁链电流模型为:         式中:ωs为转子角速度;ωs为转差角频率;ism,ist为定子电流m,t轴的分量;p为微分算子。     转子磁链旋转角速度:ω=ωr+ωs,转子磁链位置。基于d,q坐标系下的转子磁链电流模型如图3所示。 3.3 转速辨识     图4为MRAS转速辨识结构图。转子磁链电压模型和电流模型比较的是同一状态变量,即转子磁链角度。认为电压磁链模型估计的转子磁链角度真实而又准确。如果电流模型计算的转子磁链角度与电压模型确定的相同,那么转速辨识准确。图4所示的转速估算方法就是对电压模型与电流模型的转子磁链角度差进行PI控制,从而辨识出电机转速。转子角速度辨识公式为:     4 仿真分析     为证实理论与分析,利用Matlab/Simulink搭建了级联逆变器异步电机无速度传感器矢量控制仿真模型。该系统中异步电机模型的主要参数:Rs=87 mΩ,Rr=228 mΩ,Lσs=Lσr=0.8 mH,Lm=34.7 mH,np=2,J=1.662 kg·m2。级联的各单元母线电压Udc=180 V,每相三级功率模块串联。     图5为给定转速分别为100 rad·s-1,120 rad·s-1时电机空载启动到转速稳定后的实际转速与辨识转速仿真波形。     由仿真结果可见,将所研究的改进型MRAS转速辨识方案应用在级联逆变器异步电机无速度传感器矢量控制系统中,能准确地辨识出电机的转速,并且具有较高的辨识精度。 5 实验结果     为了验证所研究的MRAS转速辨识方案,在6 kV级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制实验平台上进行了实验,实验系统硬件结构图如图6所示。级联的功率单元数为6级,各单元母线电压为810 V。实验用异步电机型号为Y-500-3-4,参数如下:1 250 kW,6 kV,星形接法,1 488 r·min-1,50 Hz,给定磁通8 Wb,Rs=225 mΩ,Rr=749 mΩ,Lσs=Lσr=7.1 mH,Lm=371.1 mH。     图7为给定转速先为157 rad·s-1,待电机转速稳定后变为80 rad·s-1,电机空载启动到转速稳定后的转速辨识波形(波形由主控D/A通道口输出至录波仪,500 Hz滤波)。由实验波形可知,动态时转速辨识准确。 6 结论     研究了一种基于两相旋转坐标系的改进型MRAS转速辨识方案,应用在级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制中,省去了速度传感器的安装、维护以及一些工业场所不易安装等问题,并且较传统的基于两相静止坐标系下的MRAS转速辨识方法有了很大改进。仿真和实验结果表明,该改进型MRAS转速辨识方法应用在级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制系统中,能较好地估计电机的磁链及转速,是一种结构简单,易于实现,可靠性高的转速辨识方案。

    时间:2013-04-22 关键词: 辨识 速度传感器 高压变频器 矢量控制

  • 变频器要加入电抗器及电抗器分类和功能

    变压器容量大于变频器十倍以上或变压器容量大于600KVA以上需加装进线电抗器;直流电抗器为改善功率因素用;出线电抗器为保护电机和变频器(出线过长)降低干扰之用. 变频器用到的电抗器有3种:进线电抗器、出线电抗器、直流电抗器。 1、进线电抗器主要作用是抑制进线电源的网侧谐波,增大进线电源主回路的短路阻抗。据此灵活考虑是否使用。 2、出线电抗器主要作用是平衡出线电缆的分布容性负载,增大出线主回路的短路阻抗。并能抑制变频器输出的谐波,起到减小变频器噪声的作用。两台以上变频器并联运行时,还起到限制换相环流和负荷平衡的作用。前者考虑电缆的长度而确定是否使用,后者则必须使用。 3、直流电抗器主要用于公共直流母线型的交-直-交变频传动系统中。如果公共整流器的电流数学模型为感性负载,则必须使用;如果是容性负载,则可以不用。不管哪种情况,使用直流电抗器都能起到抑制直流电流波动的作用。 其功能和作用如下: 降低主电源谐波、浪涌和峰值电流; 提高低频传导抗干扰性; 保护驱动机构的电力电子元件; 提高功率因数; 防止主电源的电压尖脉冲引起的跳闸 工业能源消耗形势仍然严峻 工业节能迫在眉睫 “十一五”期间,工业能源消耗总量逐年增加,由2005年的15.95亿吨标准煤增加到2010年的24亿吨标准煤,占全社会总能耗的比重由70.9%上升到73%左右,钢铁、有色金属、建材、石化、化工和电力六大高耗能行业的能源消耗量占工业总能耗的比重由2005年的71.3%上升到2010年的77%左右。国际上,发达国家绿色贸易壁垒使我国制造业出口面临巨大压力。 政策推动工业节能行业发展 工业节能十二五规划总体目标,到2015年,规模以上工业增加值能耗比2010年下降21%左右,“十二五”期间预计实现节能量6.7亿吨标准煤。钢铁、有色金属、石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、电子信息等重点行业单位工业增加值能耗分别比2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、20%、18%。节能政策推动节能产业发展。 变频器节能效果显着 目前我国发电总量的66%消耗在电机上,而增加变频器节电效率可达30%,在能源价格走高的情况下企业节能效益更加明显。高压变频器与中低压变频的驱动因素不同,高压变频节能效果显着,在国家节能减排政策引导下高速增长,中低压变频器以改善电机运行性能为主,增速靠下游行业带动。未来高压变频将高速发展,低压变频将加速进口替代。 电网建设、风能太阳能发电项目推动无功补偿行业增长 近年来,在国家政策推动下,我国风电、光伏发电发展迅速,但其电压不稳定特性威胁电网的安全,无功补偿是改善其输电质量的核心。能源十二五规划中提出加快发展风能太阳能发电项目,推进智能电网建设,加快实施新一轮农村电网改造升级工程将进一步推动无功补偿领域的发展。 EMC模式助力余热发电发展 余热余压利用在工业节能十二五规划中被作为重点节能工程,规划新增余热发电2000万千瓦。在高耗能行业中余热余压利用较好的为水泥、玻璃、钢铁等行业。我国纯低温余热发电技术经过十几年的开发、研究和实际运行经验,技术装备水平处于国际先进行列,在国际市场上有明显竞争优势,已开拓国际市场。在建设余热发电项目上,EMC模式相比EPC总包工程相比利润更高,现金流更稳定,将是未来节能公司重点发展方向。变压器容量大于变频器十倍以上或变压器容量大于600KVA以上需加装进线电抗器;直流电抗器为改善功率因素用;出线电抗器为保护电机和变频器(出线过长)降低干扰之用.

    时间:2013-03-11 关键词: 变频器 电源技术解析 高压变频器 电抗器

  • 几种高压变频器原理分析及实际应用

    1.引言 电机是工业生产中主要的耗电设备,高压大功率电动机的应用更为突出,而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。 目前,随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大 功率变频调速装置不断地成熟起来,原来一直难于解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用领域和范围也越来越为广范,这为工矿企业高效、合理地利用能源(尤其是电能)提供了技术先决条件。 2.几种常用高压变频器的主电路分析 (1)单元串联多重化电压源型高压变频器 单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联,弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化,就是每相由几个低压功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电,用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。但其存在以下缺点: a)使用的功率单元及功率器件数量太多,6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管,60只IGBT),装 置的体积太大,重量大,安装位置和基建投资成问题; b)所需高压电缆太多,系统的内阻无形中增大,接线太多,故障点相应的增多; c)一个单元损坏时,单元可旁路,但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的,造成电压、电流不平衡,从而谐波也相应的增大,勉强运行时终 究会导致电动机的损坏; d)输出电压波形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出; d)输出电压波 形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出; e)由于系统中存在着变压器,系统效率再提高不容易实现;移相变压器中,6kV 三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3)延边三角形接法,在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时,产生的内部环流,必将引起内阻的 增加和电流的损耗,也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时,再加上变压器的铁芯的固有损耗,变压器的效率就会降低,也就影响了整个高压变频器的效率。这 种情况在越低于额定负荷运行时,越是显著。10kV时,变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%,但在轻负荷时,效率低于90%。 (2)中性点钳位三电平PWM变频器 该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部 分采用传统的三电平方式,所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量,这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧必须配置输出LC滤波器才 能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因,电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响,只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态,但随着转速的下降,功率因数和效率都会相应降低。 多电平+多重化高压变频器。多电平+多重化高压变频器的本意是想解决高压IGBT的耐压有限的问题,但此种方式,不仅增加了系统的复杂性,而且降低了多重化冗余性能好和三电平结构简单的优点。因此此类变频器实际上并不可取。 此类型变频器的性能价格优势并不大,与其同时采用多电平和多重化两种技术,还不如采用前面提到的高压IGBT的多重化变频器或者三电平变频器。 (3)电流源型高压变频器 功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在线路中串联大电感,再将SCR(或GTO、 SGCT等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。 这种方式虽然使用功率器件少、易于控制电流,但是没有真正解决高压功率器 件的串联问题。因为即使功率器件出现故障,由于大电感的限流作用,di/dt受到限制,功率器件虽不易损坏,但带来的问题是对电网污染严重、功率因数低。并且电流源型高压变频器对电网电压及电机负载的变化敏感,无法做成真正的通用型产品。 电流源型高压变频器是最早的产品,但凡是电压型变频器到达的地方,它都被迫退出,因为在经济上、技术上,它都明显处于劣势。 3.IGBT直接串联的直接高压变频器 3.1 主电路简介 图1.IGBT直接串联高压变频 如图1所示,图中系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器,经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波,再通过 逆变器进行逆变,加上正弦波滤波器,简单易行地实现高压变频输出,直接供给高压电动机。 功率器件IGBT直接串联的二电平电压型 高压变频器是采用变频器已有的成熟技术,应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无输入输出变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%的高压调速系统。 对于需要快速制动的场合,采用直流放电制动装置,如图2所示: 图2.具有直流放电制动装置的IGBT直接串联高压变频器主电路图

