水泥企業(yè)變頻器的選擇

　　2.2 變頻器的規(guī)格和指標(biāo)

　　在選擇變頻器時(shí)，會(huì)接觸到許多生產(chǎn)廠家提供的各類(lèi)變頻器的產(chǎn)品樣本，這些樣本主要介紹變頻器的系列型號(hào)、特點(diǎn)以及各種功能和指標(biāo)。用戶根據(jù)自己的實(shí)際需要，就這些產(chǎn)品的性能、指標(biāo)進(jìn)行比較、篩選，以確定適合于自己的變頻器。

　　(1)型號(hào)

　　一般為廠家自定的系列名稱，包括電壓等級(jí)和可適配電機(jī)的容量。

　　(2)電壓級(jí)別

　　根據(jù)各國(guó)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或用途不同，其電壓級(jí)別也各不相同，在選變頻器時(shí)，首先應(yīng)注意其電壓級(jí)別是否與電源電壓和電機(jī)的電壓相適合。

　　(3)最大適配電機(jī)

　　在最大適配電機(jī)一欄中，通常給出最大適配電機(jī)的容量。應(yīng)該注意這個(gè)容量一般以4極普通異步電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，而同容量的6極以上電機(jī)和變極電機(jī)等電機(jī)的額定電流比4極普通異步電動(dòng)機(jī)的額定電流大，因此，在驅(qū)動(dòng)4極以上電機(jī)時(shí)就不能單單以此項(xiàng)指標(biāo)選擇變頻器，同時(shí)還要核對(duì)變頻器的額定輸出電流是否滿足電動(dòng)機(jī)的額定電流。

　　(4)電源

　　變頻器對(duì)電源的要求主要有電壓／頻率、允許電壓變化率和允許頻率變化率等三個(gè)方面。通常對(duì)電壓及頻率變化率的要求分別為±l0％和5％。如果用戶安裝變頻器的所在地點(diǎn)的供電電源電壓波動(dòng)超出通常規(guī)定的范圍(或上限或下限)，應(yīng)同供貨廠家討論。

　　(5)控制特性

　　①.電壓型還是電流型。

　?、?PAM、PWM或SPWM調(diào)節(jié)方式。

　?、?V／f控制，轉(zhuǎn)差頻率控制方式或矢量控制。

　　④.輸出頻率范圍，一般最低為0.1Hz，最高頻率因變頻器性髓而異，該調(diào)速范圍應(yīng)滿足用戶的應(yīng)用需要，同時(shí)要了解在所用系統(tǒng)中，在該頻率范圍內(nèi)是否有機(jī)械共振或出現(xiàn)轉(zhuǎn)速振蕩的可能。

　　⑤.輸出頻率分辨率，設(shè)定頻率的分辨率，輸出頻率的精度。

　?、?頻率設(shè)定方式。有自身的參數(shù)設(shè)定，電位器設(shè)定，外部(0～5V、4～20mA)設(shè)定以及上位機(jī)發(fā)送的RS－232和RS－485等信號(hào)設(shè)定。

　?、?電壓／頻率特性。變頻器中存有多種V／f特性，如轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)，平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載節(jié)能特性等供用戶選擇。

　　⑧.載頻頻率。載頻頻率的高低標(biāo)志著輸出波形的質(zhì)量，早期的GTR型變頻器的載頻頻率為1～3kHz，目前常采用IGBT，載頻頻率可達(dá)10～20kHz，另外還有同步調(diào)制和異步調(diào)制之分。

　?、?過(guò)載能力。變頻器所允許的過(guò)載電流以額定電流的百分?jǐn)?shù)和允許時(shí)間來(lái)表示。一般變頻器的過(guò)載能力為額定電流的l50％，持續(xù)60s。

　?、?加減速時(shí)間設(shè)定。加速、減速時(shí)間作為基本功能可分別設(shè)定。高性能變頻器還具有曲線加速，多擋加、減速時(shí)間設(shè)定以及外部控制加減速功能。

　?、?制動(dòng)方式。變頻器的電氣制動(dòng)一般分為能耗制動(dòng)或再生反饋制動(dòng)。能耗制動(dòng)時(shí)不加外接制動(dòng)電阻的場(chǎng)合制動(dòng)力約為20％，加外接制動(dòng)電阻時(shí)制動(dòng)力可達(dá)100％。能耗制動(dòng)用于制動(dòng)頻率不高的場(chǎng)合。從節(jié)能的角度來(lái)看，再生反饋制動(dòng)是最好的方式，但是相對(duì)較為復(fù)雜，價(jià)格也較高，主要用于頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的場(chǎng)合。

