高压变频范文
时间：2023-04-08 20:04:15
导语：如何才能写好一篇高压变频，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
1．概述。钢铁厂以其资源密集、能耗密集、生产规模大、物流吞吐量大等特点，长期以来一直被认为是烟尘排放量大、废弃物多、污染大的企业。而电炉炼钢是钢铁厂造成烟尘污染的主要来源之一。
电炉主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼，然后熔制出碳钢或不锈钢钢水供连铸用。电炉炼钢时产生的有害物污染主要体现在电炉加料、冶炼、出钢三个阶段。吹氧过程的烟气量最大，含尘浓度和烟气温度高。因此，电炉除尘系统按照吹氧时期的最大烟尘排量进行设计。在系统最大风量需求的基础上增加1.1－1.3倍的安全阈度进行除尘风机选型设计。整个炼钢过程中吹氧时期占30－35%，此时风机处于较高负荷运行，而其余时间则处于较低运行工况。很显然，除尘系统的利用率很低且系统效率差。
长期以来，不论电炉处于哪一个运行阶段，产生的粉尘大小均使除尘风机全速运行，采用入口挡板开度调节，效率低、功率大，造成大量的电能浪费。随着市场竞争的不断深化，节能降耗提高生产效率成为企业发展提高竞争力的有效手段之一。
而在九十年代开始广泛应用的高压大功率变频调速技术则正是适应了市场的需求，在技术和应用领域上得到不断的进步和拓展。现在，已广泛应用于电力、石油化工、矿山、冶金、给排水、机车牵引等领域。
某炼钢厂正是在这种状况下，对电炉除尘系统进行高压变频技术改造研究的。电炉在冶炼过程中的粉尘主要通过炉顶烟道经沉降室沉积，水冷壁冷却后经除尘系统过滤排放；同时利用集尘罩将现场生产车间的粉尘和废气及时排走，以免危及电炉周边工作人员的安全，污染环境。除尘风机是将烟气吸收排放的主要设备。
2．系统技术方案研究。某炼钢厂#8电炉为扩容的70t ABB交流电炉。除尘器系统采用TFMC布袋式除尘器，设计过滤面积11985m2，最大除尘风量450000m3/h。
#8电炉的炼钢周期为70－85分钟，其中装料6－10%，送电熔化25－30%，吹氧30－35%，还原期15－20%，冲渣出钢6－8%。在不同的生产工艺阶段，电炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料过程中，主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多地带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间，不仅要求除尘系统能够及时迅速地将废气和粉尘排走，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，确保终点温度。因此，对除尘系统要求较高。进入还原期，吹氧告一段落，粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。
通过对冶炼工艺的分析，电炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量大小的要求有明显的不同，以吹氧冶炼为最大，加料除尘为最低。鉴于电炉除尘系统中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制制定如下方案。
不同工艺阶段的烟气温度有明显差异，因此温度的高低直接反映了电炉的运行工况。系统并没有采用检测电炉工作中粉尘浓度的方式来直接控制除尘风量，而是采集烟道温度作为系统调节的基本参量，通过非线性函数关系推导出不同运行工况下的除尘风量参与系统控制。从工程角度讲，温度变送器可以在恶劣的工业场合应用，抗干扰能力强、工作稳定性好、控制精度高、安全可靠、免维护且价格便宜。而粉尘浓度检测装置具有价格昂贵、稳定性差、故障率高、维护量大、现场检测点数据采集很难具有广泛代表性等缺点。基于上述原因，选用除尘烟道的烟气温度作为现场过程量。同时，以吹氧量和冷风门开度作为除尘风量的修整参量，从而提高系统响应速度，改善控制品质，达到良好的除尘效果，实现除尘风量自动控制、降低运行人员劳动强度、提高系统效率，达到最佳的节电效果。
为了保证系统的可靠性，另外增加了除尘风量手动控制回路，对除尘风量的控制采用分段调速的方式，由炉前操作台控制变频运行的频率点，从而实现不同运行工况下的风量调节。
实践证明：系统在设计了两套控制方案后大大提高了系统的实用性和可操作性，很好地满足了现场生产要求。同时，在改善现场工作环境、提高产品质量、降低吨钢能耗方面起到了积极作用。
3．系统特点。变频调速技术在电炉除尘系统中应用后，主要体现了以下几个特点：
①除尘设备功耗随电炉炼钢生产工艺变负荷运行，提高了系统效率，实现了除尘系统的最佳工况运行，取得显著的节能效果。
②大大有效降低了除尘系统负荷率，延长了除尘器、除尘风机、除尘电机、烟道等设备的使用寿命。
③对降低炉内热量损失、合理控制过程温度、确保终点温度起到一定的作用。
④对除尘系统进行变频改造，有助于改善炉内吹炼工况，缩短炼钢时间，提高钢产量，改善出钢品质。
⑤降低补炉期间的能耗和炉衬散热损失。
4．节能分析。为了对除尘系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行一个月后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。
随机抽取一个正常生产日，将系统切换至变频运行系统采用挡板控制调节风量。采用网侧有功电度表进行耗电量计量，见表1。然后，连续采集变频运行的7个正常生产日用电量进行变频运行工况下的单耗计算，以期变频运行的数据更接近真实运行工况，具体数据采样值见表1。
通过对上表原始数据的处理，可以得出：除尘系统在变频改造后较改造前，吨钢除尘电耗降低了17.390kW•h。设备节电率高达58.63%，节能效果显著。
5．结论。通过对某炼钢厂#8电炉除尘系统变频改造前后的技术分析，可以看出：在电炉除尘系统中应用高压变频调速技术不仅对有效改善现场生产状况、提高钢产量、降低吨耗有着重要的意义，而且每年可节约230万元左右的电费开支。在电炉除尘系统中应用高压变频调速技术是完全正确的。
参考文献
1 邱绍岐、祝桂华编著.电炉炼钢原理与工艺.北京:冶金工业出版社,1996
篇2
[关键词]高压 变频器 过电压故障 危害 原因 解决
中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0063-01
正常情况下，直流母线电压为三相交流输入线电压的峰值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压1.414x700=989V。在过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时〔通常为正常值的10%-20%），高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。
1.过电压故障的危害
高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几方面。
1.1 对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而高压变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。
1.2 对功率器件如整流桥、IGBT、SCR的寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对AC700V输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定耐压一般选定在DV1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大，因此在直流母线电压过高时再叠加功率器件开关过程中产生的过电压，很有可能超过器件的额定耐压而造成器件击穿损坏。
1.3 对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的。DC/DC变换器需从直流母线取电，DC/DC变换器的输入电压也有一定的范围，直流母线电压过高，则变换器中开关管如MOSFET也会击穿。
2.引起过电压故障的原因
一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两个方面。
2.1 来自电源输入侧的过电压
正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%―+10%以内，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时，变频器会因过电压保护而跳闸。
2.2 来自负载侧的过电压