    时间:2012-08-23 关键词: 分析 原理 高压变频器 实际应用

  • 高压变频器日常运维需注意什么

    在夏季高压变频器维护时,应注意变频器安装环境的温度,定期清扫变频器内部灰尘,确保冷却风路的通畅。加强巡检,改善变频器、电机及线路的周边环境。检查接线端子是否紧固,保证各个电气回路的正确可靠连接,防止不必要的停机事故发生。   一、日常巡检需要注意事项   1、 认真监视并记录变频器人机界面上的各显示参数,发现异常应即时反映。   2、 认真监视并记录变频室的环境温度,环境温度应在-5℃~40℃之间。移相变压器的温升不能超过130℃。   3、 夏季温度较高时,应加强变频器安装场地的通风散热。确保周围空气中不含有过量的尘埃,酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体。   4、 夏季是多雨季节,应防止雨水进入变频器内部(例如雨水顺风道出风口进入)。   5、 变频器柜门上的过滤网通常每周应清扫一次;如工作环境灰尘较多,清扫间隔还应根据实际情况缩短。   6、 变频器正常运行中,一张标准厚度的A4纸应能牢固的吸附在柜门进风口过滤网上。   7、 变频室必须保持干净整洁,应根据现场实际情况随时清扫。   8、 变频室的通风、照明必须良好,通风散热设备(空调、通风扇等)能够正常运转。   二、变频器停机后需要维护的项目   1、 用带塑料吸嘴的吸尘器彻底清洁变频器柜内外,保证设备周围无过量的尘埃。   2、 检查变频室的通风、照明设备,确保通风设备能够正常运转。   3、 检查变频器内部电缆间的连接应正确、可靠。   4、 检查变频器柜内所有接地应可靠,接地点无生锈。   5、 每隔半年(内)应再紧固一次变频器内部电缆的各连接螺母。   6、 变频器长时间停机后恢复运行,应测量变频器(包括移相变压器、旁通柜主回路)绝缘,应当使用2500V兆欧表。测试绝缘合格后,才能启动变频器。   7、 检查所有电气连接的紧固性,查看各个回路是否有异常的放电痕迹,是否有怪味、变色,裂纹、破损等现象。   8、每次维护变频器后,要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等,防止小金属物品造成变频器短路事故。特别是对电气回路进行较大改动后,确保电气连接线的连接正确、可靠,防止‘反送电’事故的发生。  

    时间:2012-07-23 关键词: 高压变频器

  • 高压变频器的结构特征分析

    1.高压变频器的结构特征 1.1电流型变频器 变频器的直流环节采用了电感元件而得名,其优点是具有四象限运行能力,能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流,装置结构复杂,调整较为困难。另外,由于电网侧采用可控硅移相整流,故输入电流谐波较大,容量大时对电网会有一定的影响。 1.2电压型变频器 由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名,其特点是不能进行四象限运行,当负载电动机需要制动时,需要另行安装制动电路。功率较大时,输出还需要增设正弦波滤波器PLC维修。 1.3高低高变频器 采用升降压的办法,将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器,将电网电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内,经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电,再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。 这种方式,由于采用标准的低压变频器,配合降压,升压变压器,故可以任意匹配电网及电动机的电压等级,容量小的时侯(<500KW)改造成本较直接高压变频器低。缺点是升降压变压器体积大,比较笨重,频率范围易受变压器的影响。 一般高低高变频器可分为电流型和电压型两种。 1.3.1高低高电流型变频器 在低压变频器的直流环节由于采用了电感元件而得名。输入侧采用可控硅移相控制整流,控制电动机的电流,输出侧为强迫换流方式,控制电动机的频率和相位。能够实现电机的四象限运行线路板维修。 1.3.2高低高电压型变频器 在低压变频器的直流环节由于采用了电容元件而得名。输入侧可采用可控硅移相控制整流,也可以采用二极管三相桥直接整流,电容的作用是滤波和储能。逆变或变流电路可采用GTO ,IGBT,IGCT 或 SCR元件,通过SPWM变换,即可得到频率和幅度都可变的交流电,再经升压变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是,在变流电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器(F),否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热,或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高,一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。 1.4高高变频器 高高变频器无需升降压变压器,功率器件在电网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决,目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级,其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题,技术复杂,难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器,故其效率较高低高方式的高,而且结构比较紧凑。 高高变频器也可分为电流型和电压型两种。 1.4.1高高电流型变频器 它采用GTO,SCR或IGCT元件串联的办法实现直接的高压变频,目前电压可达10KV。由于直流环节使用了电感元件,其对电流不够敏感,因此不容易发生过流故障,逆变器工作也很可靠,保护性能良好。其输入侧采用可控硅相控整流,输入电流谐波较大。变频装置容量大时要考虑对电网的污染和对通信电子设备的干扰问题。均压和缓冲电路,技术复杂,成本高。由于器件较多,装置体积大,调整和维修都比较困难。逆变桥采用强迫换流,发热量也比较大,需要解决器件的散热问题。其优点在于具有四象限运行能力,可以制动东芝CT维修。需要特别说明的是,该类变频器由于较低的输入功率因数和较高的输入输出谐波,故需要在其输入输出侧安装高压自愈电容。 更多资讯请关注:21ic模拟频道