　?、?運(yùn)行控制方式。變頻器應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的有觸點(diǎn)控制的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)輸入功能，同時(shí)還可對(duì)停止的方式進(jìn)行設(shè)定，如自由停止還是加速停止。另外通常還具有通過(guò)參數(shù)設(shè)定或由外部信號(hào)選擇多級(jí)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)功能。

　　⒀.變頻器的保護(hù)。欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、失速保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)以及再啟動(dòng)功能等。

　　2.3變頻器容量的選擇

　　在確定系統(tǒng)中變頻器的容量時(shí)應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的容量、電動(dòng)機(jī)的額定電流、加速時(shí)間等幾方面因素。下面就如何選定通用型變頻器容量做一些簡(jiǎn)單介紹。

　　對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的變頻器必須同時(shí)滿足表3－1中所列三項(xiàng)要求。

　　注：　PM——負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，kW；

　　　　　——電動(dòng)機(jī)的效率，通常為0.85；

　　　　　——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，通常為0.75；

   　　　　 V_E——電動(dòng)機(jī)額定電壓，V；

    　　　　I_E——電動(dòng)機(jī)額定電流，A；

    　　　　k——電流波形補(bǔ)償系數(shù)，通常為l.O5～1.1。

　　2.4 低壓變頻器的選型

　　低壓變頻器指輸入電源電壓為單相220V和三相380V的變頻器，這是水泥企業(yè)用量最大、應(yīng)用最為廣泛的變頻器系列。低壓變頻器的選型首先要考慮用途，選擇通用型還是專(zhuān)用型，要盡量使系統(tǒng)的各種功能通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次比較各廠家同類(lèi)變頻器的功能差別、性能價(jià)格比、售后服務(wù)，確定廠家及變頻器型號(hào)。選型時(shí)還應(yīng)注意與其它電氣元件的接口互聯(lián)問(wèn)題，要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理緊湊。以下以三墾公司四個(gè)系列產(chǎn)品的特點(diǎn)加以說(shuō)明。它們都采用IGBT模塊或IPM作為逆變器開(kāi)關(guān)器件。

　　(1)VFA5P系列風(fēng)機(jī)水泵專(zhuān)用變頻器

　　矢量控制：采用獨(dú)特的矢量運(yùn)算控制，內(nèi)藏PID。

　　學(xué)習(xí)加減速：根據(jù)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整適當(dāng)?shù)募訙p速時(shí)間，使加減速時(shí)間最短。

　　自動(dòng)節(jié)電方式：在保證輸出轉(zhuǎn)矩的前提下，比選用標(biāo)準(zhǔn)的V／f曲線節(jié)能效果更好。

　　電壓反饋控制：可使輸出電壓穩(wěn)定，不隨輸入電壓的變化而變化。

　　輸入輸出端子功能：可在數(shù)十種功能中進(jìn)行可編程設(shè)定。

　　瞬停再啟動(dòng)功能：再啟動(dòng)時(shí)檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，平穩(wěn)地再啟動(dòng)。

　　軟失速功能：可在過(guò)載時(shí)不跳閘，降低輸出頻率繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　瞬停不停控制：可在瞬間停電時(shí)繼續(xù)維持運(yùn)轉(zhuǎn)l5ms以上。

　　狀態(tài)監(jiān)控；可顯示l6種參數(shù)中的任意4種。如頻率、電流、電壓、功率等。

　　模擬量輸出信號(hào)：可輸出16種參數(shù)中的任意2種(頻率、電流、功率等)。

　　PWM載載頻率：最高可達(dá)17kHz，中小功率為l2～15kHz，真正靜音，輸出電流波形中高次諧波含量減小，載波頻率的提高對(duì)帶負(fù)荷能力的影響小。

　　完善的保護(hù)功能：防止過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)負(fù)荷、過(guò)熱等，過(guò)載能力l20％—1min。

　　(2)VFA5系列—般工業(yè)通用變頻器

　　在VFA5P的全部功能和特性基礎(chǔ)上增加了功能和特性：

　　過(guò)載能力；75kW以下l50％—2min，90kW以上l50％—1min。

　　增加工程特殊功能：搬運(yùn)機(jī)械，升降機(jī)械，金屬切削及加工機(jī)床等特殊用途的功能。

　　轉(zhuǎn)速控制精度：無(wú)傳感器矢量控制為土1％，有傳感器矢量控制為土0.5％。

　　頻率精度：采用纖維機(jī)械功能時(shí)頻率控制精度為±0.01％，分辨率為0.01Hz。

　　其它功能：模擬信號(hào)控制正反轉(zhuǎn)，制動(dòng)釋放，直流制動(dòng)，輕載時(shí)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，低振動(dòng)，低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，鉆頭損壞預(yù)防等。