由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电动机处于实际在速比变频频率决定的同步转速高的状态时，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个IGBT中的续流二极管回馈到功率单元的直流母线回路中。此时的逆变桥处于整流状态，如果功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。
3.避免过电压故障的方法
根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能的产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。
3.1 在电源榆入侧增加吸收装置，减少变频器榆入过电压因素
对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。
3.2 从变频器已设定的参数中寻找解决办法
在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能逐渐释放；该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值，即采用分段减速方式。
3.3 采用在中间直流回路上增加适当电容的方法
中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器#解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压保护能力的提高。
3.4 在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压
目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥，电源电压高，中间直流回〖路电压也高，有些用户处电网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置的移相整流变压器高压侧预留5%、 0分接头，一般出厂时移相变压器输入侧都默认接在0分接头处。在电压偏高时，可以将输入侧改接在+5%分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压，达到相对提高变频器过电压保护能力的目的。
3.5 增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性
前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分，因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面入手。
3.5.1 中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短，电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕性好、温漂小的电阻。
3.5.2 低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦参数以提高光耦一、二次侧的抗干扰能力。
3.6 在输入增加逆变电路的方法
处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网。但可控整流桥价格昂贵，技术复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。
3.7 采用增加泄放电阻的方法
篇3
1.1高压变频节能技术原理
所谓高压变频技术，是通过调节电压的输出，控制风机的实际功率，从而进一步控制风机的转速，调节风机风量，在风机中应用高压变频技术，就可以使得出风口的挡板完全打开，利用变频技术从源头调节风机的风量输出。风机的电机转速公式为：n=（1-s）n0，n0=60f/p。其中n为实际转速，n0为理论转速，s是转差率，f是电机的运行频率（60是60s），p是电机极对数。由转速公式可看出，在不考虑转差率s的情况下（s=0～0.05），电机的实际转速n=60f/p，即n与f是成正比例相关的，n的值会随着f的增加而增加，随着f的减少而减少，所以控制功率的输出，来调节f的值，就能够完成对电机转速n的调节。
1.2高压变频节能技术优点
高压变频节能技术的应用，能够避免风量因为挡板的损失，提高风机的工作效率，降低电力的消耗。比起挡板调节风量，利用高压变频技术调节，在输送风量时更加精准，能够实现对锅炉负荷的精准控制。而且高压变频技术的应用，在风机启动时，能够对风机进行有效保护。传统的全压启动方式，对发动机和风机都会产生极大的冲击力，容易引发故障，甚至设备损坏。而高压变频技术使发动机缓慢启动，有效地避免了这个问题，极大地降低了设备故障率。
2热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造方案
2.1高压变频器选型
高压变频器的选型需要考虑电压等级和投资成本的问题，如一台1120kW功率的风机，选择60kV电压等级的高压变频器显然就是不合理的，既无法对高压变频器进行充分利用，又增大了投资成本，另外在选型时还需要注意谐波污染问题。综合分析热电厂的实际需求，对比市面上的几种高压变频器型号（两电平型、多电平型、单元串联型等），选择单元串联型高压变频器是较为合适的。它采用的是近几年新出现的一种拓扑结构电路，所具有的优点有：功率因素高、抗干扰能力强、谐波污染小、造价低、故障不停机等。
2.2主系统改造方案
QF为真空断路器，QS1、QS2为高压隔离刀闸，KM1、KM2、KM3为高压真空接触器。当高压变频器投入使用时，应先将真空断路器QF闭合，再将高压隔离刀闸QS1、QS2闭合，之后将高压真空接触器KM1、KM2闭合，断开高压真空接触器KM3。当高压变频器发生故障时，高压变频器的控制保护系统将会自动断开高压真空接触器KM1、KM2，同时闭合高压真空接触器KM3，使高压电机从变频状态切换到工频状态下运行。而为了保证切换运行状态时安全可靠，需要设计电气互锁功能，即KM1和KM2闭合时，KM3无法闭合；而当KM3闭合时，KM1和KM2不能再闭合。
2.3高压变频节能技术改造方案注意事项
1）高压变频器在接线时，一定要注意输入端和输出端的区别，不可接反，以免在风机使用时引发事故。2）准确计算转子的临界转速，采取必要的技术保护措施，避免发生扭曲共振现象。3）安装完毕后，检查变频器柜体是否做好了相关接地工作。4）将预充电电源技术运营与风机启动模式中，避免全压启动对设备形成过大负荷。
3结束语
篇4
关键词： 高压变频器 功率单元 低损耗绝缘栅双极型晶闸管（IGBT） 脉冲宽度调制 脉冲幅度调制
一、引言
随着科学技术的迅猛发展，现代化企业的机器设备的自动化程度和精度越来越高，现代化企业的设备具有大型化、专业化、高速化、精密化、高智能自动化的特点，随之而来的设备专业知识和维修技术的难度相应提高，攀钢提钒炼钢厂也是如此，尤其是高压变频技术在钢厂的应用精度高、范围广，而点检、维修的技术难度大。
二、提钒炼钢厂高压变频器的应用范围
提钒炼钢厂采用了国内外等七大公司的高压变频技术，包括北京利德华福电气技术有限公司、日本东方日立、东方日立（成都）电控设备有限公司、美国罗克韦尔公司、美国罗宾康公司、法国阿尔斯通公司、深圳海力科，分别使用的高压变频器有：HARSVERT-A（11台）、DHVECTOL-DI03000/06B（1台）、东方日立（2台）、Power Flex7000(2台)、NBH（1台）、ALSPA MD2000（2台）、ZINVERT-A9H500/10Y（2台），主要用于攀钢提钒炼钢厂的大惯量除尘风机和水泵电机的控制。
三、转炉高压变频器在提钒炼钢厂使用中实际存在的问题
1、在转炉区域应用范围广：
主要用于7座转炉的一、二次除尘、脱硫Ⅰ-Ⅴ部除尘、老转炉地下料仓除尘的大惯量风机。
2、影响范围大：
影响7座转炉和5部脱硫的生产及环保。
3、使用的厂家多，维修技术难度大：
包括北京利德华福电气技术有限公司、日本东方日立、东方日立（成都）电控设备有限公司、美国罗克韦尔公司、美国罗宾康公司、法国阿尔斯通公司。
4、变频器的规格型号功率差异大，通用性差，备件组织难度大：
分别使用的高压变频器有：HARSVERT-A06/300( 07017)3000KW（1台）、HARSVERT-A06/170 1600KW（2台）、HARSVERT-A06/410 4000KW（1台）、HARSVERT-A06/220 1800KW（2台）、HARSVERT-A06/300( 07180) 800KW（1台）、DHVECTOL-DI03000/06B 3000KW（1台）、I07D022 3000KW（2台）、Power Flex7000 3500KW(2台)、NBH 3500KW（1台）、ALSPA MD2000 2040-690 2000KW（2台）。
5、使用年限久，部分关键备件已经更换多次，机旁储备大部分是修复件：
转炉区域的高压变频器大部分是在05、06年上线使用的，已经更换过多次功率单元、主控板、电源模板等关键备件，线下的大部分是修复件。
6、部分进口高压变频器运行显示界面是英文版本，这就要求点检、维护人员具有一定的专业英语水平，而现有的点检、维护人员的专业英语知识比较低，增加了设备点检、维护人员诊断、处理故障的难度。