    时间:2012-06-11 关键词: 高压变频器 特征分析

  • 10MW级高压变频器在600MW机组给水系统中的应用

    摘 要:本文针对600MW机组锅炉给水系统,应用国产10MW级高压超大功率变频器代替液力耦合器机械调速,提高给水泵系统机械效率、节能降耗的经验进行了积极探讨。通过实践证明:在既有液力耦合器调速的基础上,通过高压变频器应用仍可以取得良好的节能收益。 关键词:给水泵 高压变频 应用 一、项目现状 1、概况 国电河北某发电公司现有600MW火力发电机组两座,采用单元制运行结构。每台锅炉给水系统配备有凯士比生产的机组满发流量50%的电动变速给水泵三台,采取两用一备方式运行。给水泵系统由前置泵、电动机、液力耦合器、给水泵本体组成。其工艺流程是将除氧器水箱出来的三根低压给水管分别经前置泵、给水泵增压后汇管进高压加热器、锅炉省煤器、等加热设备,进入汽水分离器维持液位稳定运行。该系统工艺流程如图一所示。 图一、给水系统工艺流程图 为保证锅炉运行处于安全状态,目前机组通过调节给水泵液耦输出转速的方式改变给水流量,控制汽水分离器液位稳定。给水泵液力耦合器配有增速齿轮,使涡轮的转速高于原动机的转速,在这个较高的转速值下往降低转速的范围内调速运行。机组在350MW及以下低负荷时,单台给水泵运行;350MW以上高负荷时,两台给水泵并联运行,液耦调速器输出转速在69%~91%之间调节,系统无给水调门。 2、液力耦合器调速系统存在的问题 2.1 给水泵采用液耦传动调速运行,传动损失大、系统效率低,造成大量能源浪费。 2.2 液耦调速器属柔性连接驱动,采用勺管开度调节时系统响应速度慢、调节死区大、线性度差。 2.3 液耦调速器采用高压传动油工作,在机械能传递过程中产生大量热量损失。 2.4 10MW级高压给水泵直接启动过程中,5~8In峰值电流对电网冲击明显。 解决上述问题的重要手段之一,是采用目前高效、节能、并广泛应用的高压变频器电子调速方式替代液力耦合器的机械调速方式。利用高压变频器替换目前给水泵液耦调速控制,满足给水系统工艺调节需求的情况下,降低给水泵组的厂用电率耗能水平。这样,不仅改善和提高系统调节性能,而且提高系统运行效率、降低给水泵电耗,为降低电厂用电率提供了良好的途径。 二、技术方案的选择 目前,600MW机组锅炉给水泵组的动力系统具有功率大、无其它第三方调速手段、不能够带载直启、技术安全可靠性要求高等特点。如果采用变频调速技术进行节能改造,变频器调速的优点是调速效率高,启动能耗低、调速范围宽、可实现无级调速,动态响应速度快、死区小、操作简便,且易于汽包水位PID调节策略实现。变频改造系统宜采用简单的一对一直联拖动结构。 由于给水泵设备原先使用液力耦合器实现给水泵的启动、调速等功能;现改用高压变频调速控制后,结合系统结构考虑有以下两种方案可选择: 方案一:将液力耦合器保留不变,勺管开度至100%输出,实现传动和增速作用。变频器通过电气特性控制电动机转速实现给水泵的流量调节。这种方法的弊端是,没有拆除液力耦合器,对液力耦合器的维护同样存在;同时由于液力耦合器本身的效率问题,仍存在一定的节能率下降。 方案二:拆除液力耦合器,更换为增速齿轮箱实现刚性传递联接;解决系统机械力矩传递中的效率损失问题。由于需重新制作更换机械设备,工程改造周期长,设备投入和停机损失均较大。因此,在实际操作中存在一定的实施问题。 鉴于上述情况,结合国电河北某电厂的实际情况,拟采用方案一的改造方式予以论证是实施。 三、技术方案 1、一次动力系统方案 主动力系统方案为两台给水泵使用两台变频器一拖一的方式。原3#给水泵工频备用的方式不变,仍处于备用模式。具体系统结构原理如图二所示。 图二、一次动力系统原理图 其中,QF表示高压开关、TF表示高压变频器、QS表示高压隔离开关,M表示给水泵电动机;QF10、QF20、QF30、QF31、M为现场原有设备。正常运行时QF11、QF12、QF21、QF22处于合闸状态,将变频器输出与电动机连接。当给水泵或电动机需要进行检修时,停止变频器运行,并将高开隔离开关柜手车拉出断开位,确保运行及检修安全。变频器对输出侧电动机提供过压、欠压、过流、过载、速断、缺相、接地等完全电动机保护功能,可省去中性电柜和差动保护装置的变频条件应用。 当变频器故障检修时,给水泵可以切换为工频运行,开关状态为:QF11、QF12、QF21、QF22在断开位,QF13、QF23在闭合位。 2、二次系统控制 该系统经变频改造后,原电气系统中电动机差动保护回路取消,电动机过载、过流、过压、欠压、缺相、速断、接地等保护功能由变频器实现。液力耦合器的转速调节指令与转速反馈信号接至变频器侧用于变频器转速调节。其它有关液力耦合器的控制监测信号取消,原有DCS给水系统控制策略不变。 为确保系统的安全可靠性,系统采用分级、分段、模式识别的多重保护措施,确保保护有效不拒动、不误动、保护适当有效。该系统保护主要包括: 1) 变频器上口输入高压开关QF1配备变压器综合保护装置对变频器实施保护; 2) 变频器输入侧配备过流、过载、接地、缺相、过电压、欠压、变压器过热保护; 3) 变频器输出侧配备过流、速断、过载、缺相、过电压、欠压、单元过热等保护; 本技术方案提供HARSVERT系列完美无谐波系列高压变频器。该系列变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。变频器具有对电网谐波污染小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性,不必加输出滤波器,就可以适用于普通异步电机等优势 四、10MW级超大功率高压变频技术要点 1、关键器件选择 高压变频器内部的主要逆变部分,采用的是德国优质品牌第四代IGBT芯片和PRIMEPACK封装技术生产的高性能IGBT,其技术优势主要体现在: 1) 第四代IGBT改善了IGBT的动作特性,使之比第三代IGBT的动作更加柔软; 2) 第四代IGBT在不产生严重电压尖峰毛刺的情况下可以适应更小的驱动电阻,实现了较第三代IGBT更低的开关损耗; 3) 第四代IGBT增强了的芯片的温度特性,可以运行于150℃,最高耐受温度为175℃,而第三代IGBT只能运行于125℃,最高耐受仅为150℃; 4) 第四代IGBT与第三代IGBT拥有一样的短路耐受能力,可以保证工作的安全可靠; 5) 第四代IGBT与第二代第三代IGBT相比较,在功率循环寿命方面表现优异,具体如下表: 6) 第四代IGBT保持了第三代IGBT的正温度特性,易于并联。 2、器件均流问题 由于单只IGBT芯片的通流能力有限,大功率产品通常采用IGBT并联来提高输出电流能力。IGBT本身具有正温度系数,具有自均流能力,适合并联。为了保证设备的可靠性,元器件首先在容量计算时提高设计裕量系数,近似两倍的余量。 采用动态均流和静态均流技术,降低IGBT的饱和压降Vce(sat)、反并联二极管的正向压降Vf对静态均流效果的影响;以及IGBT的跨导gfs和栅极-发射级阈值电压Vge_th、反并联二极管的反向恢复特性对动态均流效果的影响。 3、器件散热问题 在超大功率变频器中,发热功率密度远大于常规变频器,采用常规的散热结构无法满足高密度散热的需要。为此我们采用特殊的散热结构及布局设计,提高散热功率密度,优化热场分布,以避免IGBT结温过高导致器件损坏。 4、大电流电磁噪声抑制问题 IGBT开关动作时,在母排寄生电感上产生的尖峰电压是造成IGBT损坏的一个主要原因。该电压正比于工作电流、寄生电感、反比于IGBT动作时间。由于IGBT动作时间在不同电流下变化很小,在设备电流增大时,尖峰电压将随之等比例增加。IGBT并联的主电路结构造成线路感抗差异,这些感抗的不同将严重影响IGBT的动态工作特性,采用对称型主电路结构,大电流噪声得到有效抑制。 五、节能效益分析 在600MW锅炉给水系统中采用高压变频调速取代液力耦合器调速方式后,液力耦合器的效率稳定在97%,液耦损失减到了最低水平。通过变频调速的应用,给水泵驱动系统的效率得到提高。系统传动效率和功率传递关系如下图四所示。 图四、变频改造后效率与功率传动示意图 给水系统经变频改造后,在不同负荷条件的功耗计算数据如下表一所示。 由上述数据分析可知,在600MW机组锅炉给水系统超大功率设备应用条件下,采取高压变频器调速替代液力耦合器调速方式,仍可取得良好的节能效果和显著的节能收益。对进一步降低机组厂用电率水平具有切实意义。 参考文献:倚鹏.高压大功率变频器技术原理与应用.北京:人民邮电出版社,2008.

    时间:2012-05-30 关键词: 600 10 高压变频器 智慧工业 mw

  • 科陆高压变频器的应用实例

    空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费 2(1)交流异步电动机的转速公式为: n=60f(1-s)/p 其中 n—电机转速 f—运行频率; p—电机极对数 s—转差率; 2(2) 空压机加、卸载供气控制方式存在的问题 2.1 能耗分析 加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin~Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下,Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示: Pmax=(1+δ)Pmin δ是一个百分数,其数值大致在15%~30%之间。     在加、卸载供气控制方式下的空压机,所浪费的能量主要在2个部分: (1) 加载时的电能消耗   在压力达到最小值后,原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量,从而导致电能损失。另一方面,高于压力最大值的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。另外,空压机本身通过检测压力,自动调节进气门,一部分能量消耗在进气门上。 (2) 卸载时电能的消耗   当压力达到压力最大值时,空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%~25%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之,该空压机20%的时间处于空载状态,在作无用功。很明显在自动调节进气门与加卸载供气控制方式下,空压机电机存在很大的节能空间。 2.2 其它不足之处   (1)靠机械方式调节进气阀,使供气量无法连续调节,当用气量不断变化时,供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀,会加速进气阀的磨损,增加维修量和维修成本。   (2) 频繁采用打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保障。 三、 恒压供气控制方案的设计 电机型号:Y450-2 功率因数:0.87 额定电压:10KV 额定电流:35.1A 额定功率:500KW 额定转速:2975rpm   空气压缩机 额定流量:120 m3/min 额定压力:0.3MPa 变频器: 深圳市科陆变频器有限公司CL2700-10-0630-9QY高压变频器 控制模式:PID恒压控制   针对原有供气控制方式存在的诸多问题,采用深圳科陆变频器有限公司CL2700系列高压变频调速器对上述空压机进行恒压供气控制。采用这一方案时,我们可以把管网压力作为控制对象,压力变送器将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器,与压力设定值P0作比较,并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算,产生控制信号送变频调速器VVVF,通过变频器控制电机的工作频率与转速,从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时,该方案可增加工频与变频切换功能,并保留原有的控制和保护系统,另外,采用该方案后,空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动,实现了软启动,避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。  在以上PID恒压控制模式下,我们根据用户现场的需要,把压力设定值P0设定为0.25 Mpa,当用户生产用气量加大,管网压力低于0.25 Mpa时,变频器输出频率增加,电机转速加快,空气压缩量增大,压力随之上升;当生产用气量减少,管网压力高于0.25 Mpa时,变频器输出频率减小,电机转速减慢,空气压缩量减小,压力随之下降,始终使压力保持在0.25Mpa左右。   四、 改造效益 4.1 工频运行参数测量   电机运行参数:电压:10KV, 有功功率385KW,年运行时间约7200小时,电费0.8元/度;   空压机运行参数:进口阀门开度40%,出口阀门开度100%,出气口压力:0.25MPa。   4.2 变频运行参数测量   电机运行参数:运行频率46HZ, ,有功功率330KW,年运行时间约7200小时,电费0.8元/度;   空压机运行参数: 进口阀门开度80%,出口阀门开度100%,出气口压力0.25 Mpa。   4.3 经济效益 节约电功率:385-330=55(kW) 节电率:(385-330)÷385=14.28% 每年节约电能:55×7200÷10000=39.6(万度) 每年节约电费:39.6×0.8=31.68(万元)   4.4 附加经济效益 1)解决压力波动幅度大,提高精度。 2)解决阀门磨损成本和降低维修量。

