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英威腾CHH100变频器在现场应用中与软启动装置上的比较

英威腾CHH100变频器在现场应用中与软启动装置上的比较

    一、引言
    近年来,高压变频调速技术已越来越多的应用在各行各业,以达到节约电能、改善电机系统寿命、进步产品质量的目的高压变频器在全世界的应用比低压变频器晚。但是高压变频器用作大型电机的启动装置更少。
交流电动机的启动一直是人们关注的一个课题,尤其是高压大容量交流电动机随着其用量的急剧增加,软启动问题就变得更加突出。
    众所周知,普通鼠笼式电动机在空载全压直接启动时,启动电流会达到额定电流的5—7倍。当电动机容量相对较大时,该启动电流将引起电网电压急剧下降,电压频率也会发生变化,这会破坏同电网其它设备的正常运行,甚至会引起电网失去稳定,造成更大的事故。
    电动机全压启动时的大电流在定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力,会破坏绕组绝缘和造成鼠笼条断裂,引起电机故障,大电流还会产生大量的焦耳热,损伤绕组绝缘,减少电机寿命。
    电动机直接全压启动时的启动转矩约为额定转矩的7-8倍,对于齿轮传动设备来说,很大的冲击力会使齿轮磨损加快甚至破碎;对于皮带传动设备来说,加大了皮带磨损甚至拉断皮带。
    对于水泵类负荷来说,电动机全压启动时,水流会在很短的时间内达到全速,在遇到管路拐弯时,高速的水流冲击到管壁上,产生很大的冲击力,形成水锤效应,会破坏管道。如果水泵前面的管路比较长,当水泵电机突然停止时,高速的水流会冲击到水泵的叶轮上,产生很大的冲击力,会使叶轮变形或损坏。
以上各点都会使设备增加停工台时,影响生产的正常进行,增加维修费用。
    3-10KV电动机的容量都比较大,一般都在200KW以上。近些年来,许多行业的生产能力越来越大,其生产设备的驱动电机也越来越大,如在钢铁、化工行业,10000KW以上的电动机的使用已越来越多,以上问题也变得越来越严重,人们对其关注的程度也越来越高。
    二、各种启动/装置方式对比

序号

类型

特点、优点、缺点应用范围

1

直接

启动

导致电气设备寿命缩短,会在高压开关关合时产生陡度很大的 操作过电压,使定子绕阻上电压分布不均匀,对其绝缘造成极大的伤害。许多电机的自身故障都是由于绝缘受到伤害而引起的。

小容量发电厂:每1KVA发电机容量为0.1~0.12KW

变电所:经常启动时,不大于变压器容量的20%,偶尔启动时,不大

于变压器容量的30%

高压线路:不超过电动机连接线路上的短路容量的3%

变压器—电动机组:电动机容量不大于变压器容量的80%

2

/

启动

低压电机才用,高压电机不用此种方式启动

 

3

电抗器

起动器

启动电流成比例减小,启动转矩则成平方关系地减小。在全压切换时转矩有跃变,会产生机械冲击。与直接全压启动相比,操作过电压的几率会小些。但由于高频振荡的随机性,大幅值的操作过电压还是有可能出现的。

4

自耦变压

器降压

启动

启动电流成比例减小,启动转矩成比例减小。

缺点是在开关切换的过程中,电动机有短时断电的情况,这会造成大电流冲击和转矩突变。在电机断电时,其定子电流消失,在转子将产生一个感应电流来维持其磁通不变,这个磁通随着转子的转动而旋转,随电流的衰减而减小,它在定子绕组中感应出电势。再次接通电源,如果此时感应电势的相位与外加电源的相位相反,将会产生一个很大的冲击电流,而转矩也会发生一个瞬变且可能是一个负的峰值,这对电机和拖动机械是极其不利的。

5

液阻软起

动器

液变电阻式软启动装置受环境温度的影响比较大,主要是由于对汽化电阻的影响较大,因此启动电流控制不准确,另外二者在启动时会产生很大的能量损耗,使水温迅速升高,所以对连续启动次数是有限制的。

6

磁控软

起动器

 