7、高压变频器的结构原理复杂，专业知识性强，内部程序为厂家锁定，而现有的点检、维护人员的专业理论知识比较肤浅，只能处理简单的故障，而对于复杂的故障，只能凭经验或束手无策，这样增加了处理故障的时间。
8、高压变频器属于在高强度的电压下运行的设备，一般在6000伏以上，而现有的点检、维护人员对高压设备的性能了解甚少，这样在检修和维护时，存在着一定的安全风险。
四、认真学好高压变频器知识，研究高压变频器维修技术
1、了解并掌握变频器原理以及基本知识
1.1什么是变频器？
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能的控制装置。
1.2变频器的基本结构
变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
1.3变频器的分类
变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
1.4 PWM和PAM的不同点是什么？
PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅度调制) 缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
1.5电压型与电流型有什么不同？
变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
2、掌握高压变频器关键部件的系统原理及特点
篇5
【关键词】高压变频器；火电厂；吸风机
火电厂既是电能生产者，又是电能消费者，特别是拖动发电厂机、炉辅助设备如给水泵、射水泵、送风机、吸风机、排粉机等机械设备的电动机耗电量达到了厂用电的80%左右。在厂网分开，发电企业市场化程度加剧的背景下，必须通过高压变频器在火力发电厂风机、水泵类辅机的应用来实现变频调速节能改造，以提高火电厂的整体经济、社会效益。
1.工程概况
某火电厂两台125MW火力发电调峰型机组日常运行时大约为满负荷的80%，通过人工挡板调节来实现机组辅机设备吸风机的出力调节。机组满负荷运行时，由于引风机冗余功率较大，吸风机入口挡板开度约为60%。而机组调峰时，吸风机入口挡板开度约为40%，可见能力损失高，工作效率低。另外，采用挡风板进行风量控制引起的阻力损耗也造成厂用电率高，对机组的经济运行产生了不利影响。因此，为了适应厂网分开、竟价上网的电力体制，实现节能降耗大体趋势，需将高压变频器调速装置应用于吸风机。
2.高压变频器应用要求
基于吸风机的工作特点，变频调速系统在应用时需要满足以下主要要求：第一，要求变频器工作可靠性高，能保证长期运行无故障。第二，要求变频器有旁路运行功能，一旦出现故障，保证电动机能切换到工频状态持续运行。第三，调速范围大，工作效率高，具有逻辑控制能力，可以自动按照吸风周期升降速。第四，设有共振点跳转装置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
3.高压变频器应用技术分析
为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器应用过程中主要采取以下技术措施。
3.1 电力电缆选型要点及敷设要求
变频器通过电缆将频率改变后的电量输送到电动机，因为各相电缆对地之间均存在电容，运行过程中电缆各相的对地电容电流是不相等的。尤其当变频器与电动机之间连接的电缆较长，且电压、电流分量中存在高次谐波电流时，发生单相接地短路时，电缆的故障相电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，使该段电缆发热，从而造成非故障相绝缘破坏。在变频调速改造工程中，考虑到电缆结构上的三相对称性和屏蔽作用，可考虑适当增加电缆截面，敷设长度尽可能不超过限定值（100m），如果原有的电源电缆为非屏蔽或截面的载流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。考虑到电源电缆输送的电压、电流的高次谐波分量产生的磁场易干扰其他信号，现场敷设施工时尽量避免电源电缆与控制电缆和信号电缆同时敷设。
3.2 高压变频器工作环境及改进
由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100Hz，易形成高次谐波电流，在工作时将产生一定的热量。目前高压变频器其效率一般都可达到96%～98%，4%的功率损耗主要以热量形式散失在运行环境当中。虽然在变频器柜的顶部均配有排风扇，但只是将柜内的热量排放到室内，造成室内的环境温度不断升高，如果不能及时有效的解决变频器室的工作环境温度问题，将直接危及变频器本体的运行安全；最终因为温度过高，导致变频器过热保护动作跳闸。为提高设备的可靠性，保证变频器具有良好的运行环境，通过优化散热与通风方案，进行合理的设计与计算，实现设备散热的高效。根据现场来说我们主要采用风道开放式冷却和空调密闭冷却这两种方式。即给变频调速装置提供一个独立的空间，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。
3.3 高压供电系统出口断路器的控制
变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检侧保护系统完成。当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。然而，当变频器出现故障（要求断路器动作跳闸）时，普通断路器高压开关柜内部恰好出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，造成变频器内部的功率器件损坏。所以要选择具备当跳闸回路断线或控制电源消失时断路器自动跳闸功能的欠压脱扣线圈的断路器，以保护变频器的设备安全。
3.4 吸风机变频调速的改造试验
采用型号为HARSVEST-A06/130变频器以及型号为Y1000-8/1180的电动机对高压变频系统进行相关的电气试验，对比变频调速调节和挡板调节两种运行方式下的吸风机系统的电能损耗情况，监控启动时对母线和电动机的电冲击情况，谐波对母线影响以及电动机轴电压和电动机的振动情况，电压不对称度及效率等，以验证高压变频器应用的可行性和有效性。
（1）通过变频调速调节和挡板调节吸风机系统的能耗对比试验，对该变频调速改造项目进行节电量、投资回收年限等综合经济评价。试验结果表明机变频调速调节比挡板调节减少较多的综合输入功率，输入侧功率因数由原来的0.7左右调高到0.97以上，每年通过电量节约可直接带来约80万元的直接经济效益。
（2）通过变频器的输出不对称度及输出波形试验，得出该变频器输出电压不对称度符合标准要求，其输出电压和电流波形基本没有畸变。
（3）通过变频器效率试验，得出本变频装置的整体效率在机组正常运行范围内为94%～96%左右，鉴于输出功率越接近满负荷效率越高，因此本试验结果表明，该变频器可以满足其技术要求。
（4）通过变频调速系统的谐波试验得出发电机吸风机在使用变频器调速装置时，6kV母线的电压总谐波畸变率从2.03%降低到1.14%，小于国家标准规定的限值4%。另外，电压波动与闪变、三相电压不平衡度基本没有因变频器的使用而产生变化，都符合相关国家标准。
（5）通过变频调速启动试验得出变频调速启动比较平滑，对电网和电动机都没有冲击。
（6）通过变频器对电动机轴电压、振动和温升的影响试验得出电动机的轴电压未因使用变频器而发生明显变化，电动机的振动明显减小，电动机的温升比未投运变频器时略有降低。
4.结语
通过高压变频器应用后各种试验分析，可以看出不仅保证整个系统的正常、稳定运行，还达到了节能降损目的，直接带来经济效益，符合火电厂市场经济时展要求，有一定实际应用价值。
参考文献
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Abstract： In order to reduce malfunctions and maintenance time and prolong the service life of boiler induced draft fan motor， Hebei Lingda Environment-friendly Power Plant reforms the high-voltage frequency converter of boiler induced draft fan. This paper introduces the necessity and implementation programmes of high-voltage frequency conversion， and describes the effect of high-voltage frequency conversion reform， which is of guiding significance for high-voltage frequency converters in similar situations.