    时间:2012-04-14 关键词: 应用实例 高压变频器

  • 随“机”应“变”――高压变频器应用酝酿新突破

    随着工业领域对节能和工艺改善需求的提升,国内高压变频器行业正在经历着年均12%到15%的高速增长。在应用领域,高压变频器正在向高功率、轻便化、高效能、通讯多样化和集成化等方向发展。为了准确把握高压变频器市场的发展态势,本刊自3月份开始,将邀请行业内的部分代表厂家,分两期重点探讨高压变频器行业的未来发展趋势,以飨读者。 高功率、小型化和可靠性 在高压变频器的应用领域中,电力、石油、冶金等许多行业对变频器的功率容量提出了越来越高的要求,更高功率的高压变频器产品已经成为技术发展的一个重点方向,甚至超大功率产品的研发也已经提上日程。另外,面对通常出现的一些较大项目安装空间狭小、受场地限制的变频改造需求,高压变频器产品也在逐渐向小型化和轻型化方向发展。 北京动力源科技股份有限公司节能事业部副总经理褚立峰介绍说,该公司目前的产品功率容量已达到15MW,但目前在现场实际应用的最大容量只有10MW,接下来的研发目标是30MW,功率单元从30A到2000A。褚总分析说,变频器技术本身就存在一个从低压向高压、从小功率向大功率转变的技术发展过程,体现在产品发展趋势上就是变频器产品的功率越来越大,适用于更大规模的电机的节能调速需求。近年来,随着国内电力电子技术的发展,尤其是高电压、大电流的SCR/GTO/IGBT/IGCT等器件的生产及并联、串联技术的运用,使高电压大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 另外,动力源最近还研发生产了HINV-AMCX系列异步电机用小型化产品。该产品系列拥有多项专利技术,具有功率密度高、可靠性强、体积轻巧、可一体化运输、维护便捷等特点。 国内高压变频器知名企业北京利德华福电气技术有限公司产品设计部经理张钊指出,随着高压变频器技术的不断成熟,客户对节能和工艺改善方面的变频改造需求不断增加,为高压变频器行业带来市场机遇的同时,也带来了前所未有的挑战,为了适应更高可靠性、更广泛工艺工况、更大功率等级以及符合更多国家和地区特殊电压等级的要求,需要不断地提升高压变频器的设计、制造水平。 当然,对产品进行升级改进和扩容,都必须建立在产品可靠性的基础上。变频器的出现为工业领域的工艺改善和节能起到了不可替代的作用,但由于机器的工作恶劣环境和工况要求高,质量水平一般的变频器给设备带来的很可能是麻烦,而不是改善。 据介绍,利德华福高压变频调速系统的可靠性设计措施包括:控制系统由主控单元、SCHNEIDER或SIEMENSPLC、中文操作界面组成;控制器采用VME标准箱体结构,各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和表面焊接技术;电源系统采用开关电源技术,各部分功能单元采用独立供电措施,保证某一部分发生故障时,其它部分仍能可靠运行,等等。 三垦力达(江阴)市场部总监Shelley表示,三垦高压变频器产品在稳定性和可靠性方面要求很高,控制部分采用双电源供电,提高电源稳定性,可实现高压或低压电源短时失电情况下的稳定运行;同时,开关电源也采用双回路设计,即使某个开关电源发生损坏也不会影响整机运行;虽然整机过载率为120%一分钟,但从可靠性考虑,单元按120%过载长时间运行设计。 烟台东方科技环保节能有限公司在产品研发、制造和服务的整个生命周期中都始终贯穿着稳定和可靠的理念。副总经理施明贤介绍,其产品核心器件选用原装进口,并经过严格的测试和老化,并自主研发硬件平台,利用32位MCU+DSP+FPGA架构和核心算法FPGA硬件编程实现,引进多条日本、德国原装贴片和波峰焊生产线及自动检测设备,确保电子元器件的贴装无虚焊、粘连。此外,拥有丰富经验的电力系统工程团队,对现场施工、调试具有严格的流程,确保规范操作,减少失误概率,为产品的稳定可靠严把最后一道关口。 行业化开发乃重中之重 变频器行业经过多年的发展,用户需求的已经不再是一种单纯意义的变频器产品,还包括由变频器延伸出来的有源电力滤波器、同步补偿器等相关配套产品。最大程度地贴近客户,为客户提供成套的供电服务解决方案,进行详细认真的行业化开发,已经成为企业市场策略中的重中之重。 利德华福营销副总监兼EPC项目总监刘晓永表示,要做好行业化开发关键是对行业应用的特点要有深入的了解研究,才能解决行业的特殊需求,而煤矿和化工是该公司下一步要重点开发的新行业。 该公司产品设计部经理张钊也表示,所有的应用场所对高压变频器的共同要求就是连续运行的可靠性,因此需要尽一切方法来开发出适应各个行业特殊情况的配套产品技术。“比如,利德华福针对火力发电厂开发出了协调控制系统,针对钢铁厂开发出了无扰投切技术和快速加减速相应技术,而针对水泥生产我们的设备还要适应负荷突变的工况。”张钊说。据了解,利德华福为济南钢铁和重钢开发的烧结机主抽风机二拖二同步投切互为备用变频调速系统就是这方面的杰作。 三垦力达为包头第二热电厂吸、送风机系统提供的两套6kV/2240kW高压变频设备,不仅可以根据发电量的变化,调整给定频率来实现对吸风机系统风量的快速调节,还考虑了变频器在加减速时间过短造成的过压或过流问题的自适应,大大提高了变频器的动态响应,避免了因吸风机负载惯性较大调整时间过短可能导致的故障。三垦力达市场部总监Shelley告诉记者,该公司高压变频器产品已广泛应用于电力、冶金、水泥、市政供水、石化等行业领域,均取得了很好的节能效果。 随着海洋船舶运输业的快速发展,海洋平台上各种耗能电机负载的节能改造成为了变频器行业的新兴市场。但海洋平台由于其环境的特殊性,对设备的要求特别苛刻,气候条件恶劣、安全要求高、生产成本高且维护困难、费用高,同时空间和重量受限制,因此客户在高压变频器的选用上非常谨慎,一直是国外品牌的天下,国产品牌的应用比较少。 虽然有如此多的难度,但据透露,北京动力源科技股份有限公司已经把海洋平台变频器作为下一步技术研发重点。该公司节能事业部副总经理褚立峰分析说,海洋平台寸土寸金,要求变频器越小越好,必须确保变频器一次投运成功,对可靠性要求极高,并要求故障后能迅速恢复运行。同时,平台上盐雾大,室内屋顶上经常有滴水,变频器需要作防滴(防护等级IP31)和三防(防霉、防潮、防盐雾)处理,针对这一新兴行业,高防护等级的高压变频显得十分必要。 针对行业化开发,烟台东方科技环保节能有限公司副总经理施明贤表示,企业只有对相关行业的背景及工艺进行详细分析掌握,才能根据需求提供量身定制的系统化解决方案,而不仅仅是提供单一的产品。 该公司自主研发的DF5000系列高压变频器就结合了许多应用场合的特点,已经广泛应用于电力、冶金、石化等行业。 施总举例说,水泥行业高温风机就具有典型的特殊性,由于现有工艺经常会发生风道“塌料”现象,造成电机过流,如果处理不当会出现保护性跳闸现象。如果只是简单地满足电机过流阀值的要求,那么高温风机所配置的变频器功率将可能成倍的增加,而且只是在“塌料”的短时间内才会用到额定功率,造成用户的采购成本极大地浪费。该公司采用专利算法圆满地解决了这一问题,使变频器配置的功率比较合理,同时又避免“塌料”问题造成的变频器过载保护性跳闸。 