利德华福5600kW/10kV无速度传感器矢量控制高压变频器成功投运

2007年9月16日，利德华福自主研发生产的第一台5600kW/10kV无速度传感器矢量控制高压变频器在国内某钢铁集团公司顺利投入生产运行，此项目是目前我公司功率等级最大的高压变频器在现场的成功应用，它的投运标志着利德华福产品技术迈上了一个新的台阶，改变了5000kW以上大功率高压变频设备由少数国外企业所垄断的市场格局。 前言 利德华福5600kW/10kV无速度传感器矢量控制高压变频器用于拖动某钢铁厂的带烧风机，带烧风机是铁厂烧结车间燃烧小车工作时的主抽风机。主抽风机既是烧结线的心脏，又是工艺中主要的耗能大户。主抽风机电机功率5600 kW。对主抽风机进行变频拖动改造的目的有两个，一是通过改造降低系统启动的难度，二是通过改造达到节能降耗。系统采用利德华福的HARSVERT－VA10/410无速度传感器矢量控制高压变频器拖动带烧风机，不再保留原来水阻柜降压启动方案。我们为用户提供了两种启动方案以满足用户的不同工况要求，一是正常启动，即采用V/F技术让电机在零速时正常启动，采用该参数设置可以满足绝大部分情况下的工况要求。且V/F控制输出波形几近正玄波，通过界面画面观察，输出波形没有高频谐波。二是旋转启动，选用该参数设置即采用矢量控制启动方案。该方案是一种全工况下的应用方案，可以满足电机零速及正向旋转时的顺利启动，矢量控制技术减少了原飞车启动时对电机的机械冲击。两种启动方法均能把电机启动电流限制在额定电流以下。 产品技术成熟，投运一切顺利 2006年5月29日，利德华福3400kW/6kV高压变频器在山西漳山电厂投运时，公司对此项目投入了相当多的精力、人力和物力，五大系统全力出动并配合，先在现场多次调研，然后拟定可行性施工方案，再召开公司内各系统会议，在分析项目可行性的基础上，对从设计到生产再到施工等各方面做全面计划和缜密安排，最后保证了项目的顺利投运。 如今，利德华福有着1200多台的销量以及与此相匹配的技术成熟度、生产和服务经验，所以，5600kW/10kV无速度传感器矢量控制高压变频器无论是设计、生产、安装，还是调试和投运，一切都显得既平常，又顺利。负责该项目的技术指导——利德华福副总工刘军和覃正清均表示：我们的产品技术已经很成熟了，调试前没有过多的担忧，调试时也如我们所料，一切都很顺利，各项指标均正常，各项功能也都得到了验证，用户也很满意。同时，9月底，该产品还通过了国家电控配电设备质量监督检验中心的检验，由其出具了权威型式试验报告。 利德华福5600kW/10kV无速度传感器矢量控制高压变频器集产品的所有特点于一身，它的顺利投运，代表了利德华福高控制性能产品的所有技术和功能在功率等级最大、电压等级最高的产品上得到了验证，反应了利德华福产品的整体技术实力以及工程技术服务配套能力。 新一代产品，融合多项技术和功能 利德华福交流变频调速产品，以高可靠的高压大电流驱动、高性能交流电机矢量控制以及高效的能量回馈技术为主要技术特征，实现了更高调速性能、更大功率等级和更高可靠性，从而使国产高压变频调速产品的技术实力、品牌形象和竞争力得到提高，应用范围更广，将为国产高压变频器在与国外产品的市场较量中赢得更为有利的市场竞争局面。 （1）高压大电流驱动技术 交流调速产品的功率容量等级是衡量高压变频器生产企业技术实力的重要指标。谁能做出更可靠、更大功率的产品，谁就有更广阔的市场和更强大的竞争力。此前，5000kW以上的大功率高压变频器由少数国外企业所垄断，如ABB、西门子、罗宾康和罗克韦尔等，而利德华福5600kW/10kV高压变频器的问世打破了这一垄断。利德华福大功率半导体器件驱动技术、高效的功率模块散热结构设计、以及成熟可靠的高压变频器生产品质工艺技术，是它成功运行的保证。 （2）矢量控制技术 矢量控制是高性能交流电机控制方式的一种。异步电机的矢量控制基于电机的动态数学模型，将定子电流分解为转矩电流和励磁电流，分别予以控制，它不仅控制电流的大小，而且控制电流的相位，大大提高了动态性能。与常规恒压频比控制方式相比，具有启动转矩大、动态响应好、调速精度高、调速范围宽等优异性能。 利德华福高压变频调速产品，采用高速数字信号处理器（DSP）作为主控制芯片，不管是否安装了速度传感器，都能实现高性能异步电机矢量控制。另外，还具有异步电动机参数自动整定、高压掉电恢复自动重启和旋转启动等实用辅助功能。 目前，利德华福产品异步电机无速度传感器矢量控制性能指标为：调速范围100:1；稳态转速精度0.5%；动态转矩响应时间小于200ms；启动转矩不低于150%额定转矩。