电气百科：高压逆变器相关应用技术论文

2022-03-29

电气百科：高压逆变器相关应用技术论文

高压变频器在焦炉除尘风机上的应用

本文重点介绍国产高压变频器在某公司的应用。变频器现场运行情况表明，焦化行业采用国产高压变频器对焦炉除尘风机进行调速节能。改造成功，节能效果明显。节电率70%以上，年电费约80万元。

1.前言

某公司1#2#3#炉原配一套除尘系统。设备运行参数为：630KW/10KV离心引风机，风机型号为DAY-1A-210。额定风量/h、额定气压、额定转速960r/min；电机6型电机额定功率630KW电机额定电流46.1A额定转速960r/min，功率因数0.86，系统采用液力偶合器控制。

1.1 液压联轴器的工作原理

液力偶合器是以液体为工作介质，利用液体传递能量的传动装置。通过改变液力偶合器工作腔的充满度，可以改变液力偶合器和输出轴传递的扭矩。液力偶合器的转速与电机端和风机端的转速不一致，从而可以在不改变电机转速的情况下调节风机转速，达到调节风量的目的。

1.2 液力偶合器调速不足

由于液力偶合器在调整过程中需要产生摩擦力损失、体积损失和机械损失，这些损失产生的热量需要大量的冷却介质来冷却，而液力偶合器的传动效率等于转速，转速越低。效率越低，液力偶合器的节能效果越差。以上因素决定了液力偶合器效率低、损耗大、调速精度低、速度响应慢、转速不稳定等问题。需要配备相应的油路调节系统，浪费能源。.

2.高压变频器的节电原理、技术要求及改造方案

2.1 省电原理

所谓节能，不仅是节约能源消耗，还包括不浪费能源。根据流体力学定律，风机、泵、设备都是平方转矩载荷，它们的转速n、流量Q、压力H、轴功率P有如下关系：

Q∝n，H∝n2，P∝n3，在实际生产中，经常通过调整风扇的转速来调节系统的风量，随着转速的降低，轴功率就是风扇的转速同时保持相同的效率。电机的三次关系减小，电机消耗的电能急剧减少。比如风量降到80%，转速也降到80%，轴功率降到额定功率的51%，风量降到50%，轴功率降到额定功率。13%的电量，其节电潜力非常大。

2.2 技术要求

除尘净化系统的动力中心在除尘风机房，一旦不能正常除尘，不仅会影响生产，造成巨大的经济损失，还会污染环境。另外，调速系统的工作环境比较恶劣，焦炉没有定时装料和推焦。因此，与除尘风机配套的调速系统对可靠性要求极高。基于以上工作特点变频器能耗管理，对变频调速系统的主要要求如下：

(1）要求逆变器具有高可靠性

（2）要求逆变器有旁路功能

(3）调速范围大，效率高

(4）具有逻辑控制能力

2.3 重建计划

根据原设备运行情况，根据电机额定参数，选用自主研发生产的适用于驱动高压异步电动机的变频设备LPH-10-650。额定输出电流47A，适用电机功率650KW，配备手动旁路柜。当逆变器发生故障或需要维修时，手动切换到旁路，以保证系统正常运行。旁路与上一级高压断路器有连锁关系。上级高压断路器合闸时，绝对不允许操作隔离开关，以防拉弧，确保安全。

K0为逆变供电的高压真空断路器，K1、K2为高压逆变控制真空断路器，K3为工频旁路断路器，K4为水阻柜控制断路器，M为保留原异步电机，K5为水阻控制断路器。

2.4 除尘风机工艺要求

2.4 除尘风机工艺要求

A点为推焦时的给定信号；

A～B为风扇加速时间，可调整为5s；

C到D为推焦时间，设置为20s，可调；

在F点返回低速运行，完成一个工作循环。

若两炉推焦重叠，则在高速1的基础上跳至高速2。

高速 1 为 780 rpm，高速 2 为 840 rpm，低速为 290 rpm。

2.5 施工注意事项

施工图设计需要注意以下几个方面： 土建材料建议时，一定要参考产品的详细资料，根据安装尺寸、荷载、走线路径等情况，提出合适合理的土建材料的逆变器。逆变器布置好后，同时在布置室内外电缆沟或桥架时，尽量使逆变器的进出线电缆分开走线，尤其要避开控制线和信号线，以便尽量减少逆变器产生的电磁干扰。干涉。布置电气室时，必须考虑高压逆变器的工作环境。由于逆变器是电子设备，它包含电解电容器、电路板、芯片和其他电子元件。如果环境温度过高或含尘量太大，都会影响其寿命和稳定性。因此，尽可能设置单独的逆变器室，同时进行散热和防尘处理。