防干扰、能效更高 虽然高压变频器有其节能效果明显、方便调节、维护简单和网络化等优点,但因为高压变频器特殊的工作方式带来的干扰变得越来越不容忽视。一是高压变频器产生的谐波对电网产生传导干扰,引起电压畸变,影响电网供电质量;二高压是变频器输出部分一般采用IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电气正常工作。因此,降低干扰辐射是高压变频器研究的重中之重。 三垦变频器内部采用高可靠性集成驱动模块,降低驱动干扰;全部电子器件按标准规格进行90%降额设计和评价,功率部分电气结构设计经过严格的电磁兼容试验考核,从而提高整机运行的可靠性。三垦变频器的节能措施包括:设计之初严格计算干式移相变压器相关数据,降低干式变压器的损耗;功率部分采用新型低功耗器件,降低器件损耗;控制部分提高系统控制性能,快速动态调整变频器运行状态,使之工作在最佳节能状态;高压变频器的系统散热提供不同散热方案给客户,降低散热系统的电能损耗。 动力源节能事业部褚总介绍,该公司采用全封闭的功率单元和最先进EMC设计理念的主控来减少辐射干扰,通过全密闭的单元结构设计,有效地将单个单元内部的电磁环境与外界隔离,既能使得单元内部控制电路免受外部电磁环境干扰,又能减小本单元向外界辐射干扰。控制系统PCB设计严格按照抗干扰的设计原则,在通信方面还采用抗干扰性的光纤通信,大大提高了通信的准确性。 功率单元的效率主要取决于其在正常工作时自身发热量,功率单元的发热主要来源于其内部的主功率器件,如IGBT、整流桥等。功率器件的发热分为导通损耗和开关损耗两部分。动力源在功率器件选择方面注意选择低饱和压降的模块,相比饱和压降高的模块,在输出相同电流的情况下,器件导通损耗能够减小30%左右。 针对开关损耗,该公司采用特殊的控制算法,通过优化各桥臂IGBT的开通方式,使得在输出相同波形的情况下,功率器件的开通关断次数最小,从而有效降低关断损耗。褚总介绍,其高压变频系统采用H级绝缘的特种干式移相变压器,此种变压器成本高,但运行效率大于96%,另外,还针对现场的特殊工况使用特殊的算法,满足现场的工艺要求,同时节能效果显著。 高压变频器本身作为一款高效简便的节能装置以为大家所接受,然而由于高压电动机的变频属于大功率高压电力电子设备,通常要求高压变频器对运行环境温度通常要求在0~40℃,环境粉尘含量低于950ppm。过高的温度会造成变频器温度过热保护而跳闸,粉尘含量过高导致变频器通风滤网更换清洗维护量过高,增加维护费用;为了提高高压大功率变频器的应用稳定性,常规做法是采用空调冷却。 该方法主要是为高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间,根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量,从而配备一定数量的空调;但是大功率高密度的散热要求需要大功率的空调,采用空调冷却的系统投资和运营费用将非常昂贵,与变频改造节能减排的初衷背道而驰,为了解决高压变频器的运行环境冷却及提高变频改造的节能效率,提高系统安全可靠性、降低运营成本。利德华福电气技术有限公司经过多年的探索和研究,成功研制出专门为高压变频器配套使用的BLH-CK系列空-水冷却系统。该系统从根本上解决了单位散热密度高、功率大,有效提高系统安全可靠性、降低运营成本的问题。据介绍,该空-水冷却系统高效、环保、节能,其应用技术在国内处于领先地位,已经在电力、钢铁等行业的高压大功率变频应用中得到广泛的推广,该系统由于采用完全机械结构设计,较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全、可靠性。 另外,为了提高系统的抗干扰能力,利德华福所有的功率模块与主控单元之间通过光纤通讯,低压和高压部分完全可靠隔离,所有I/O板全部采用了隔离措施,将通道上窜入的干扰源拒绝在系统之外。 通讯方式日趋丰富 高压变频器主要用于工业控制领域,怎样提高产品的监控性和操控性是用户非常关心的问题,一般变频器与监控后台接口方式都采用硬接点方式。由于硬接点接口方式传输信息量的多少受电缆芯数限制,只能进行简单的信息传输和操控,而网络通讯则不需要很多芯数的电缆,传输信息量理论上不受限制,因此RS485、Profibus、Modbus等接口网络通讯方式也被逐渐采用。但是在网络通信技术高速发展的今天,以上通讯接口由于传输及响应速度的制约,不能很好地完成大规模数据的传输,系统监控和操控的实时性无法得到快速响应。目前,越来越多的厂商把工业以太网应用在高压变频器产品上。相信随着用户认知的提高,工业以太网通讯技术将是今后高压变频器与后台监控系统通讯的主流模式。 基于以上原因,烟台东方科技公司已经在DF5000系列高压变频器上除了保留原有的几种通讯方式外,还实现了双工业以太网通讯接口。 针对客户对通讯的要求越来越高,三垦在其高压变频器的产品开发中也丰富了通讯功能,首先系统标准配置RS485、modbus通讯协议功能,并可根据客户需要配置profibus、CAN通讯协议功能,同时还可以实现无线远程数据通讯与监控。 利德华福近年来在高压变频器产品信息化、网络化方面做了大量工作。针对组件级、系统级通讯的需求以及尚无成熟高速总线技术支持的现状,利德华福开发了拥有自主技术的基于光纤的高速实时工业总线,通讯速率达百兆以上,可实现多个单元间一微秒级别的时钟同步;针对监控管理级需求,开发了基于ARM硬件平台的嵌入式网络服务器,通过该技术可以将高压变频器接入工厂级的以太网网络,实现对高压变频设备的远程状态监控及远程故障诊断。 集成化、数字化和自动化 功率半导体器件是变频器产品技术的基础和核心,自上世纪50年代世界上第一个工业用普通晶闸管的诞生,已经经历了功率二极管、自关断器件和功率集成电路的发展过程。到80年代后期,功率半导体器件呈现出模块化和集成化的发展特点,利用多种拓扑结构,将各种相同或不同的半导体器件封装在一个模块里,既可以缩小器件体积,降低成本,又可以提高产品的可靠性。 晶闸管(SCR)因其有最大的耐压容量和电流容量的特点,目前的市场占有率仍占到全部功率半导体器件总数的一半,是目前高压、大电流装置中不可替代的电子元件。如今,半导体器件的最新进展是以场控型功率器件(MOS)和智能功率集成电路(SmartPowerIC)为代表的新型微电子技术,解决了以前功率器件因少子工作频率低、输入阻抗低和驱动电流大而导致二次击穿的技术问题,是未来该领域发展的主要方向。 “对于变频器产品,功率变换器的高频低损耗化、自关断化、模块化、高耐压、大容量化使得更高电压、更大电流的新型电力半导体器件将应用在高压变频器中;新理论、新机理、新材料的出现将会带来新概念功率变换器件;未来还将全面实现数字化和自动化,参数自设定技术、过程自优化技术、故障自诊断技术都将有新的突破。”动力源节能事业部副总经理褚立峰强调说。 结语 高压变频器技术的发展其实不止以上这些,面对不断变化的客户需求,任何一项针对工况的细节性改进都有可能走出一条行业成功之路。在信息和市场日新月异的今天,企业必须在与市场的互动中对各种技术趋势进行权衡和取舍,在节能减排和工艺改进的市场主旋律中把握技术动向,真正在推动整个产业发展方面扮演优秀的角色。  