关键词： 高压变频器；引风机；改造方案
Key words： high-voltage frequency converter；induced draft fan；improvement plan
中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0053-02
1 设备概况
目前我公司引风机电机规格为250KW 10000V YKK-450-2型.变频器采用DFCVERT-MV高压大功率变频器，自投运以来出现运行不稳定，故障率较高的状况，故障类型主要分为控制系统故障和硬件系统故障两类，控制系统方面主要有“单元系统通讯故障”，硬件方面主要有“单元缺相故障，旁通运行”、“单元直流过压”、“单元直流欠压”“单元系统通讯故障”由于是单机运行风险比较大，因此对变频器运行的可靠性要求非常高，在此基础上进行改造。
2 主控系统改造
2.1 改造目的
现有功率单元控制板故障率较高，经常出现单元直流过压问题就是控制板设置的保护定值漂移所致，究其原因是因为板件设置的电位器工作不稳定，且没有功率单元测温功能，当冷却风扇停运后跳高压开关，稳定性较差。
2.2 改造方案
2.2.1 更换硬件：主控板、光纤。
2.2.2 升级软件：PLC软件、触摸屏、功率单元控制程序、296升级到7058配套软件，功率单元控制板和触摸屏修改软件程序。
2.2.3 实施方案
①现有主控系统设备，包括主板及端子板、光通子板及母板、光纤拆除。
②升级现有功率单元控制板程序为122控制板。
③将原连接功率单元和光通子板的光纤，由一对一改接同级三单元串联后连接主控板方式。
④根据硬件的变更，连接相应的二次连接线。
⑤对PLC软件、触摸屏、功率单元控制程序进行升级，并将主板程序由296升级到7058配套软件。
2.3 改造前后效果对比
2.3.1 技术参数对比，如表1。
2.3.2 逻辑功能对比，如表2。
3 瞬时停电再启动改造
3.1 改造目的
瞬停功能是指在主电源发生短时失电后，变频器能够不停机，当电源恢复时重新投入工作的功能，瞬停功能能够满足系统3～10秒的失电。
3.2 改造方案
①增加硬件：输出PT、输入变压器、瞬停板、PLC扩展模块；
②更新软件：瞬停板配套软件；
③实施方案：
1）当系统主电源消失后，瞬停检测板通过输入PT在10ms内检测到高压失电，使变频器进入瞬停状态。2）当系统主电源重新来到时，瞬停板检测到高压信号后，使主控进入来电状态，主控开始通过瞬停板检测电机残压信号，并用适当的电压和频率重新带动电机恢复到停电之前的状态。3）系统示意图：
3.3 改造前后效果对比
先前由于系统故障或厂用电系统方式切换时间超过100ms时，高压变频器跳高压开关，引起锅炉MFT停炉。改造后，可以实现高压断电不超过10s的情况下，高压变频器持续工作，自动跟踪系统电压和频率衰减情况，瞬停板检测电机残压信号，并用适当的电压和频率重新带动电机恢复到停电之前的状态。
4 软充电、低压调试改造
4.1 改造目的
软充电技术是将原有的功率单元高压分布充电改为集中低压充电，大大改善高压上电过程中对功率单元内部元器件的冲击，降低了功率单元的故障率。
并可以实现低压调试：在变频器故障切至工频工况下，可以将变频器切至低压调试模式，对变频器进行故障处理，并上电进行调试，确定故障排除后，再将电机切至变频运行，大大降低了故障处理时间。
4.2 改造方案
①增加硬件：两组充电电阻（1欧、10欧各一组）、一个开关、两个接触器、配套电缆；
②实施方案：将所增加的硬件统一安装在柜顶，改造示意图如图2。
4.3 改造前后效果对比
现有变频器主电源上电是直接加在移相变压器和变频器功率单元上的，对功率单元内部整流元件、IGBT和逆变元件均有很大的冲击，导致降低元器件的使用寿命，增大故障率。改造后采用软充电方式，可大大减缓对单元内部各元件的冲击，提高各元件的使用寿命和降低故障率。
低压调试模式一改原来变频器需要停运后才能故障检测的模式，在变频工频运行状态下，采用软充电电压对变频器模拟上电，对设备进行检查并通电试验，提高设备的故障检测效率。
5 工变自动切换改造
5.1 改造目的
工变切换是指在变频器发生故障后，自动切换到工频运行，在变频器具备运行条件后，自动从工频切换为变频的功能，可以大大减少故障切换时间。
5.2 改造方案
①增加硬件：两个旁通柜（内部配置：一台高压真空断路器、两台高压接触器、一台过电压吸收器、PT、配套电缆）。
②实施方案：变切工：正常运行时，QF1和KM1合，QF2断开，当出现重故障或者人工给切换指令时，变频器断开QF1和KM1，经过电机去磁时间后合上QF2，电机进入工频运行状态。工切变：人工给出切换指令，变频器先合上QF1，变频器进入预充电状态，变频器就绪以后自动运行并断开QF2，当确认QF2断开后合KM1，变频器检测电机的状态，并以检测到的转速开始将电机带回50Hz。改造后的系统图如图3。
不必停机检修，从而满足重要过程控制场合的实际需求。
6 结束语
经过变频改造以后，节能效果非常明显，而且启动频率低，转速低，电流小且平稳。实现了软启动，避免了以前用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的冲击。不仅延长了电机等设备的寿命，也减轻了轴承的磨损，提高了安全供电的可靠性。
参考文献：
[1]刘志强，刘春晓，刘世雄.高压变频器在电厂锅炉风机上的应用[J].神华科技，2010（03）.