2.6 保护功能

变频装置具有过压、过流、欠压、缺相、逆变器过载、逆变器过热、电机过载等保护功能。

（1）过载保护。电机额定电流的120%，每10min允许1min，超过保护。

(2）过流保护。电机额定电流的150%，超过150%立即保护。变频器输出电流超过电机额定电流的200%时，将在 10μs 内得到保护。

(3）过压保护。检测各个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的115%，逆变器将保护。

(4）欠压保护：检测每个电源模块的直流母线电压。

（5）过热保护：包括双重保护：在变频调速系统中，如果低于设定值，变频器会先降压再保护。另外，在主加热元件，即整流变压器和电源 电子功率器件上放置一个温度检测，一旦超过极限温度，就会受到保护。

（6）缺相保护：每个功率模块都设置了缺相保护，当逆变器输入侧失相或功率模块熔断器熔断时，会发出报警信号并进行保护。

3.具体实现过程

高压变频调速系统对除尘风机的高压变频改造实现如下：变频器运行采用自动控制，风机电机提速信号取自焦点推动五车联锁信号。780转，如果两台焦炉同时推焦，转速跃升到840转，从原来的980转，空载时290转，推焦时780转，实现全自动化。4.设备操作

(1）运行稳定，安全可靠。

(2）节能效果显着，大大降低了吨焦电耗。

（3）电机实现真正的软启动和软停止，变频器为电机提供无谐波干扰的正弦波电流，减少电机故障次数。

（4）变频器保护功能完善，与原来的继电保护相比，保护功能更多，灵敏度更高，大大加强了对电机的保护。

（5）变频器与现场信号无缝接口，满足生产需要，现场信号接入灵活，变频器根据需要自动高速、低速往复节点的状态。

（6）对电网电压波动的适应能力强，有时电网电压高达10.7KV，逆变器仍能正常运行。

(7）与液力偶合器相比，加速时噪音大大降低，噪音污染减弱。

4.节能分析

4.1 正常生产时，1#2#3#炉每天放炉186炉，推焦时间为：40S

加载时功耗：40*186=7440S

时间比例为：7440/(24*3600）*100%=8.6%

空载时间比例为：1-8.6%=91.4%

4.2 改造前（根据改造前记录的数据，空载电流为：16A，按下焦点时：23A，功率因数为：0.86，计算费用为：0.5371元/kWh)

P1=1.732*10*0.86*(23*8.6%+16*91.4%)=247.3KW，

每年的电费为：

247.3*24*365*0.5371=元

4.3 修改后（根据修改后记录的数据，空载电流为：3A，按下焦点时：9A，功率因数为：0.96，计算费用为:0.5371元/kWh):P变化=1.732*10*0.96*(9*8.6%+3*91. 4%)=5 8.5KW

节能装置本身的损耗为：4KW

总计为：58.5KW+4KW=62.5KW

每年的电费为：

62.5*24*365*0.5371=元

4.4 省电率

(P1-P变化)/P1=(247.3-62.5）/247.3 *100%=74%

年节电量为：

62=

5.结论

综上所述，某公司的节能潜力还是比较大的，特别是在一些环保节能设备的应用上，改变了以往的扬尘减排，但是浪费了能源消耗和运营成本太多，导致企业减产。超负荷排放现象为今后企业下一步节能工作提供了思路。（论文网）