    时间:2012-04-12 关键词: 高压变频器

  • 基于MCGS组态软件的人机界面在高压变频器监控系统中的应用

    1 引言   随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,自动化、智能化程度的不断提高,高压大功率变频调速装置的应用已经非常普遍,同时由于高压变频器几乎都是工矿企业的关键设备,在工厂自动化中占有举足轻重的地位,因此对其控制功能、控制水平的要求也越来越高,尤其对于那些工艺过程较复杂,控制参数较多的工控系统来说,具备交互式操作界面、数据列表、报警记录和打印等功能已成为整个控制系统中重要的内容。而新一代工业人机界面的出现,对于在构建高压变频器监控系统时,实现上述功能,提供了一种简便可行的途径。   工业人机界面(human machineinterface),简称hmi,又称触摸屏监控器,是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面由特殊设计的计算机系统32位risccpu芯片为核心,在stn、tft液晶显示屏上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏,触动屏幕时,电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。   下面就介绍了以工控组态软件mcgs为开发平台的hmi在高压变频器监控系统中的应用。 2 mcgs组态软件介绍   mcgs(monitor and control generatedsystem)是一套基于windows95/98/nt操作系统(或更高版本),可用来快速构造和生成各种监控系统的组态软件系统,它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。mcgs组态软件具有多任务、多线程功能,其系统框架采用vc++语言编程,通过ole技术向用户提供vb编程接口,提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件,用户可随时方便地扩充系统的功能。   mcgs的主要特性如下:   (1)概念简单,易于理解和使用   普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成大多数简单的工程项目,使其能集中精力解决工程本身的问题,而不需了解太多的计算机系统复杂的软硬件问题,就可组态出高性能、高可靠性、高度专业化的监控系统。   (2)真正的32位多任务应用系统   该系统支持windows的多任务技术,有效地优化了计算机资源,打印任务作为一个独立工作而运行于后台,实现多任务的并行处理。   (3)提供丰富的设备驱动程序   提供足够多的功能组件和丰富的常用图形库,真正做到只使用组态软件就可快速组态完成工程项目的大多数工作,而对使用者没有太苛刻的要求。通过activedll把设备驱动挂接在系统中,配置简单、速度快、可靠性高。   (4)提供强大的网络功能   mcgs强大的网络功能可把tcp/ip网、485/422网、modem网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。提供4级安全保密机制。   (5)提供开放的ole接口   mcgs是以ole自动化技术为基础的开放式扩充接口,允许用户使用vb来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件,通过ole接口,用户可以方便地定制自己特定的系统。   (6)组态软件与设备无关   在mcgs组态软件中,设备被实现成独立的构件形式,不同的设备对应于不同的构件。设备构件不仅仅包括设备驱动程序,还有不同的方法和属性供系统调用,每个设备构件都由一个独立的线程来管理。对不同的外部硬件设备,只需提供相应的设备构件,而系统的其它部分和设备无关,不需作任何改动。     (7)丰富和方便的动画组态   能快速构造出各种复杂的动画画面。图元图符对象可实现自由构图和定义动画,包括颜色、位置、大小、可见度、闪烁、输入输出、按钮动作等多种动画效果。动画构件对象完成特定类型的动画功能,如:实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。   (8)运行策略   用运行策略来完成和实现对系统运行流程的自由控制,使系统能够按照设定的顺序和条件来操作实时数据库、控制用户窗口的显示、关闭和设备构件的工作状态,从而做到对对象工作过程的精确控制。图形化的构造方法和功能强大的策略构件使运行策略的组态更加快捷方便。   (9) 充分利用数据库技术   mcgs组态软件中数据的存储不再使用普通的文件,而是用数据库来管理一切。组态时,系统生成的组态结果是一个数据库;运行时,数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据,提高了系统的可靠性和运行效率,同时,也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。   (10)出于保护企业数据的考虑,mcgs很好地解决了授权及安全性问题。依据系统的授权,用户被允许或禁止对系统进行操作,允许或禁止对数据进行访问。mcgs在确保安全的情况下可以对多个系统模块进行安全授权。mcgs工控组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分,用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的,用户组态后可生成一个“组态结果数据库”的文件。mcgs的运行环境是一个独立的运行系统,它能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。mcgs软件的组成如图1所示。 3 变频器监控系统的硬件组成   变频器监控系统主要由hmi、打印机、变频控制柜(主要包括模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、光纤触发模块、ups电源和一些通讯电缆等)、plc组成,其画面如图2   所示。hmi作为监控中心,将变频器所有的运行数据和参数利用串行口通讯方式(rs-485),经屏蔽双绞线送到hmi中,在人机界面上进行实时显示;hmi也可下达指令来控制变频器的启动、停止、复位等。这样就完成了对所有数据的采集传输及命令传送,同时,也可完成管理级功能,如局域网的管理任务、形成管理部门所需数据的记录报表、统计报表等。   各部分说明如下。   (1)变频控制柜,是整个系统的控制核心,具有高可靠性、低噪声、高节能、保护功能完善,内建rs-485串行通信接口,且rs-485串行通信协议对用户公开等特点。   (2)plc作为辅助控制单元,也是比较重要的部分,选用西门子s7-200。利用其通信指令编写程序,然后下载到plc,把它和hmi串行通信接口相连接,可实现对plc设备的实时控制与指示。   (3) 人机界面采用北京昆仑通态的tpc1063e,彩色10.4in。   (4) rs-485串行通信方式,rs-485采用平衡发送接收方式,它具有传输距离长、抗干扰能力强和多站能力的优点。 4 人机界面的特点功能与画面设计   4.1 人机界面的特点   人机界面是新一代高科技可编程终端,具备与各品牌plc连线监控能力,适于在恶劣的工业环境中应用,可代替普通工控计算机。其主要特点有:   (1)画面容量大,画面规划简单;   (2)全中文操作软件,适用于windows95/98/nt等环境,指令丰富,编程简单;   (3)交互性好,抗干扰能力强,通信可靠性高;   (4)自动化程度高,操作简单方便、故障率低、寿命长、维修量少。   4.2 人机界面的主要功能   (1) 设计者可根据需要编辑出各种画面,实时显示设备状态或系统的操作指示信息;   (2) 人机界面上的触摸按键可产生相应的开关信号,或输入数值、字符给plc等设备进行数据交换,从而产生相应的动作,控制设备的运行;   (3) 可多幅画面重叠或切换显示,显示文字、数字、图形、字符串、警报信息、动作流程、统计资料、历史记录、趋势图、简易报表等;   (4) 支持密码和用户程序保护功能。     4.3 人机界面的画面设计   本系统人机界面所有画面均由mcgs全中文组态软件进行设计,有主画面、参数设定、曲线画面、历史数据、报警记录和帮助等画面,经mcgs软件编译无误后,从个人电脑中下载到人机界面即可使用。人机界面与变频控制柜之间通过rs-232方式进行连接,与plc之间通过rs-485方式进行连接。由控制柜对人机界面进行读写操作,从而实现了对变频器的操作以及变频器状态的显示。plc读人机界面状态显示区中的数据,得到当前设备运行和报警的情况,从而做出相应的处理。   4.3.1 系统的组态   具体组态过程如下:   (1) 用户窗口组态:设置工程的人机交互界面,如系统的主控界面、动画、报表、趋势曲线等。   (2)主控窗口组态:本窗口为工程主窗口。用户窗口组态完成后,在主控窗口中,通过对系统菜单和参数的定义和设置来调度、管理用户窗口的打开或关闭。   (3)实时数据库组态:工程组态各数据交换处理的核心部分,将mcgs的各部分有机地连成一体。根据设计的要求,在mcgs的实时数据库窗口中对创建数据对象的基本属性、存盘属性、报警属性等进行定义和设置。   (4)设备构件组态:这是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备,注册设备驱动程序,定义连接与驱动设备用的数据变量。在基本属性中设置plc的地址和通信方式等;在通道连接窗口中,输入通道和实时数据库中的数据对象连接起来;添加虚拟通道,用于连接可在线调整的系统参数;在数据处理窗口,设置数据处理方法,如滤波、工程转换(即把采集进来的数据或输出的数据转换为具有实际意义的工程数据),即通过在设备窗口中对数据的预处理便可得到所需要的数据类型。   (5)运行策略组态:完成工程运行流程的控制。根据运行策略的不同作用和功能,mcgs把运行策略分为启动策略、退出策略、循环策略、用户策略、报警策略、事件策略、热键策略共7种,每种策略都由一系列功能模块组成。由于该系统侧重于现场数据的时实监控和统计查询功能,根据系统的控制流程和操作处理,在mcgs的运行策略窗口中,对以上运行策略分别进行组态设置,如在用户策略中,利用策略工具箱添加脚本构件、存盘数据提取构件等,以实现所需的功能。   4.3.2 变频系统监控功能的实现及效果   图2示出变频器监控系统的组成框图。   软件组态部分完成监控系统与操作人员间的交互界面,是实现对整个系统的监视、控制、调度和管理的核心。人机界面分为两部分,一部分是用于日常监视、系统参数设置的主界面,另一部分是用于指示、管理非日常监视信息,如各种报表、曲线及趋势图、历史记录等的子界面。   (1) 主控窗口   组态软件运行后,点击公司信息图片后,即进入变频器系统监控主界面。在主界面的上方有一排指示灯,用于指示变频器系统状态,左下方有一个报警描述状态栏,用于显示变频器当前所有报警信息,右侧的数据显示栏用于显示频率、定子电压、定子电流、压力等实时数据,并可实时监控设备工作状态,实现全生产过程实时管理。高压变频器运行状态十分重要,而监控系统的建立为管理部门提供的实时动态信息,能有效地帮助值班人员及时了解设备工作状态。   在主画面的最下方有四个按钮可用来显示本监控系统的其他功能:系统参数设置、实时曲线显示、历史数据列表、报警记录查看,当按下相应的按钮后,即进入到其对应的画面中。   其画面如图3所示。   (2) 参数设置功能   当按下参数设置按钮后,会弹出用户登录对话框,其画面如图4所示。只有输入正确的密码才能进入该画面进行设置,可设八组密码,三种等级(level1,2,3),使用者等级1有最高操作权限,使用者等级3为最低操作权限,这样可有效防止非专业人员误操作。该画面主要用于设置变频装置的所有参数,操作人员可以按“参数表”按钮,来查看相应参数的具体用途。   (3) 曲线功能   当按下曲线按钮后,进入曲线画面,其画面如图5所示。它能对指定的各监控量进行自动检测,包括反映实时运行状态的电流、电压、频率、功率因数等各种数据画面,方便地提供了指定参数的实时监测曲线。通过比较当前和历史趋势曲线,特别是结合装备安全运行的多参数模型,可以及早报告故障隐患。     (4) 历史数据列表功能   按下历史数据按钮后,进入历史数据表格,其画面如图6所示。历史数据列表功能可对指定的监控量进行自动检测、自动存储,并可将各个不同类型的数据分别显示于多幅不同的表格上,利用选择键,方便地选择所需表格画面,并可通过输入具体时间来调出当时的数据记录。方便地解决了现场定时数据抄写、维护及繁琐的数据处理工作,记录员不必再每天花费大量的精力填写报表,提高了企业的办公自动化能力和管理水平,取得了显著的经济效益和社会效益。   (5) 报警记录查看列表功能   按下报警记录按钮后,可进入报警信息浏览表格,其画面如图7所示。该表格主要用于存储监控系统的故障报警情况。操作者还可通过输入具体时间来调出当时的系统故障记录,并可将该记录进行打印处理。 5 结束语   以mcgs工控组态软件为核心的监控系统,具有界面友好,易于操作,运行可靠,便于更改、扩充、升级等优点,同时,系统造价也远低于进口同类设备,具有较高的性价比。采用组态软件进行工业控制是现代化工业的一个发展方向。   本系统不仅实现了对高压变频器各参数的在线实时监测与控制,而且在实际使用过程中也取得了良好效果,加强了职能部门对高压变频器的监测,规范了职工行为。对高压变频器实现了系统化管理,提高了变频设备运转的可靠性,保证了现场的安全运行。