　　(3)VFA7系列新一代通用變頻器

　　在VFA5基礎(chǔ)上改進(jìn)并提高的性能指標(biāo)如下。

　　內(nèi)置抗干擾濾波器：15kW以下內(nèi)置EMI(電磁干擾)抗干擾濾渡器，適應(yīng)EMC(電磁兼容)指令，為CE標(biāo)記對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，為ISO9001及ISO14001認(rèn)證產(chǎn)品。

　　輸出轉(zhuǎn)矩提高；在0.5Hz時(shí)可輸出高達(dá)200％的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速控制范圍擴(kuò)展到1：150。

　　轉(zhuǎn)矩控制功能：可通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定。

　　計(jì)算機(jī)接口：標(biāo)準(zhǔn)RS485，RS232C，Prolibus，DeviceNet，TOSLINEF10M／S20可選。

　　傳感器矢量控制：可對(duì)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩、位置進(jìn)行高精度控制。

　　標(biāo)準(zhǔn)顯示：可顯示30種參數(shù)中的任意一種，如頻率、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率等。

　　狀態(tài)監(jiān)控：可顯示30種參數(shù)中的任意4種，如頻率、電流、電壓、功率等。

　　輸入端子：在136種功能中任選一種，具有可編程功能。

　　輸出端子：在120種功能中任選一種，具有可編程功能。

　　控制端子公共端極性變換：與PLC(可編程序控制器)一起使用，可進(jìn)行漏極／源極和輸入／輸出邏輯變換。

　　V／f參數(shù)變換：對(duì)最多4臺(tái)電機(jī)進(jìn)行V／f參數(shù)變換。

　　均衡功能：在兩臺(tái)或以上變頻器驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載時(shí)，防止負(fù)載不均衡造成變頻器過(guò)載。

　　更完善的保護(hù)：增加了輸入輸出缺相保護(hù)功能。

　　隨著技術(shù)發(fā)展、功能日益完善，低電壓變頻器已經(jīng)發(fā)展成比較成熟的多系列產(chǎn)品。應(yīng)該說(shuō)，正確選擇變頻器是系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行的前提。選型不合理，使用不當(dāng)，常是變頻器系統(tǒng)故障、性能不能滿足要求的主要原因。

　　2.5高壓變頻器的選型

　　近年來(lái)水泥行業(yè)隨著電價(jià)的不斷攀升，高壓變頻節(jié)能技術(shù)越來(lái)越受到人們的親睞，訂貨數(shù)量不斷增加。本文從電壓等級(jí)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方式等幾方面提出建議，供水泥企業(yè)選型時(shí)參考。

　　(1)電壓等級(jí)

　　我國(guó)高壓電機(jī)常用電壓等級(jí)為6kV和10kV，另有少量3kV等級(jí)的高壓電機(jī)。絕大部分的高壓變頻器輸入都有一個(gè)隔離變壓器，所以變頻器輸入電壓通常能滿足不同電網(wǎng)電壓等級(jí)的要求。變頻器的輸出電壓等級(jí)選擇通常按照技改項(xiàng)目和新建項(xiàng)目有不同的選擇原則。對(duì)于技改項(xiàng)目，本來(lái)電機(jī)工頻運(yùn)行，由于通常不會(huì)更換電機(jī)，加裝變頻器后，要求變頻器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓一致，通常為6kV或10kV。對(duì)于新建項(xiàng)目，如果不需要工頻旁路，電機(jī)電壓可以配合變頻器進(jìn)行優(yōu)化，如對(duì)于中小功率可選擇2.3kV或3kV輸出電壓等級(jí)，以降低成本。如果需要工頻旁路，建議變頻器輸出電壓等級(jí)和電網(wǎng)電壓一致，否則旁路比較復(fù)雜。