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[3]唐立滇.高压变频器在火力发电厂300MW机组引风机上的应用[J].变频器世界，2008（05）.
篇7
关键词：高压变频器；滤波原理；滤波特性
中图分类号：TM464
1 引言
电力电子与芯片技术的发展促进了电气转动的技术革命，交流调速取代直流调速，数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。变频器由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。近年迅速发展的新型功率器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等，由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚至是PWM整流。具有谐波小，功率因数也有较大程度的改善。
高压变频器属投资类设备，主要用于节能和改善生产工艺。是电机节能系统中的关键装置，在节能降耗中的作用极为明显，已经成为节能减排的重要利器。
其本身的发展将促进相关联的电力电子、自动化控制、软件开发、电机、风机、铸造、冶炼、机械制造业等产业的发展，同时也将带动下游应用领域包括石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等相关联产业的技术进步与控制工艺水平的提高，提高生产工艺水平，降低生产成本，促进整个工业产业链的协调发展。
因安装高压变频器后能达成平均节电30%的效果，国内高压变频器应用比率目前还不到30%，发达国家已达70%。在低碳经济环境下，以及节能减排政策的出台，高压变频器迎来一个发展的黄金时期。近几年市场出现了爆发性增长，平均年增长率超过40%。高压变频器作为电机节能的主要电力电子装置，市场空间大，发展前景十分广阔。
总体而言，国内高压变频器的现状是：（1）技术标准还有待规范；（2）相配套的产业很不发达；（3）生产工艺落后，勉强满足变频器产品的技术要求，但是价格低廉。（4）变频器中使用的功率半导体，驱动电路，光纤等关键器件完全依赖进口。（5）与发达国家的技术差距在缩小，具有自主知识产权的产品正应用在国民经济中；（6）已经研制出具有瞬时掉电再恢复、故障再恢复等功能的变频器。
同时，应用高压变频器也存在一些副作用；变频器的使用会给电力系统带来一些谐波污染，高次谐波及残留的共模电压会引起有功无功损耗，电机热损耗增加、电机噪声和振动增大、产生漏电流引起保护动作，使轴承烧蚀、使电机端产生过电压引起绝缘老化，从而影响电动机的寿命等。一个好的滤波器结构设计显得非常重要。
2 滤波系统及其原理分析
2.1 滤波器结构及特点。电流源型变频器可以依靠自身拓扑结构等特点，解决长期困扰的共模电压这一难题。而在变频器的使用过程中还存在谐波和无功这两现象，在此可以通过使用滤波器来抑制谐波和补偿无功损耗。滤波器具有不同频率的滤波功能，所以对不同阻抗和相位角变化表现出不同影响，图1所示为有源滤波器系统的示意图。使用傅里叶变换法来对变频器的脉冲调制电流进行分析，可以从空间矢量调制的频率中提取出基波和谐波。在设计滤波器时要同时考虑输入输出特性，并要注重失真和位移两大因素。最后也可以对设计的滤波装置进行仿真演算，验证结果的可靠性。
滤波器在使用过程中常见的三种响应模式，包括巴特沃斯响应（也称为最平坦响应）、贝塞尔响应、切贝雪夫响应。“巴特沃斯响应”带通滤波器在响应特性上比较舒缓，而“切比雪夫响应”带通滤波器的衰减曲线非常陡峭。因此在选择滤波器时要考虑在电网系统中哪种效应是可以允许的，哪种的稳定性最好。不过“切比雪夫响应”滤波器对设备的响应不敏感，但它结合了供选择性和驻波模式两大优势，所以现在使用最广泛的就是“切比雪夫响应”滤波器。
2.2 滤波器的原理简介。滤波器的作用就是在电路系统中对信号进行处理，通常由有源和无源两种滤波器。它的重要作用主要就是将有用的信号无损耗的输出，同时滤除无用的信号。滤波器装置通常具有输入与输出两个端口，来进行信号的传输。使用选通滤波器可以将一群符合波形转变为某一指定频率的正弦波。
滤波电路简单来说包括电感器和电容器两部分，这样可以有效分割交流和直流电。最简单的滤波电路称为L型滤波系统，只由一个电容器和一个电感器组成，所有复杂滤波器，都可以分解为几个简单的L型滤波。在一般的电路系统中更多的是使用L型及π型两种滤波器。如果滤波器对某一频率的选择性较强，但对此截止频率以外的其他频率过滤不大，则将其称作m常数滤波器。这里提到的截止频率，就是指滤波器的谐振频率。例如像带阻滤波器等很多滤波器都是m型滤波器，在此m其实为一变量，可表示为截止频率与衰减频率的比值。m值的大小反应了滤波器阻抗和K常数的关系。m的取值一般在0～1之间，当取值靠近0时，截止频率波峰变得更为尖锐，但倍频的衰减率会随之降低。共振臂的改变可以确定需要的截至频率，Q值的变动也反应了其衰减率。当m取0.6时，滤波效果最佳。
3 变频器的滤波特性
3.1 无变压器电流型高压变频器的输入滤波器相移功率因数。假设整流器的整体输入功率因数为PF（overall）：它可以表示为：PF（overall）=PF（dist）*PF（displace），其中PF（dist）表示为失真功率因子，而PF（displace）代表相移功率。在脉宽调制的整流器设备中采用滤波器作为输入端，虽然提升了失真功率因数，但降低了相移功率。所以就PF（overall）而言，应该调节好最佳的PF（displace）。
要提高三相整流电路的有功功率，就是要保持输入端的电压和电流取相同的数值，进而使得电流的开关序列和电容电压同步变化。如图2所示，其中阻尼和谐波不予考虑，经过整流器的矢量调制后形成一相空间向量图3。
然后分析电压和电流的相位角关系，再计算按以下公式计算tanθ：
公式中， 代表基波电压； 则是整流器的输入端中的基波电流； 是滤波感抗； 表示的是滤波容抗。
从上面的关系式可以得到θ与I1的关系，经过推算可以得出随着I1的增大，相位角θ逐渐降低。根据PF（displace）来计算PF（claim），再推得 。
再推导整流器电路可以获得的最大无功功率：
