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INVT中壓變頻器的應用

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INVT中壓變頻器的應用

發布時間: 2008/1/25 文章出處: 　

INVT中壓變頻器介紹

深圳市英威騰電氣有限公司自2003年開始，就致力于中壓變頻器（電壓為660V~690V、1140V）的開發與應用，在不斷的實踐與探索中，積累了豐富的經驗。目前，開發與生產的中壓變頻器產品，已經成功應用于城市供水，油田的潛油電泵、注水泵、磕頭機，煤礦中的主井風機、皮帶機、掘煤機（防暴）等等領域，獲得了良好的經濟效應與社會效應。目前，我公司能生產中壓變頻器產品的功率范圍為22KW~800KW，幾乎含蓋所有工礦企業的應用需求。

1、INVT中壓變頻器

圖1 INVT中壓變頻器的基本構成

　　主要器件及技術說明：

　　1、使用4400V反向電壓整流橋；

　　2、使用直流電抗器，降低了輸入電流諧波,提高變頻器輸入端的功率因素；

　　3、逆變模塊使用3300V高壓IGBT,沒有IGBT的串聯,功率器件數量減少，提高了系統的可靠性，新一代模塊損耗低，提高了整機效率；

　　4、驅動電路使用光纖隔離傳輸可實現遠距離驅動，提高高壓電路的抗干擾性能；

　　5、±15%電壓波動設計，能承受瞬間250%沖擊電流，低頻轉距大,適應中國電網和工況；6、電流沖擊抑制能力強，負載大范圍波動時，能安全穩定運行；

　　8、采用了先進的SVPWM非正弦脈寬調制技術，在正弦波中注入零序信號。電壓空間矢量脈寬調制技術( SVPWM) 即是在正弦波中注入適當的三次諧波的非正弦調制技術，它的線性調制度較SPWM高15％，而且輸出諧波小。減少了開關頻率，降低了開關損耗，提高了系統的可靠性及壽命；

　　9、能抑制電機的瞬態過電流，瞬態沖擊電流可達到250％，保證了在重負載下不跳脫，不影響生產效率；

　　10、完善的保護：過流、過壓、過載、欠壓、欠載、缺相、短路、過熱等；

　　2、防爆變頻器技術

　　深圳市英威騰電氣有限公司和其他防爆設備公司合作開發的防爆兼本安變頻器通過高效能熱管或其他高效能散熱技術，其極低熱阻的高效散熱性能，使高壓IGBT的散熱得到解決，設計最大變頻器功率可達到800KW/1140V。針對煤礦井下的特殊環境，防爆變頻器除了在箱體結構方面采取了相應的防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。防爆變頻調速裝置采用英威騰CHV系列無速度傳感器的矢量控制方式。無速度傳感器的矢量控制的基本控制思想是根據輸入的電動機的參數，按照一定的關系分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉距電流的指令值、檢測值達到一致，并輸出轉矩，從而實現矢量控制。采用無速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調速范圍上與直流調速系統相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩，以保證在低頻（0.5Hz）運行時額定轉矩的輸出可達到1.5倍。

　　█ INVT中壓變頻器的應用

　　一、在礦用防爆皮帶運輸機上的應用

　　皮帶機是現代化煤礦高產高效的主要運輸設備，皮帶機的拖動技術形式多樣，直接啟動、調速型液力偶合器、軟啟動、交流變頻拖動等多種形式。皮帶機示意圖如下：

圖2 皮帶機示意圖

　　煤礦井下皮帶機目前對拖動技術的要求越來越高，基本要求是：

　　(1)控制簡單，啟動特性好，調速性能好，啟動轉距大；

　　(2)節能；

　　(3)工作可靠，維護量小；

　　(4)價格適中。

　　采用無速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿足用戶要求，將是井下皮帶機拖動的發展方向。

　　1、技術比較

　　（1）直接起動，轉矩大，但力的傳導不均，尾部反應慢，在皮帶底部有堆積現象。

　　（2）偶合器起動，皮帶機慢慢起動，當達到一定轉矩時皮帶開始運轉，而且起動過程中出現打滑現象，造成安全隱患。

　　（3）采用防爆軟起動，皮帶機空載時起動平穩，轉矩降低，減少沖擊，延長電機、膠帶機、機械系統的使用壽命，但重載時需突跳，對膠帶機沖擊較大。

　　（4）采用防爆變頻器時，調速范圍廣，起動轉矩大，可以在重載下緩慢起動，起動安全可靠，對于多電機拖動同步性能好，在匹配煤流傳感器后，可自動依據煤流大小自動調速，一般可節約電能，并且電機功率因數有明顯提高。