　　(2)電壓源型和電流源型

　　目前絕大部分的高壓變頻器均屬于交直交型變頻器，按中間直流環(huán)節(jié)所用儲(chǔ)能元件的不同，可分為電壓源型和電流源型。

　　目前主要的電流源型變頻器為SGCT-PWM電流源型變頻器。電流源型變頻器的優(yōu)點(diǎn)是能量可以回饋電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。電源側(cè)常采用三相橋式晶閘管整流電路，輸入電流的諧波較大，為了降低諧波成分，可采取多重化，有時(shí)還必須加輸入濾波裝置。輸入功率因數(shù)一般較低，通常要附加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。由于不像電壓源變頻器，在直流環(huán)節(jié)的大濾波電容能存儲(chǔ)較大的能量，電流源變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較為敏感，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)容易停機(jī)，是個(gè)比較大的缺點(diǎn)。

　　若整流電路也采用SGCT做電流PWM控制，可以得到較低的輸入電流諧波和較高的輸入功率因數(shù)，并且可省去輸入隔離變壓器。但PWM整流會(huì)導(dǎo)致變頻器效率有一定程度下降。

　　(3)V/F控制和無(wú)速度傳感器矢量控制

　　無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)能在基本不增加硬件成本的情況下，大大提高變頻器的性能。即使用在風(fēng)機(jī)水泵等穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)要求相對(duì)較低的負(fù)載場(chǎng)合，無(wú)速度傳感器矢量控制具有的轉(zhuǎn)矩限幅、快速轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)等功能有效地防止加速過(guò)程的過(guò)電流跳機(jī)和減速過(guò)程中的過(guò)電壓跳機(jī)和其它不正常的停機(jī)現(xiàn)象，對(duì)于保證變頻器的可靠運(yùn)行有非常重要的意義。目前如西門(mén)子、Rockwell、通用廣電、三墾等廠家都能提供無(wú)速度傳感器矢量控制的高壓變頻器。ABB能提供采用直接轉(zhuǎn)矩控制的高性能變頻器。無(wú)速度傳感器矢量控制通常可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：調(diào)速范圍100:1，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度0.5%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩150%。

　　(4)對(duì)電網(wǎng)諧波污染和輸入功率因數(shù)

　　對(duì)電網(wǎng)的諧波污染主要取決于整流電路的結(jié)構(gòu)和特性。減少電網(wǎng)諧波污染的主要方式有兩種：多重化整流和PWM整流。單元串聯(lián)多電平高壓變頻器通常整流脈沖數(shù)較多，對(duì)電網(wǎng)諧波污染較小。為了減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，電流源型變頻器通常采用18脈沖整流。三電平電壓源型變頻器至少需要12脈沖以上，要求高時(shí)可采用24脈沖。

　　電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，基波功率因數(shù)一般可保持在0.95以上，一般也不必設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。電流源型變頻器采用晶閘管整流時(shí)，由于晶閘管觸發(fā)角導(dǎo)致的電流滯后，功率因數(shù)較低，且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，往往需要功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

　　PWM整流能有效減少諧波，功率因數(shù)可調(diào)，且能量可雙向流動(dòng)。缺點(diǎn)是成本增加，效率下降。

　　(5)輸出波形及對(duì)電機(jī)適用性

　　輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響主要有：引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)的額外升溫，電機(jī)往往要降額使用，諧波還會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音增加。dv/dt和共模電壓會(huì)影響電機(jī)絕緣。

　　普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺(tái)階較大，相電壓的跳變分別達(dá)到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，會(huì)產(chǎn)生較大的dv/dt。較大的dv/dt會(huì)影響電機(jī)的絕緣。所以這種變頻器一般需要特殊設(shè)計(jì)的電機(jī)，電機(jī)絕緣必須加強(qiáng)。如果要使用普通電機(jī)，必須附加輸出dv/dt濾波器。

　　單元串聯(lián)多電平高壓變頻器由于輸出電壓臺(tái)階多、等效開(kāi)關(guān)頻率高，輸出波形得到極大改善。輸出諧波、噪聲、dv/dt和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)均很小。所以這種變頻器不加濾波器就可用于任何普通的高壓電機(jī),且不必降額使用。

　　當(dāng)沒(méi)有輸入變壓器時(shí)，共模電壓會(huì)直接施加到電機(jī)上，增加繞組對(duì)地的絕緣應(yīng)力，引起絕緣擊穿，影響電機(jī)的使用壽命（也有采用共模電抗器方案，一定程度上減緩共模電壓的影響）。如果設(shè)置輸入變壓器，則共模電壓由輸入變壓器和電機(jī)共同來(lái)承擔(dān)，且主要由輸入變壓器承擔(dān)。

　　(6)國(guó)產(chǎn)品牌和進(jìn)口品牌