    时间:2012-02-16 关键词: 人机界面 高压变频器 组态软件 mcgs

  • 高压变频器控制器的电磁兼容设计

    1 引言   电磁兼容一般指电气、电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,既要求都能正常工作又互不干扰,达到“兼容”状态。   随着科技的发展,人们在生产、生活中使用的电气、电子设备越来越广泛。这些设备在工作中产生一些有用或无用的电磁能量,这些能量影响到其它设备的工作,就形成了电磁干扰。严格地讲:只要将两个以上的元件(或电路、设备、系统)置于同一电磁环境中,就会产生电磁干扰。   近年来,电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重问题,电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。其主要原因是:电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标,大量的电子设备在同一电磁环境中工作,电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性;现代电子产品的一个主要特征是数字化,微处理器的应用十分普遍,而这些数字电路在工作时,会产生很强的电磁干扰发射。不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试,甚至连自身的稳定工作都不能保证;电磁兼容标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求;电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。入世后,这种技术壁垒对我们的障碍更大。   为了使产品能达到电磁兼容的一个标准,需进行电磁兼容试验,试验中我们常遇到以下几个词汇:   电磁兼容性:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。   电快速瞬变脉冲群:它是由电感性负载(如继电器、接触器等)在断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因,在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小,一般不会引起设备的损坏,但由于其频谱分布较宽,所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。   电快速瞬变脉冲群抗扰度试验:试验波形电快速瞬变脉冲群抗扰度试验,目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。此波形不是感性负载断开的实际波形(感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的),而实验所采用的波形使实验等级更为严酷。电快速脉冲群是由间隔为300ms的连续脉冲串构成,每一个脉冲串持续15ms,由数个无极性的单个脉冲波形组成,单个脉冲的上升沿为5ns,持续时间为50ns,重复频率为5khz。根据傅立叶变换,它的频谱是从5khz-100mhz的离散谱线,每根谱线的距离是脉冲的重复频率。   该项目测试适用于那些交流市网供电的电子电气产品。对那些由公共的长直流电源线供电的电子电气产品和那些有电信端口和长距离的控制、信号端口的电子电气产品的相应端口也应进行该项目测试,因为这些长的交/直流电源线和信号控制线在工作时可能会感应到周围的设备产生的电快速瞬变脉冲干扰;同时,与公共的交/直流供电网络共用电源的其他设备可能会产生电快速瞬变脉冲干扰传输到公共供电网络,干扰同一供电网络的其他设备。   附表中列出了对设备的供电电源,保护接地,信号的控制端口进行电快速瞬变试验时应优先采用的试验等级的范围。(本文当中试验最终通过4级) 2 控制器基本工作原理   本公司高压变频器控制器的功能方框图如图1所示,主控制器的结构为单元组合式,其核心为双dsp的cpu单元,通过总线底板与信号采集板和相控a、b、c板互通信息。从接口子模块di、ai可接受操作命令、给定信号、电机电流与电压等。cpu板根据操作命令、给定信号及其它输入信号,计算出控制信息及状态信息。相控a、b、c板接受来自cpu板的控制信息,产生pwm控制信号,经电/光转换器,向功率单元发送控制光信号。来自功率单元的应答信号在相控a、b、c板中转换成电信号,预处理后送cpu板处理。状态信息可通过信号采集板和接口子模板送出。主控制器根据控制命令、给定信号及运行信息、应答信息进行运行控制、状态分析、故障诊断等运算,检测出故障后按故障性质进行故障处理,如封锁系统、高压跳闸等,并给出相应故障信号,还提供故障音响信号。从i/o接口可输出运行状态(开关量)及运行参数(模拟量),用户可根据需要选择输出量。cpu单元上备有调试用pc机接口,通过在pc机运行调试程序,可以以画面形式进行调试和诊断,并可同时显示系统中五个变量的时间波形和数字量,是系统调试和诊断的良好工具。cpu单元上还备有通信接口(rs-232),可以以通信方式从上位机取得控制命令和给定信号,控制变频器的运行,并返回运行状态和运行参数的有关信息,以供集中监控。   控制器如图1所示:它是由控制板(cpu板),相控a、b、c板(统称pwm板),信号采集板(it板),电源板,总线底板(图3)和壳体组成,cpu板、pwm板、it板、电源板是按照一定顺序插在总线底板上的。   3 在进行电磁兼容试验过程中出现的问题   电磁兼容故障现象在设备的电磁兼容问题主要在做电快速脉冲试验时暴露,现象如下:   (1)在电源输入端口上施加电快速脉冲群时,主cpu板上的芯片损毁;   (2)在信号端口施加电快速脉冲群时,数据出错。 4 导致电磁兼容故障的原因分析   经过对设备进行反复试验以及对设备的结构进行分析,认为设备在电磁兼容设计方面主要存在以下问题:   (1)电源端口处缺少电磁干扰消除电路/器件,使电快速脉冲能量进入设备,并在电路中传播;   (2)电源的交流端口与直流端口靠的过近,结果在交流端口上注入电快速脉冲时,能量直接耦合到了直流侧,传入电路,形成干扰;   (3)cpu板距离电源输入口过近,使通过电源端口进入设备的电磁干扰直接耦合到cpu板上;   (4)设备电路屏蔽不好,由于电快速脉冲干扰的频率很高,因此当在电源线和信号线上做试验时,伴随着较强的空间辐射,这些辐射会直接感应到电路上形成干扰;   (5)信号端口缺少电磁干扰滤波电路,因此向信号线上注入电快速脉冲干扰时,干扰能量直接进入电路,对电路形成影响。 5 解决方案   5.1 总线底板的电磁兼容设计   (1)改变控制板在底板上的位置,使其远离干扰最严重的电源端口(图3最左面两排端子),将其放置在底板的与电源端口相对的另一侧(图3最右端)。   (2)底板设计成四层板,除了中间两层作为走线层以外,将最外侧的两层(顶层、底层)作为屏蔽层,与机箱配合,构成屏蔽体。底板与机箱之间连接,如图2所示,在线路板板上屏蔽层,与机箱配合预留一周导电层,在上面安装弹性电磁密封材料(例如导电泡棉),与机箱构成连续导电体。   (3)上面第2项中的屏蔽层与直流电源地在信号电缆的端口处相连,但要设计成通过短路线连接,将来做试验时,根据试验情况决定是否需要连接。   (4)将5v转3.3v、5v转2.5v和24v转5v的部分器件及其周围电路放置到底板上,防止电源板上的干扰直接串入这些二次电源对电路形成的干扰。并在每路输出加lc滤波电路。具体放置位置:将这些电压转换电路(直流变换器和lc滤波电路)安装在离电路板电源输入插槽近的地方,如见图3所示。   (5)电源板与底板之间的连接插座为两个,一个用于交流,另一个用于直流,这样避免交流线上的干扰直接耦合进直流侧。交流输入的插座除l、n线的接线针脚外其余的针脚全部接地的屏蔽层。   (6)在交流输入端安装电快速抑制器和浪涌抑制器(气体放电管和压敏电阻),安装的位置为底板的交流电源输入插槽后面,并将插头上的安全地线与底板上的屏蔽层地相接。   (7)在电源板的直流输出端插槽旁安装直流滤波器,将通过各种途径耦合到直流侧的电磁干扰滤除,具体方法是:在电源板上输出的直流电源安装直流电源滤波器,其原理框图如图4所示。   (8)底板上的外部plc信号/开关量信号的输入端口安装信号线滤波器,具体做法是:插座的每根信号线上安装如图4所示的滤波电路。图5中的电感为铁氧体磁珠(尺寸尽量大),电容为0.1μf,与底板上的屏蔽层相连。安装时,要尽量靠近插座。     5.2 电源板的电磁兼容设计   (1)电源板与底板的连接由一个插座改为两个插座(与前面第5项对应),交流输入一个插座;直流输出一个插座;交流输入的插座除l、n线的接线针脚外其余的针脚全部接屏蔽层地。   (2)在电源板的电源输入端口处安装电源线滤波器,安装的位置靠近电源入口处,在滤波器的下方设置覆铜面(并与底板的屏蔽层相连),滤波器通过覆铜面与底板的屏蔽层相连。滤波器原理框图如图6所示,位置如图7。   5.3 it板接口的电磁兼容设计   it板的模拟量输入/输出接口处(与图8所示的连接器连接),连接器应和机箱有效接触,通过屏蔽线连接接口子模块di、ai。它们间的连接线必须围屏蔽线,并且焊线时需和连接器的金属部分大面积接触,连接器内部带有滤波电容,外面加磁环,如图8所示。   5.4 cpu板和pwm板接口的电磁兼容设计   如图9所示,cpu板和pwm板接口处,都选择与外围电路光纤通讯。cpu板可以从触摸屏经过光纤通信通道接收操作命令和给定信号,处理后输出电压、频率给定信号给pwm板,在那里转换成pwm控制信号,经电/光转换器转换成光信号,从光发送器端口发往各功率单元。来自功率单元的应答信息经光/电转换器转换成电信号,预处理后送主控制器集中处理。 6 结束语   以上的方案基于如下的电磁兼容设计基本原理,在实施时注意符合这些基本原理:   (1)电路尽量处于完整的屏蔽体内;   (2)所有进入屏蔽体的导线都需要滤波;   (3)滤波器要尽量靠近屏蔽体界面;   (4)电源线上必须有完善的滤波措施,包括射频滤波和脉冲抑制。   本文主要从控制器的整个系统进行方案设计的,电路板的详细设计不在这里一一介绍。