　　2、綜合成本的比較

　　（1）電動機+減速器直接起動初期投入費用不高，但維護費用大。

　　（2）電動機+液力偶合器+減速器，初期投入不太高，維護費用較大。另外因設備處于回風巷內道，液力偶合器維護不好常常漏油，有很大的安全隱患。

　　（3）軟起動電動機+減速器，初期投入費用居中，維護費用相比前兩種要少，能滿足使用要求。

　　（4）變頻器+電動機+減速器，初期投入費用較高，維護費用最低，可調整運行速度，僅從帶電一項上就可逐步收回成本。

　　綜上所述，應用變頻器是最好的一種方式。

　　3、變頻器在皮帶機拖動上的應用特點

　　（1）優越的軟起動、軟停止特性。防爆變頻器的起動、停止時間是任意可調（0-10min）的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調，同時為了平穩起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產生的沖擊減少至最小，這是其它驅動設備難以達到的。

　　（2）驗帶功能。煤礦的生產運輸系統多以皮帶機為主，運輸系統檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調整系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻器可調整電機工作在5%-100%額定帶速范圍內的任意帶速。

（3）平穩的重載起動。皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩，因此最適于“重載起動”。

　　（4）功率平衡。煤礦井下皮帶機系統多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動，為了保證系統內的同步性能，首先，要求位于機頭的各滾筒應同步啟停，在某一電機故障時能使系統停機，同時為了保證系統的運輸能力，應盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調整相應兩變頻器的速度給定來調整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過調整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡。英威騰CH系列特有下垂功能，可動態調整系統的功率平衡。

　　（5）自動調速、節電效果明顯。對應于煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統的高速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大的多，但因生產的需要皮帶機系統又不能隨時停車，采用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統，可大大節約電能。

　　（6）降低膠帶張力。由于采用防爆變頻器所產生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設計選擇膠帶強度時可降低一個標號。在實際應用過程中，由于降低了起動沖擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

　　（7）現場應用證明，采用防爆變頻器將大大提高皮帶機的可靠性，降低機械系統損耗，減少運輸系統的維護量，且節能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動特性，較高的性價比，將成為井下皮帶機拖動的發展方向。

　　4、皮帶機同步功率平衡的應用方案

　　針對煤礦防爆裝置對兩臺變頻器的同步性要求精度高，設計方案如下：

　　方案一：簡易控制

　　圖3 模擬信號速度同步控制示意圖

　　如圖3，通過模擬量信號給定同步速度，穩態時使用速度下垂控制，并且兩臺變頻器共直流母線，達到能量的均衡，使系統更節能。特別需要說明，下垂控制功能專用于多臺電機驅動同一負載的工況。多臺電機驅動同一負載時，不可避免的會出現速度不同步問題，速度快的電機將承受較重負載。這種情況下，變頻器設置下垂功能后，可根據負載變化自動調整運行頻率，使高轉速電機速度下垂變化，從而使負載均衡分配。

　　方案二：通過高速脈沖輸入輸出實現給定速度的同步控制，框圖如下：

圖4 高速脈沖速度同步

　　(1)、使用速度控制，主要的控制方法如下：

　　兩臺變頻器都采用閉環矢量控制方式。采用閉環矢量的目的是閉環矢量速度控制精度高，速度控制精度達到1/1000，且低頻力矩輸出達到180%額定輸出，動態響應快，可隨負載變化動態調整速度輸出。

　　主變頻器的速度反饋通過高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的速度給定。HDO的輸出頻率范圍：0~50KHz，精度可達到0.

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