风机泵类高压逆变器技术方案探讨

利用变频调速技术实现风机、水泵等高压辅机的节能运行，是我国节能减排的重点推广技术。目前国内外厂家生产的高压变频器已在各工矿企业投入运行，如引风机、送风机、初级风机、排风机、给水泵、凝结水泵等风机、泵设备，并取得了良好的节能效果。工厂的电力消耗显着降低。但在运行过程中，轴承和动叶片出现裂纹，变频工频切换失败，变压器或模块过热跳闸。为此，

二、经济与安全分析

在考虑高压逆变器的节能应用时，首先要考虑的是经济性和安全性。如果没有节能效果或者节能效果不明显，没有安全运行的保障，基本不可能打动决策层。

高压逆变器节能应用的经济性分析，应根据企业实际情况，科学、定量、综合地进行，防止出现简单统计，得出节能效果的结论。非常好，投资可以很快收回，甚至产生很大的经济效益。综上所述。事实上，逆变器本身并不是一个节能设备，相反，它是一个耗能设备（设计值约为5%）。变频器是一种方便、准确的调速装置。在风机和泵辅机的调节上可以节省大量的能源，但静调风机的节能效果在静叶全开时不一定是最好的。有人争辩说，即使在满载的情况下，在相同工况和容量下，工频运行的电机的供电电流要比变频运行的电机大得多。这主要是因为所选电机的额定容量大于实际需要的电机功率。

高压变频器的应用，特别是变频改造项目，在项目规划时要进行严格的安全评估，为同类型风机或泵辅机在其他火电厂的应用筹集资金，了解是否变频器运行。轴承、动叶片裂纹、逆变器工频切换故障、逆变器模块损坏等设备异常，掌握逆变器设计、安装、调试和调试中考虑的安全问题，需要进行哪些测试，日常维护如何做，最好邀请有条件、有能力的科研单位进行相应的项目试验，出具评价报告。

高压逆变器并不是节能应用的唯一选择。需要通过对经济性和安全性指标的综合分析，确认高压逆变器的节能应用是具体项目的首选。

三、国产品牌设备选型与开发

了解国内外高压变频器品牌、产品、技术现状，在满足安全和技术要求的前提下，选择性价比高的国产品牌，支持和鼓励国产品牌发展壮大，并为国际市场做出贡献。我国高压大功率逆变器厂家主要有和康逆变器、东方日立、成都嘉陵、中山明阳、广州智光、上海科达、山东风光、九洲电气等。在国家节能减排的鼓励和支持下政策方面，随着科研的进一步深入，国产高压逆变器在理论上和功能上可以逐步与进口逆变器媲美，但功率半导体、驱动电路、逆变器使用的电解电容等关键零部件完全依赖进口，未来很长一段时间内情况不会改变。自动化产品结构比较简单，主要是“产品推广”的营销策略，产品开发和销售都有一定的劣势。

国外主流供应商包括西门子、（施耐德）、、（AB）和ABB。以西门子为代表的外资品牌以大容量、配套大型项目占据高端市场。他们形成了系列产品，几乎所有产品都具有矢量控制功能，技术水平比较完善。品牌厂商多为综合性自动化企业，具有多种自动化产品的品牌联想效应。这种关联还体现在其他资源的共享上。这样的“品牌推广”对产品的开发和销售起到了很好的推动作用。

虽然国外品牌在元器件质量和超大功率产品上具有比较大的优势，但也应该看到，国产品牌通过自主研发和技术应用，逐渐缩小了差距。而且，国产品牌具有巨大的价格优势和较高的性价比。此外，国产品牌在设备异常分析、故障处理、备件采购、技术培训等方面的便利性和效率也值得考虑。决策层的思维不能停留在选择国际大品牌高端产品而不承担任何责任的行为上。

四、变频器和电机连接方式选择

变频器与电机的连接方式主要有以下几种。

(1)-拖一个固定的连接，见图1：

(2)-拖一个旁路连接，见图2：

（3)-拖动两个旁路连接，见图3：

其中带旁路的接线方式分为手动切换和自动切换。如图2，手动切换旁路的接线方式，-QS1、-QS2、-QS3都是隔离刀片。通过用高压断路器代替隔离刀，可以实现旁路运行的自动切换。