在调速精度、转矩响应要求更高的场合，安装速度传感器后，还可进一步提高变频器的控制精度。 在高性能传动控制系统中，转速和位置控制一般都需要在电机轴上安装速度编码器。速度编码器的引入不仅增加了成本，降低了系统的可靠性，还存在安装的问题。利德华福高压变频器产品驱动异步电机时，无需安装复杂且不易维护的测速装置，仅需对输出三相电压、两相电流进行检测，即可根据预先自动测定的电机模型，进行异步电动机的磁通和转矩解耦控制，实现低速大转矩负载启动运行和高性能控制。无速度传感器矢量控制可以获得改进的低速运行特性，变负载下的速度调节能力亦得到改善，同时还可获得高的启动转矩，这在高磨擦与惯性负载的启动中有明显的优势。 （3）异步电机参数自动整定 异步电机矢量控制性能的好坏受电动机参数的影响较大。而电动机参数是根据电动机空载、堵转试验的结果再用公式进行计算求出。实现矢量控制的前提是正确设定电动机等效电路的参数，亦即逆变器与电动机参数必须匹配成为一对一的整体。利德华福高压变频器可对异步电机自动进行电机学堵转试验和空载试验，实现电机参数的自动整定。 （4）高压掉电恢复自动重启功能 在某些用户场合，给高压变频器供电的工频电源可能会发生短时电压跌落或缺失，为了尽可能不影响正常生产，在设定时限内，当工频电源恢复时，利德华福高压变频器能自动快速识别并跟踪当前电机转速，恢复正常运行。 （5）异步电机旋转启动功能 旋转启动功能适用于将已经旋转的异步电机尽可能快地与高压变频器连接，并继续平稳地工作，对负载或速度带来尽可能小的影响。 利德华福高压变频器在旋转启动模式下，接到启动命令后，开始识别电动机的转速，使高压变频器的初始输出与旋转的电机在频率和相位上保持同步，然后在当时的转速下与电动机进行电气连接，并平滑地运行到设定的频率。这样就避免了过流跳闸的可能，并缩短电动机到达设定频率的时间。由于电动机是在自身的旋转速度下与高压变频器进行平滑连接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整个过程中几乎没有或很少产生机械冲击，减小了对用户生产的影响，提高了生产效率。 （6）先进的能量回馈技术 电动机在发电状态下回馈到直流母线的能量处理方式可分为使用制动电阻消耗掉和将能量回馈到电网两种，在需要频繁的启动、制动及矿井提升机的场合，使用制动电阻将会消耗大量的能量，效率低下，生产成本提高。而一般的高压变频器由于使用二极管整流，能量无法反馈至电网，只能将电能白白浪费掉。 利德华福新一代高压变频器可在功率单元内选装能量回馈装置，通过整流侧快速实时的电压电流控制，可实现负载制动能量反馈回交流电网，其优势为：  功率单元整流侧输入功率因数高，可近似为1。  整流侧电流谐波含量低，电网无谐波干扰。  高压变频器可四象限运行，应用范围广。  节电效果更显著，高压变频器整体效率更高。 （7）高效的散热技术 高压电动机在工矿企业中一般都应用在比较关键的场合，所以用户对高压变频器产品的可靠性非常关注，而散热问题直接影响高压变频器的可靠性。虽然高压变频器的效率非常高，一般可达95％以上，但由于设备功率大，在正常工作时仍要产生大量的热量，所以高压变频器热能处理成为制约其向更高功率发展的瓶颈之一。在超大功率高压变频调速系统中，普通的风冷技术已不能满足散热的要求。 利德华福新一代高压变频器可根据用户需求，为用户设计空-水冷却系统，空-水冷却系统（简称空冷器）是一种利用高效、环保、节能的冷却系统，其外形及原理如图1 所示。 从高压变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证了高压变频器控制室内的温度恒定 。 图1 空-水冷却系统原理图 空水冷却系统的优点：  设备安装简单、快捷；  设备使用寿命长、故障率低、性能可靠；  设备的运营成本低；  室内密闭冷却、干净卫生，无需虑网清洗、维护量低；  事故情况下可采用通风冷却，不影响设备安全，可靠性高；  冷却功率留有裕量。 （8）同步电机控制 对于同步电机，由于电枢反应电势的存在，在负载转矩不同时，需要的励磁电流也不相同，因此需要对励磁电流进行自动调节。 对于恒压频比控制的同步电机，可直接测量其定子侧功率因数或者无功功率，对励磁电流进行调节：当功率因数或者无功功率超前时，适当降低励磁电流；当功率因数或无功功率滞后时，适当增加励磁电流。 利德华福新一代高压变频器可驱动同步电机调速，并具有输出功率因数闭环控制功能，能自动调节励磁电流，使同步电机运行在用户设定的功率因数附近。 结束语 利德华福新一代高压变频器具<