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基于Vacon变频器的变频电源在RTG油改电中的应用

--基于vacon变频器的变频电源在rtg油改电中的应用

供稿:丹佛斯自动控制管理(上海)有限公司 2009/9/23 14:23:00

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  • 关键词: vacon变频器 变频电源rtg油改电
  • 摘要:本文介绍了基于Vacon变频器的变频电源的工作原理、系统构成和选型方法,并结合在RTG油改电中的应用阐述了其节能环保,噪音振动小,稳定可靠,效率高等特点,在能源日益紧缺的今天极具市场潜力和推广性。

李明星
伟肯(苏州)电气传动有限公司

摘要:本文介绍了基于Vacon变频器的变频电源的工作原理、系统构成和选型方法,并结合在RTG油改电中的应用阐述了其节能环保,噪音振动小,稳定可靠,效率高等特点,在能源日益紧缺的今天极具市场潜力和推广性。

 
1、引言
  变频电源(AC Power Source)是将直流或交流电转变为频率和电压可调电能的一种精密电源。由于全球各国的电网标准不同,出口的产品和设备需要在模拟各国不同的电网标准下进行设计调试,而国外的产品和设备在国内使用也需要配备正确的电源。传统变频电源采用的是发电机二次变频,随着电子器件和控制技术的发展,以IGBT作为功率开关器件,通过SPWM正弦脉宽调制实现的变频电源,以噪音低、震动小、能耗低、效率高、精度和稳定度好、响应快、寿命长等优点,正逐步取代传统的变频电源。理想的变频电源要求频率和电压稳定、内阻为零、波形正弦无失真,因此很多发达国家将变频电源作为标准供电电源,并广泛应用于港口、船舶、航空、实验室等场合。

  目前,世界各集装箱港口通用的起重机械(又称场桥)有两类,一类是轨道式集装箱龙门起重机Rail Mounted Gantry Crane,简称RMG,另一类是轮胎式集装箱龙门起重机Rubber Tyred Gantry Crane,简称RTG。RMG采用市电供电,具有节能、无噪音、无污染、稳定可靠及能量可再生等优点,但不能转场;RTG采用柴油发电机组供电,虽然可以灵活转场,但能耗大、效率低、污染严重、噪音和振动大、且不能实现能量再生。据统计,目前全球集装箱起重机中有95%均为RTG。

  如果把变频电源应用在RTG上,一种使用市电的绿色RTG便应运而生。在能源紧缺和油价高涨的市场环境下,对现有的RTG进行油改电技术改造既能降低运行成本,又能减少污染。因此,这种绿色环保的RTG极具市场潜力和推广性。

2、RTG与油改电
  柴油RTG采用柴油发电机组供电,虽能灵活转场,但是维护和运行成本大,效率低。
 

  为了响应节能减排,保护环境的号召,在油价高涨的趋势下可对RTG进行油改电技术改造,即大车、小车、提升机构和辅助电源等使用市电,节约柴油发电机的功率用于转场供电。在堆场作业时,由堆场供电系统供电,发电机停止工作。转场时, RTG将脱离市电电网,由发电机供电。转场完成后由另一堆场供电系统供电,同时,发电机停止工作。这样不但能够节约能耗而且又能灵活操作。电源接线有高空滑线、低空滑线和地面接线之分,地面接线时需考虑电缆卷盘控制。市电有直流和交流之分,如采用交流供电则不需要变频电源,但是控制电源易受电网波动影响,且线路成本较大,同时负载下降时产生的能量不能再生而是以能耗制动方式转化为热能,造成浪费。 如采用直流供电则由变频电源给控制设备供电,且线路成本较小,同时能量可以再生,即负载下降时产生的能量将反馈到直流母线上供其它设备利用。目前, RTG上使用的变频器大都是直流供电,因此采用直流市电改造成效较好。

  以常规RTG(40t)为例,起吊单箱集装箱油耗为2-3升。油改电后,单箱电耗仅为2-3度,能耗成本可节约70%,噪音减少60%,平均每台每年可节省30万元油耗,按每台设备改造费50万算,两年内可收回投资成本,同时污染大大减小,振动和噪音也降至最低。
 
3、变频电源
  当采用直流供电RTG时,变频电源负责给控制电路供电,为了保证整个系统可靠运行,它必须具备较高的性能。一般要求能抑制电网的波动,波形失真小,响应快,精度高,稳定性好,过载能力强,防护等级高,保护功能完善等。

  以Vacon NXS变频器为核心的变频电源的结构原理如下图所示,其组成主要包括变频器、正弦滤波器、隔离变压器和电能分析仪。其中, Vacon NXS变频器内置交流电抗器,配有应用宏开发软件,具有模块化设计,结构紧凑,启动转矩高达200%等特点,不仅可以用来制造变频电源,而且还能应用在UPS、 EPS上。变频器把电网的交流或直流电经SPWM脉宽调制成所需的交流电,由于SPWM脉宽调制输出的波形为方波,为得到标准的正弦波,需要加装LC正弦滤波器。同时,为了增强其带载能力和稳定性,在正弦滤波器后加装Δ/Y型隔离变压器,如考虑电路的压降,隔离变压器要有一定的升压功能,设计时应根据电网的情况而选择合适的变压比。电能分析仪采集电压数据作为PID实际值以便PID处理,同时它还具有电流,功率等数据显示和多种保护功能。变频电源输出的电压和频率可分别独立控制,均由面板设定,运行过程中的输出频率是保持不变的,但输出电压会因负载的大小而发生波动,为了维持电压的稳定,我们采用了PID调节器。另外,此变频电源还具有失电自动重启功能。

  变频电源技术数据如下,
  -输入电压;3P, 380-500VAC,  -15%...10%, 45…66Hz; 513-675VDC, -15%...10%;
       3P, 525-690VAC, -15%...10%, 45…66Hz; 708-931VDC, -15%...10%。
  -输出频率;0…400Hz或更高,误差值约0.1Hz,稳定精度约0.02% (100%负载下测试)。
  -输出电压:可调,稳定精度约2.5% (100%负载下测试)。
  -波形失真度:<3%
  -功率因数:>97%
  -整体效率:>90%
  -输出波峰系数CF=1.4
  -变压器绝缘等级:F
  -变频柜防护等级:IP65
  -EMC等级:EN61800-3 C2
  -冷却方式:风冷
  -海拔高度: 1000米无降容, 1000米以上每升高100米降容1%
  -运行环境温度:-110…50℃,内置空调
  -湿度:<95%,内置湿度控制器

3.1 变频电源选型原则
  变频电源可以驱动多种负载,常见的有阻性负载、感性负载、容性负载、整流容性负载和混合型负载等。不同类型的负载其选型原则也不同,需予以重视。

  (1) 阻性负载:变频器容量=1.1×负载功率。
  (2) 感性负载:变频器容量=1.1×视在功率。
  电机类负载启动时,启动电流可达到5-8倍额定电流,时间约2秒,因此需考虑启动容量,一般为3-4倍额定容量,或者电机采用软启动或星三角启动。如与其他对电压波形要求更高的负载混用,还应加大容量。

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