接线方式的选择取决于高压电机在系统中的运行方式。如果火电厂一台机组安装两台凝结水泵，一台正常运行，另一台备用，可选择一拖二手动切换旁路的接线方式，一台变频运行，一台变频运行工频待机，变频器故障。当凝结水系统切换到备用泵工频运行时。引风机不同。机组正常运行时，两台引风机同时运行。一般选择一对一自动切换旁路的接线方式。这样，两台引风机就可以正常变频运行。当任一引风机发生故障时，

五、继电保护配置方案探讨

目前国内外高压逆变器厂家提供的保护配置对于逆变器和变压器本身来说基本相同。工频过压保护、欠压保护、输入过流保护、输出瞬态过压保护、输出过压保护、输出过流保护、输出短路保护、输出电压三相不平衡保护、输出电流三相不平衡保护、变压器过温保护、冷却系统故障保护、控制系统故障保护等。

从用户的角度，希望电力科研设计单位、相关院校和设备制造商注意高压逆变器+电机系统继电保护的配置，并在以下两个方案中给出明确的结论：一、开关柜的综合保护 它只用作高压电缆的主保护和逆变器和电动机的后备保护。变压器和电机通过变频器保护实现主要保护功能，但必须满足灵敏度要求。二是研制“频率跟踪智能变频运行自适应”保护装置。保护装置可自动跟踪幅度，逆变器两侧电源的频率和相位角变化并自动平衡补偿。不同的电源可以通过模拟操作恢复到相同的理论电源。，从而采用差动保护；保护范围涵盖从开关柜到电机的整个电路，包括逆变器、隔离变压器和逆变器两侧的电缆；工频变​​频运行无需切换，完全自适应。包括逆变器、隔离变压器和逆变器两侧的电缆；工频变​​频运行无需切换，完全自适应。包括逆变器、隔离变压器和逆变器两侧的电缆；工频变​​频运行无需切换，完全自适应。

六、如何避免设备产生共振和扭振损坏

应用变频调速后，电机和负载的工作频率不再固定在50HZ的电源频率，而是可以在0～50HZ的任意一点。电机的输入电流是变频器输出的综合电流，包括高次谐波分量。电机与负载轴系、叶片共振、轴系发生扭振损坏设备现象，如图4、图5。

如何避免？分析原因，明确措施

(1)轴系或支撑系统径向共振

它由电机的离心力和负载工频激发，以轴系或支撑系统的共振频率运行。

这种振动机理简单（相当于汽轮发电机在临界转速下运行），现象明显，处理容易。

措施：逆变器投入运行前进行谐振频率测试，并设置跳频区，避免出现谐振频率。

(2)轴系扭转共振

PWM逆变器输出电流引起的基波波动转矩励磁。这种振动机理比较复杂，由于缺乏现场监测，现象并不明显。起初对恒速运行没有明显影响的因素开始对变速条件下的振动状态非常敏感。

措施：操作人员应特别注意电机和负载的振动。如有异常，应及时报告并分析参数。同时，维修人员也必须更加注意设备的检查和处理。

(3)叶片共振

PWM逆变器输出电流引起的6X谐波动态转矩励磁。这种振动机理比较复杂，现场没有出现任何现象（风机调频运行过程中可以监测到的所有参数都是正常的，直到故障导致叶片折断并导致电机和负载振动很大）。其励磁源为逆变器输出的电流高次谐波（6次），其主要分量频率为风机变频运行速度（旋转频率）对应的频率与电机极对数的乘积，乘以6，其频率范围为100. 300Hz。作用机制如下：谐波电流在风机轴系中引起1∞~300Hz的微小扭转振动。这种扭转振动由于振幅小，对轴系没有明显影响，但会与动叶片的固有频率相协调而引起。共振，并且在比较短的时间内（1到3个月的变频运行），叶片就会开裂，最终被毁坏。

措施：变频运行一个月后，检查转子叶片是否有裂纹。如果发现裂缝，必须进行相应的修改。定期进行谐波、振动、扭振等参数测试，最好配备在线监测系统进行实时监测。（磨机技术）