最后计算得到电容C的取值范围的最大不超过该计算公式：
这里，额定相电压用Uac表示，基波频率用f1表示。
3.2 逆变器中滤波器的输出特性研究。逆变器中使用的电压可以是二相或者三相的，但其输出电压形状一般是周期性的矩形脉冲。在此假设矩形脉冲的幅度为E，其输出是两个阶跃信号的差值，参考以下公式：
在此，脉冲宽度用 表示。在分析滤波器的响应特性时，要使用迭加原理。为滤波器在 作用下形成的经过s域计算的电路图如图4所示。
这里， 的拉普拉斯变换表示为 。电路的初始状态表示如下：
，有：
当f2（t）作用在滤波器的输出端时，形成的电流为：
在此，
而在f（t）=f1（t）-f2（t）作用下，滤波器的输出电流为：
从公式中可以看出，要提高相电流 ，就应当减小 的值。也就是说增大 ，减小 。电动机在运行过程中会产生纹波，所以应该提高 的值。
4 结论
当前，我国很多工业领域，如：电力、钢铁、石油、石化、化工、水泥建材、矿山、市政等行业都大量使用到了高压变频器传动装置，而且从长期的发展来看，经济和社会效益较突出。随着新型高耐压、大功率电力电子元件的出现，也对变频器的控制方法、精度和性能改善都提出了更高的要求。在此，本文研究的高压变频器中滤波器这一装置的输入输出特性，并介绍了滤波原理，这对于以后电路中的滤波特性改善提供了有意义的参考价值。
参考文献：
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关键词：变频；节能；效率
中图分类号：TE08 文献标识码：A
为促进电力使用中的节能降耗以及提高自动化和工艺水平，尤其是降低厂用电率提高机组的经济运行,通过对现场负载的变频节能分析测算表明，进行变频改造具有较显著的经济效益。
发电厂中重要辅机有吸风机、送风机、凝结泵、循机循环泵等，是厂用电的耗电大户，根据这些风机、水泵在发电厂的实际运行情况，存在设计裕量大、电机恒速运行、挡板调节流量损失大的缺点。因此，在实际应用中，对这些重要辅机进行变频改造就具有极为重要的经济和社会意义。
1、概况
某电厂2×300MW机组发电机是上海电机厂生产的QFSN-300-2型汽轮发电机，采用封闭式自然循环通风系统。汽轮机是上海汽轮机厂生产N300―16.7/537/537亚临界一次中间再热双缸两排汽直间空冷凝汽式汽轮机，额定背压均为14.6kpa 额定流量933.9t/h。
锅炉采用上海锅炉厂生产的SG―1062/17.5―M894型锅炉，为亚临界、一次中间再热、自然循环、固态排渣煤粉炉，单炉膛、微负压燃烧。锅炉呈“∏”型布置。
某发电厂#1-#2机组的重要风机及泵参数列表如下：
2、高压变频调速系统基本原理：
2.1高压变频节能的基本理论
变频器将三相工频(50Hz)交流电源变成三项电压可调、频率可调的交流电源，有时又将变频调速器叫做VVVF。主要用于交流电动机（异步电动机或同步电动机）转速的调节。
各交流电动机变频调速系统由变频调速器（驱动器）、交流电动机和控制器3个大部分组成。其中核心设备是变频调速器，由它来实现电动机和频率的平滑变化。交流电动机的同步转速表达式为：
（2-1）
式中， n――转速f――频率s――转差率p――极对数
由上式可知，转速与频率成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率在0~50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。因此，在极对数p一定，转差发生变化很小的情况下，转速基本上与电源频率f成正比。
现在电厂虽然已经采用高效的水泵、风机，但是实际中水泵、风机的运行效率并不高，主要原因有两个：
（1）运行点远离最高效率点。
（2）光靠挡板（阀门）调节的水泵、风机调速性能差。
根据水泵、风机工作原理与运行曲线，我们可以得到图2.1中的运行曲线，这条曲线配合水泵、风机在不同流量运行时的特性曲线（阻抗曲线）可以得到在未运用变频调速情况下使用（阀门）调节控制流量。
图2.1常规水泵阀门调节
常用的定速泵采用节流阀控制，将节流阀关小，泵的工作点由额定的A点变化到B点，流量减少而压力增加，效率降低，由此而引起的电能损失也是相当可观的。
当采用变频调速装置时，可以按流量需要升降电机转速，改变水泵、风机的性能曲线，使水泵、风机的额定参数满足工艺要求。变速前后流量，压力、功率与转速之间关系为：
（2-2） （2-3）（2-4）
、、―水泵在转速时的流量、压力、功率；
、、―水泵在转速时的流量、压力、功率；
图2.2水泵变频调节运行曲线
假如转速降低一半，即：，则，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。从图2.2可以看出：当转速由降为时，水泵、风机的额定工作参数、、都降低了。但从效率曲线看，点的效率值与点的效率值基本是一样的。也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，因此在满足操作要求的前提下，水泵、风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。
2.2 采用变频器的优点
1）变频调速能节约原来损耗在挡板截流过程中的大量能量，减少了因频繁调节而造成的阀门挡板损坏、管道磨损和经常停机检修所造成的经济损失，大大提高了经济效益。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调速方法。
由公式（2-1）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点。
2）采用变频调速后，可实现软起动，对厂用电的冲击和机械负载的冲击都大大减小，同时延长了电动机和风机的寿命，相对于电动机直接工频运行而言，功率因数大大改善，对低速电动机效果尤为明显。实现变频调速后，风机经常在额定转速以下运行，介质对风机叶轮和挡板的磨损，轴承的磨损，密封的损坏都大大降低，减少了维护工作量。
3）高压变频器与火电厂的DCS相连，可以实现高精度、宽范围的无级调速，全面满足各种复杂工艺的需要，提高生产效率和机组自动化水平。采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，且线性度较好，动态响应快。