    时间:2012-02-15 关键词: 控制器 高压变频器 电磁兼容设计

  • 高压变频器手动旁路方式与自动旁路方式应用的比较

    1 引言   高压电动机在未进行调速改造之前,由电机上口的断路器控制启停,电动机直接与母线连接,定速运行。在进行变频调速改造后,电动机与母线之间除了原来的高压断路器外,还增加了一套高压变频调速装置。随着变频器使用的增多,工程技术人员发现当变频器出现故障,需要检修时,电机就不得不停下来,不能满足现场连续生产的要求。为此,工程技术人员又在变频器和电机、母线之间增加了一套切换装置,以满足电机连续运转的要求。   根据切换开关的不同,变频器的旁路方案分为手动旁路方式与自动旁路方式。下面分别介绍如下: 2 两种旁路方式的介绍   2.1 一拖一手动旁路方式   2.1.1 基本原理   一拖一手动旁路方式是由3个高压隔离开关qs1、qs2和qs3组成,如图1所示。要求qs2和qs3不能同时闭合,在机械上实现互锁。变频运行时,qs1和qs2闭合,qs3断开;工频运行时,qs3闭合,qs1和qs2断开。   2.1.2 详细介绍   (1)隔离开关分别选用gn19系列单投和双投户内高压隔离开关,相间距为210mm;单投隔离开关的进线端的三个绝缘端子为高压带电显示装置的三个传感器;   (2)照明灯为柜门式照明灯;   (3)避雷器采用三相组合式;   (4)外加输入、输出端子;工频、变频指示。   (5)标准柜体尺寸(长×宽×高):1200mm×1200mm×2320mm   2.1.3 优缺点   (1)优点   在检修变频器时,有明显断电时间,能够保证人身安全,同时也可手动使负载投入工频电网运行;手动旁路可人为判断故障后再切换,比较安全;造价低等。   (2)缺点   负载在倒入工频运行时必须人工干预,这不符合有些现场工况不能停机的要求。     2.2 一拖一自动旁路方式   2.2.1 基本原理   一拖一自动旁路方式是由3个高压真空开关(电流小于300a时选用真空接触器,电流大于300a时选用真空断路器)km1、km2和km3组成,如图2所示。要求km1、km2不能和km3同时闭合,在电气上实现互锁。变频运行时,km1和km2闭合,km3断开;工频运行时,km3闭合,km1和km2断开。   2.2.2 优缺点   (1)优点   在变频器出现严重故障时,系统能够自动转入工频电网中,断开变频调速系统时,而负载不需要停机,满足现场不能停机的要求。   (2)缺点   价格比较高,使用复杂。电机由变频运行时向工频运行转换,自动旁路开关一般也不会有问题。但有一点例外,即如果是由于电机及其负载的故障引起变频器停机,再次旁路,有可能使故障扩大化。例如变频器过流时,因为变频器自身无法判断是自身问题还是电机出现异常(例如堵转、扫膛、匝间短路等)。此时将电机直接投入电网工频运行,会造成更大的损坏。此外,当电机在低于工频的转速下运行时,如果自动切换到工频,电机转速突然升高,炉膛负压、风量等参数会发生突变,这时,用户需要考虑,在采取应对措施之前的短时间内,会不会对生产造成影响。而手动旁路时,可事先采取应对措施再重新启动电机,上述问题不存在。   2.3 手动一拖二旁路方式介绍   系统主回路采用变频器加配套手动旁路开关柜,双电源供电,一拖二控制方式。以实现1台变频器可控制2台电动机的软启动和控制2台电动机中的任何一台变频运行,或通过旁路柜实现电动机工频运行的目的,如图3所示。   图中qf2、qf3为高压开关,qs1、qs2、qs3、qs4、qs5、qs6为旁路开关柜手动隔离开关,m1、m2为电动机。     2.3.1 主回路工作原理   以m1号电动机运行为例,手动断开qs3,闭合qs1、qs2,变频器选择“变频运行”位置,将qf2闭合,即可实现m1号电动机变频运行。   手动断开qs1、qs2,闭合qs3,闭合qf2,即可实现m1工频运行。断开qf2,即可实现m1号电动机工频停机。   断开qs1、qs2、qs4、qs5,即可实现变频器安全检修。   qs2和qs3之间、qs5和qs6之间均存在机械互锁关系;qs1和qs4之间、qs2和qs5之间存在电气互锁关系,防止短路。   即:当m1号电动机使用ⅰ段供电变频运行时, qs1、qs2闭合,qs3、qs4、qs5均被互锁,不能闭合。当m1使用ⅰ段供电工频运行时,qs3闭合, qs1、qs2被互锁,不能闭合。   m2号电动机操作要求与m1号电动机相类似,互锁、保护也与m1号电动机类似。   2.3.2 变频器与高压开关的信号联锁   为保证高压变频器的安全运行,变频器与高压开关有如下信号联锁:   (1)变频器给每个高压开关(qf2、qf3)各提供“合闸允许”触点一对(无源触点、闭合有效),在触点闭合时,高压开关才允许闭合。   (2)变频器给每个高压开关(qf2、qf3)各提供“紧急分断”触点一对(无源触点、闭合有效),在触点闭合时,高压开关必须立即分断。   (3)高压开关(qf2、qf3)各提供“开关已合闸” 触点一对(无源触点、闭合有效)至变频器,用于高压隔离开关的电磁锁回路操作。 3 两种旁路方案优缺点比较   根据利德华福公司近2000多套运行业绩的统计,大部分的客户选择手动旁路方案。与自动旁路方案比较,二者的区别如附表所示。 4 电力行业应用情况   手动旁路方案和自动旁路方案在现场均有大量成功应用案例,但是绝大部电力行业客户选择手动旁路方案。主要的理由如下:   (1)一般锅炉的风机均为双侧配置,当一侧的变频器发生故障时,dcs会自动将另外一侧的变频器提速,执行rb功能,从而保证锅炉燃烧的连续性,不会发生突然的灭火事故,锅炉允许短时间内单侧风机允许。   (2)变频器设计有升速限流功能,当需要短时间内快速加速时,变频器不因负载的剧烈增加而发生过流。   (3)当一侧重要辅机停运后,dcs会自动执行rb功能,这符合用户的操作习惯。   (4)风机类负载手动旁路柜满足大部分客户的要求,对于选择自动旁路柜的现场,需要注意旁路切换系统与热工系统的配合衔接问题,避免突然切换造成系统的剧烈扰动。 5 结束语   对于手动、自动切换方案,应按照现场实际的情况进行选择。一般来说,笔者建议客户选用手动旁路方案,变频器故障后通过对高压隔离开关的手工操作即可将电机转为工频运行,其经济性、可靠性都非常高。此外,相对于自动旁路方案,手动切换方案一次和二次回路均非常简单,检修维护方便。对于自动旁路方案,要有针对性的使用,例如在小型热电生产单位,锅炉风机配置为单引、单送,电机变频改造后一旦变频器运行中需要停机,而锅炉燃烧又不允许电机停下来,此时选择自动旁路切换就是非常适合的。对于大型发电机组,引、送风机,一次风机等重要锅炉辅机,均为两侧配置,单侧辅机跳机后,锅炉仍可维持燃烧,短时间内不存在停炉的风险,此时选用自动旁路方案就没什么必要了,手动旁路切换完全可以满足实际的生产工艺要求。   总之,合理的选择技术方案,不但可以降低设备采购成本,而且可以大大提高系统的可靠性,提升变频调速系统的整体性价比,从而在长期的运行中取得最大化的经济利益。

    时间:2012-02-12 关键词: 方式 比较 高压变频器 手动旁路

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