高压变频器在循环氨泵节能改造中的应用

变频调速是近年来兴起的成熟新技术。它通过改变电源的频率来实现调速。由于其调速稳定、暂态稳定性高、节能等特点，越来越受到人们的重视。. 随着变频调速技术的不断成熟，变频调速装置在水泵设备中的应用越来越广泛。

1、循环氨泵的特点及问题

1.1、循环氨泵的特点

净化厂一期有两台循环氨水泵，一台使用，一台备用。泵组将循环氨水推入集气管对废气进行初步冷却，并将废气温度控制在75-80度后再送入初冷器。应及时调整废气量，调整循环氨水量。

1.2、工频运行有问题：

两台循环氨泵电机均为工频运行，启动电流大，不仅影响设备寿命，对电网也有很大影响。而且工频运行耗电量大，不能随生产负荷自动调节，不符合现代企业“节能降耗”的管理理念。

循环氨泵工频运行，流量和压力只能通过旁通阀和出口阀调节，但调节负荷有限。2012年初焦化时间长，废气量少，无法进一步减少循环氨水流量，导致废气温度极低，一度降至40度（工艺要求控制温度为75～80度），使废气管道中的焦油氨水混合物的流动性极差，存在阻塞废气管道的隐患。可见，废气的温度是一个至关重要的指标。如果控制不当，整个净化系统就会瘫痪。

原循环氨水泵采用工频运行，操作人员只能通过调节泵出口阀和循环管阀门的开度来控制循环氨水的压力和流量。如果循环氨水量发生变化，岗位人员不能及时调整，就会造成循环水泵压力过高或过低。压力过高会导致泵被密封，电机会被烧毁；压力过低会导致废气温度不可控，收集温度超标，导致初冷、电捕及气体净化系统严重堵塞。

2、重建计划

循环氨泵机组是保证焦化厂煤气系统正常运行的重要设备，必须保证连续、稳定、可靠运行。经过详细的技术经济论证，决定采用高压变频调速装置，通过变频调速调节电机转速，满足工艺要求。

高压变频调速系统采用功率单元串联技术，直接输出10KV电压。它是一种高压源型逆变器。高压变频器调速系统整体结构由旁路柜、变压器柜、单元柜和控制柜组成。采用一用一备两泵双电源、一供两手动旁路的方案。基本原理图如下图所示。

双电源手动开关柜示意图

本系统由高压开关1QF、2QF、双电源手动开关柜（由高压隔离开关QS1-QS6组成）、高压逆变器、两台高压电机组成，其中双电源手动开关柜和高压逆变器由投标人提供。

说明：①其中QS2、QS3是双刀双掷隔离开关，QS5、QS6也是双刀双掷隔离开关；实现自然机械联锁 ②QS1和QS4不能同时闭合，实现电气联锁；QS2和QS5不能同时合闸，实现电锁；③逆变器发生故障时，相应的高压开关跳闸，柜门有高压锁死。接通高压电源后，柜门会被电磁锁自动锁上。，除非使用特殊钥匙，否则无法打开柜门。

3、运行可靠性分析

经过多次调试，实现了变频器控制电机转速随循环氨泵出口压力的变化而变化，既降低了功耗，又降低了电机的噪音。改造效果非常明显。从15A到6A，每天节电3500度左右。②电机转速降低，电机和泵的运行条件明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维护成本。③采用变频调速技术后，由于泵出口阀门全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工作环境；④电机加减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，即生产指标稳定，减少工人工作量。⑤循环氨水压力稳定，避免了压力波动，管道泄漏点明显减少，减少了维护工作。

4、经济效益

根据以上数据，日节电约3500度电，月节电度电（30天计算），年节电127.75万度电。按每千瓦时0.48元计算每年节省的电费。

5、结束语

随着市场竞争的日益激烈和国家对节能减排的要求越来越严格，企业节约能源、降低生产成本、提高竞争力显得尤为重要。变频器已投入运行近四个月。出口阀门全开，运行平稳，减少阀门关闭造成的能量损失，节能效果明显，实现电机软启动，延长电机、泵及其使用寿命辅助设备。实践证明，高压变频器在循环氨水泵中的应用是非常成功的。（论文网）

高压变频器散热与通风设计