4）方便实现电机频繁启停，变频器对网电压波动有极强的适应能力，在10%~5%额定电压范围内可满载输出。
5）具有旋转负载启动功能。当变频器发生瞬间中断时，变频器可在电动机还在旋转的情况下，重新将转速跟踪至启动位置，恢复运行。
6）具有控制信号掉电保持功能。当控制信号4~20mA掉电后，变频器能够根据设定信号（一般为80%额定值）保持在一个恒定的位置。
7）变频器满载输出时，电流谐波分量小于2%，符合国家供电部门对电压失真和电流失真最严格的要求。对电动机没有特殊的要求，可以沿用以往的普通异步电动机，电机不必降额使用。
3、方案设计及改造前后对比
3.1凝结水泵变频改造概述：
为了充分保证系统的可靠性，变频器配置方案采用采用一拖二方式，即两台电机配置一套变频装置，任何一台电机都可工作在变频运行状态，且任何时刻也只有一台电机工作在变频运行状态；或一台泵先变频运行而另一台泵工频备用，在变频器或变频运行的电机故障，另一台备用工频电机可以瞬间启动，不影响机组的运行。一托二原理图如右图：
QF1,QF2为6KV进线开关，QS1～QS6为隔离刀闸。QS2与QS3、QS5与QS6之间有机械互锁，确保工频、变频不同时输出造成输出短路。QS1与QS4之间有逻辑互锁，避免两段高压电源有回流。
3.2不同负荷下变频改造前后对比
项目
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高压变频技术隔爆型三相异步电动机由定子、转子、四轴承结构、强制风冷装置、轴电流引出装置、轴承液压泵系统装置等主要结构组成。电动机主体安装在对旋风机主风筒的最里层，1台对旋风机用2台电动机(左右出线各1台)。电动机的主要结构介绍如下:1)电动机定、转子铁心。铁心用径向通风道隔开，分段迭成。材料采用DW360硅钢片，使电动机的效率、功率因数都有所提高。2)电动机定子绕组。定子线圈采用经特殊绝缘处理的变频电动机专用电磁线(耐电晕220级)———聚酰亚胺－氟树脂复合薄膜绕包双玻璃丝包铜扁线。电动机每相绕组埋有2支Pt100，共6支，分为2组，一组使用，一组备用，以模拟方式输出信号，实现绕组的温度保护。3)电动机转子。转子为鼠笼式结构。采用铜条焊接，与轴采用热套配合，刚度好。轴由45号的圆钢和Q235－A的筋板组焊而成，并经严格的退后处理和时效振动处理。4)电动机的机座和轴承室。机座材料均采用了优质碳素钢Q235－A，并按工艺要求焊接完后，进行了有效的退火处理。机座采用圆机座，通过机座两壁板上的通风管散热，并且加强机座刚度。变频电动机，由于谐波与磁路的问题，产生轴电流很大，轴电流又对轴承的危害很大，大大缩短轴承寿命。因此需要用绝缘轴承或将轴承室绝缘以达到对轴承绝缘。轴承室零件材料采用了铸钢ZG230－450。保证了零件的钢性和加工性。5)冷却方式。为了保证对旋风机在低转速下有足够的风量，电动机冷却采用强制通风冷却方式。强制通风用的冷却电动机有良好的工作性能和耐用年限，该电动机采用双法兰不带底脚强构，轴承采用了进口SKF轴承，并加装了Pt100测温传感器。6)轴承装置。电动机轴承轴伸端轴承采用一盘球面调心滚子轴承，非轴伸端轴承采用三轴承同心式组合结构，轴承全部采用进口SKF轴承。轴承方式采用液压泵站强制。轴承室防护等级达到IP54。7)其它装置。电动机设有空间加热器，当电动机停机时，加热器开始投入使用，保证电动机内部温度高出环境温度5℃以上，以防止电动机在停机状态下结露。为防止产生的轴电流对轴承形成电腐蚀作用，除采用绝缘轴承室外，还加设有轴电流引出装置，轴电流引出装置安装在电动机轴承的非轴伸端外盖上，并用防护罩做保护。
2高压变频技术隔爆型三相异步电动机的创新点
2．1绝缘轴承组结构应对电腐蚀
变频技术与电动机在运行过程中会产生电腐蚀现象。传统应对轴承电腐蚀的措施的主要方法有两种:一是选用绝缘轴承;二是选用绝缘轴承室。但这两种方法都存在一定问题。直接采购绝缘轴:一是价格昂贵;二是市场资源少，供货周期长;三是电机的绝缘轴承在装配与拆卸过程中，容易将外圈涂层和内圈涂层拉坏，对轴承维护保养造成困难。如果采用绝缘轴承室，虽然它有价格不高的优点，但在使用或维护过程中容易损坏。而且一旦损坏，需要返厂采用特殊工艺进行恢复。经过多次实践探索，一种新的绝缘轴承室被设计出来，它是在轴承的端盖内孔与轴承套之间夹绝缘层，首先将轴承套与绝缘层采用特殊工艺固化在一起，然后与轴承端盖内孔套起来，并在其端面用螺栓紧固。这种新型绝缘轴承室有价格不高、不易造成绝缘层损坏等优点，解决了电机轴承绝缘的难题。
2．2四轴承结构解决轴承易损问题
五阳煤矿主通风机原有电动机的轴伸端是选用了1套NU系列的短圆柱滚子轴承和1套6系列深沟球轴承，非轴伸端是1套NU系列的短圆柱滚子轴承。在电动机运行过程中，其轴伸端短圆柱滚子轴承承受绝大部分叶轮与转子重量，6系列的深沟球轴承承受来自叶轮的轴向力，非轴伸端轴承承受剩余一小部分转子重量。矿用大功率通风机叶轮的重量最大可达3t，叶轮的轴向力也有10～30kN。而叶轮是靠电动机轴伸悬臂支撑，叶轮的重量和挠动力常常会造成电动机轴承发生挠曲变形。一般来讲，深沟球轴承主要用于承受径向载荷，也承受一部分轴向载荷，但承受轴向力的能力比径向力弱。因此，五阳煤矿原有电动机的轴承的受力状况环境比较恶劣。其次，它的电动机采用脂进行轴承，其注排油难度非常大，经常发生缺脂或注脂过量等问题，并且不容易及时发现，电动机轴承损坏率比较高。因此，设计出了一种新型的轴承组合———四轴承结构。四轴承结构原理如图1所示。四轴承结构为:轴伸端是1套球面向心轴承，非轴伸端两端为球面推力轴承、中间是1套球面向心轴承。轴承结构中的这4套轴承都具有调心功能，值得特别指出的是，非轴伸端的3套轴承有1个共同的球心，这样在调心过程中就能步调一致。各轴承在运转过程中，各司其职，配合完美，其轴伸端轴承承受大部分叶轮与转子的重量，非轴伸端的球面向心轴承承受剩余部分的向力，前后两套轴承分别承受正、反转时的不同方向的轴向力。这套轴承的自动调心功能，很好地解决了传统电动机存在的前后轴承的不同心问题、叶轮的重量和挠动力造成电动机轴承发生挠曲变形的问题。
2．3轴承采用稀油强制