磁控即饱和电抗器,它是靠改变铁芯的磁饱和度来改变其电抗值,从而改变其与电机的分压。仅在于它能保持电流不下降,但能不能造成起动失败(或起动时间过长或切换时冲击过大)

7

可控硅串

联软起动

 


 

 

还会发生变化,使元器件的均压性能降低,极易造成整串元器件的损坏,使这种装置的可靠性降低。

 

 

对元器件特性参数的一致性要求很高,元器件的筛选率很低,而且筛选仪器的价格很高,这致使装置的价格较高。另外在使用一段时间后,元器件的参数


8

开关变压

器式启动

开关变压器软起动器把变压器与晶闸管相结合,使变压器在电路中起到一个开关的作用,利用变压器次级短路和开路的性质来实现变压器的开关作用。变压器主电路接法也不同于常规变压器应用电路,它把晶闸管放在开关变压器的低压侧,高压侧绕组的末端接被控负荷(电动机),开关变压器是个中间控制设备。

 

 

  比可控硅串联软起动器启动性能稍好,从本质上说还是属于相控类型。

 

9

高压变频

软起动器

冲击电流极小,谐波小,对电网电气设备的影响小,不会对电机绝缘造成不良影响,使电动机长期高可靠性运行。适合于同步电机、异步鼠笼电机、异步绕线电机。

但是启动完成后要切换到工频,对变频切换到工频提出了要求。

    从1)-9)的排序过程中,不难看出电机起动方式的进化进程,变频器软起动的优势是明的。
    三、一拖二同步无扰一次原理图


图1 原理图

    3.1 系统主要有三部分组成:
    第一部分是电机1和电机2;
    第二部分是无扰切换部分:KM4、L1 ;
    第三部分是变频及其旁路部分:KM1、KM2、KM3、KM5、KM6、KM7。
    严格按照联锁要求设计,完全能够保证变频调速系统安全运行:KM5与KM6、KM7与KM3,KM2、KM3、KM5相互电气互锁;
    3.2 M1无扰切换过程
    变频运行:QF1、KM1、KM2、KM6吸合,KM3、KM6、KM5、KM7断开,电机M1变频运行。
    无扰切换过程:M1变频运行至50HZ时,合KM4,延时断开KM2,同时合KM5,延时断开KM4、KM6,电机工频运行。M2切换过程类似。
    3.3 同步无扰切换注意事项及优点:
     注意事项:
    无扰切换前,变频控制器在检测电网电压的幅值、频率和相位后,控制高压变频器输出电压同频、同相、幅值可控的电压,然后才能进行软切换。高压变频切换到工频过程中,用锁相环锁定工频电源的相位和频率,控制高压变频器使电机在稍微高于额定电压和频率的状态下,提供了更充裕的时间进行切换,这样,就可以实现高压变频电源与工频电源之间的软切换。
     无扰切换优点:
1) 有效的降低了直接切换对电网的冲击过大引起上面配电开关跳闸;
2) 减少了因为直接切换过大的冲击对电机绝缘及散热的影响;
3) 避免了因为直接切换引起负载负荷突然加载给管网还有生产造成影响;
4) 实现了多台电机的顺序软起,保护了电机。
    四、结束语
    英威腾变频软起改造的成功实施运行,体现出了变频技术的广泛应用前景,更体现了深圳市英威腾电气股份有限公司在高压变频综合改造上的技术解决能力,也验证了国产高压变频器性能的成熟可靠性。在大型水泵、高炉风机等负载的启动方面都有潜力。
参考文献:
[1] 《CHH100系列高压变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司
[2]  倚鹏  《高压大功率变频器技术原理与应用》人民邮电出版社  2008-02出版

 

    关于英威腾:
    英威腾,成立于2002年,致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域的产品与服务供应商,2010年在深交所A股上市,股票代码:002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业,目前拥有12家控股子公司,分驻于全国的九大研发中心,拥有各类专利390多件,主要产品涵括高、中、低压变频器、电梯智能整体机、伺服系统、PLCHMI、电机和电主轴、SVG、UPS、光伏逆变器等。英威腾现有员工1600多人,大型生产基地4个,营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。
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新闻联系:
英威腾市场部 付先生
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