传统的三相交流电动机一般采用脂进行轴承，但脂使用时间过长后会失效。目前国内普遍采用的是在轴承外盖上增设排油管装置，但由于没有压力，油脂一般很难排除，如果采用加新的油脂将废油挤出来，会造成如下问题:①通过新油脂将废油脂排除，势必轴承内要充满油脂，这样就将影响轴承散热;②由于轴承内盖与转轴有一定的间隙，有很多油脂会通过此间隙进入电动机内部，覆盖在定子线圈上，往往会导致定子绕组绝缘电阻降低，甚至造成击穿。新设计的电动机轴承采用了稀油强制，如果要对轴承进行换油，打开排油口即可。轴承维护工作量也几乎没有。
3结语
篇10
关键词刮板输送机；高压变频器；应用
在刮板运输机中用变频技术替代传统的调速型液力耦合器，通过直接将对轮联接的方式，可以有效避免断链保护停机、功率失衡等问题，在很大程度上提升设备机械效率。本文以山西焦煤霍州煤电集团辛置煤矿为例，介绍3.3kV电压等级矿用隔爆高压变频器（型号BPJV1-2000/3.3）工作原理及其在实际运用中的运行数据控制，并对其在刮板输送机中的应用功能特性进行分析。
1高压变频器系统简介
3.3kV高压变频器系统主要由两部分构成，即主回路、控制回路。主回路经过移动变电站输出电压将分为两路1903V，变频器继而对输入电压进行输出控制，确保电动机的输入电压频率控制在0~50Hz。控制回路主要为低压控制设备，包括监控中心、集中显示台、TK200控制器以及信号采集终端四部分构成。
2高压变频器系统主要技术特点
2.1主从功率平衡
高压变频器在刮板输送机中应用的关键在于实现三台电动机的负载均衡，确保主从功率平衡。主机变频器可选择速度控制方式，从接收到主机变频器传来的转矩信号后，会根据一定的函数计算得出从机应输出的转速，从而避免主从机负荷失衡的问题。根据刮板输送机电机的启动顺序，将机尾部变频器设置为主机，另外两台机头变频器设为从机。3台电动机功率动态平衡过程为：集中显示台将转速信号传给主机变频器，机尾变频器通过先导启动，后将转矩信号通过线传输给从机，从机将根据主机转矩设定适宜的转速。
2.2断链停机保护
煤矿工作面推进过程中，由于工作环境比较复杂，刮板输送机运行中常出现馈链、卡链甚至断链的问题，对工作面正常开采造成严重影响。图1所示为变频系统监测得到的刮板输送机断链瞬间3台电机电流变化情况。分析得出，在刮板输送机断链瞬间，机尾电机电流变化曲线有四处明显的起伏变化，最大下降幅度可达到70%。因此，通过电动机电流变化可以有效判断刮板输送机是否断链，继而采取停机保护措施，减轻对机器设备的进一步伤害。实际应用过程中应设置合理的断链参数值与瞬态电流检测时间，一般情况下瞬态电流下降率与电流检测时间可设置为70%、10s，具体可根据机械设备参数进行调整。
2.3转差率保护
刮板输送机断链瞬间，机尾电动机电流及转速变化情况如图2所示。辛置煤矿刮板输送机采用的电动机为防爆型HXW95kW/V，额定电流A。如果刮板输送机堵转的情况下，其堵转变流一般为倍额定电流，即A。此时，刮板输送机的电动机转矩运行就成为了恒功率运行，负载电流会持续升高，转速则相应地会持续下降直至停转。而变频控制系统中有转差率保护功能，如果电机转差率及其持续时间超过设定数值，系统将会判定其出现断链或刮板摩擦事故，系统将立即发生停机警报，并在一定时间后进行停机保护。
2.4转矩保护
重载启动也是煤矿刮板输送机使用中经常发生的事情，因此，煤矿刮板输送机需具备较强的重载启动能力。但如果刮板输送机非重载启动，此时若设置很大的转矩上限，将会出现很多的不良现象，如卡链、馈链甚至断链。所以变频器启动需要有给定的软件设定输出转矩和输出电流的2.2倍，正常运行阶段可通过变频器显示器设置参数峰值。以辛置煤矿刮板输送机变频器开关的运行数据，目前，变频器通过软件设计，运行分析，设定不同情况下的转矩和电流上限。通过软件设计分析，应确保刮板输送机在不良情况下重载启动具有足够的安全输出转矩和电流，一般情况下应确保变频器在重载启动过程中具备2.2倍额定输出转矩和电流的能力；在正常运行过程中，可通过变频器显示屏设置最大输出转矩与输出电流。
3高压变频器参数及其冷却方式
变频器结构组成主要有5单元，包括整流、滤波、逆变、水冷和输出端的低压控制。为适应煤矿井下生产复杂的工作环境，刮板输送机变频器的动力电源输入和负荷电缆的输出都选择快速电缆连接器，便于改变软件参数实现机器的单机或联机拖动。变频器的控制方式有种，可根据工作需要选择远方遥控和近距离控制，如选择直接转矩控制，还可以实现倍额定启动转矩。
3.1拓扑结构
高压变频器的拓扑结构主要包括4部分，即整流单元、主回路可恢复快速短路保护、三电平逆变单元以及输出正弦波滤波器，结构原理见图3。（1）整流单元，内部安装有脉波整流器，控制脉波参数为12，这可使变频器的电网结构处于相对封闭的环境内，不受其他谐波干扰。同时，整流电压是两个整流器直流电源的叠加，这种设计方式的好处在于当机器运行出现故障时，不允许变频器合闸充电。（2）主回路短路保护，主回路保护器件选择功率半导体，可在非常短暂的时间内（约25μs）有效隔离主电源与逆变器，工作可靠性高。（3）三电平控制方式能有效避免电动机输出的高次谐波，其发挥作用的关键元件为与低通滤波器。（4）变频器配置有低通滤波器，其能控制输出电压中谐波含量，增加输出端与电机电缆允许拖拽长度，最长可达到3000m。
3.2变频器参数设置
变频器采用水冷方式，输入参数如表1所示。变频器的输出电压与电流分别为0~3.3kV、0~290A，输出频率为5Hz。变频器的12脉冲整流电源由三绕组变压器提供，输出电压V，变压器副边绕组相位差°。
3.3冷却系统
冷却系统结构如图4所示。内部水冷却媒介采用去离子水，将去离子水加入到散热管路之中，并设置水泵为去离子水提供循环动力。外部冷却结构位于变频器壳体内，通过循环将内部多余的热量带走，从而达到降温的目的。外部冷却水循环结构需要安装手动球阀、过滤器、电动球阀以及其他配套设备，电动球阀控制通过内部来实现。
4结语
3.3kV电压等级矿用隔爆高压变频器在山西焦煤霍州煤电集团辛置煤矿使用后，工作面已推进近1000m，平均日产煤较之前有明显提高。同时，刮板输送机在应用高压变频技术后，机器故障率降低明显，工作性能可靠，适合在煤矿自动化生产中进一步推广。
【参考书目】
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