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图3 同步电机变频调速系统原理框图
图3中,硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。
根据凡口矿生产的情况需要,本高压变频器按周期性的固定频率运行,早班(7:00~16:00)变频装置运行在40hz,中班(16:00~19:00)运行在35hz,在19:00~20:00期间为放炮时间,变频器运行于40hz,20:00~23:00运行在35hz,23:00~24:00期间为放炮时间,变频器运行于40hz,0:00~3:00井下作业人员很少运行于28hz,3:00~4:00期间为放炮时间,变频器运行于40hz,4:00~7:00运行于28hz。
经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试,以及凡口矿老南风井的实际记录,在正常生产期间,节电率达42%;节假日时变频器运行于28hz,节电率达73%。年节电为192.3万kwh,在不到一年的时间内,就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资,经济效益十分显著。
图4 三电平变频器主电路原理图
但siemens公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。
由图5可见,6kv高压电源经三绕组降压变压器降压,2组二次侧绕组(接法△、y),电压各为1.2kv,经各自的6脉冲整流桥整流成直流,直流电压为3240v(正负电压各为1620v)经三电平逆变器变频变压,可输出频率可变的0~2300v的三相交流电压;经滤波器滤波后,再经升压变压器升压至6kv,供给6kv高压电动机调速。
图5 新南风井高压变频器系统框图
新南风井高压变频器原订为直接高压变频器,但由图5可见,这实质上是一台高低高式高压变频器,因为它不仅有降压变压器,而且也有升压变压器。不过经我们对其进行了计算机仿真,其结果表明,尽管它是高-低-高式高压变频器,但并不影响它在生产中的应用。
根据凡口矿目前的生产情况,高压变频器的运行情况是:白班和中班,高压变频器运行于40hz,在晚班,由于井作业人员很少,高压变频器则运行于30hz,在节假日,则运行于更低的频率。据此,计算出节电效果,年平均节电为56%,年节电357.9万kwh,节电效果显著达到了原计划的节电目标。
3.4 关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题
球磨机、井下排水泵等设备容量大,都是矿山的高耗能设备。对于这些设备是否可以采用变频调速来实现节能运行呢?我认为,在这些设备上采用变频调速是达不到节能目的的。
4 选择变频器应注意的事项
变频器,特别是高压变频器价格昂贵,如选择不当,达不到节电和提高生产效率的目的,以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。在这里,提供一些选择变频器的意见,供参考。
4.1 根据工艺要求选择变频器
(1) 电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径,但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定,不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机,以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机,调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大,通常最低转速不少于额定转速的50%,一般调速范围在100%~70%之间为宜,因为当转速低于额定转速的40%~50%时,风机、水泵本身的效率明显下降,是不经济的;调速范围确定时,应注意避开机组的机械临界共振转速,否则调速至该谐振频率时,将可能损坏机组。 内容来自www.nseac.com
(2) 进行可行性分析
在选择要进行的变频调速的设备对象以后,应从提高效率或提高产品质量的需要情况,从节约电能的情况进行分析、计算,并与变频器的投资进行比较,计算出变频器的投资回收期。一般来说,如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中,在两年内偿还变频器的投资,都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。
(3) 变频器的可靠性
变频器的可靠性如何,直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿山所购买的变频器可靠性不高,加之自身的维修技术力量不强,变频器出了故障,只好仃下,甚至弃用。造成损失,同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。
(4) 根据生产厂家提供的技术规格和技术参数来选择变频器在按工艺要求、电源条件、场地及容量等选择了变频器方案后,再具体到选择哪个厂家的哪种高压变频器。在选择变频器时可以根据厂家提供的产品样本等技术资料及报价表来选择。
变频器的制造厂家和经销商都会向准备购买变频器的用户提供样本及报价。在样本中,厂家公开说明其产品种类、特性、技术指标和特点,用户在订货前通过对产品样本资料可以对其产品有大概了解。因此对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。
4.2 主要应考虑的技术规格和技术参数
(1) 型号
各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合,通过对型号和规格得了解,
可以确认该厂家生产的品种,对用户来说,不一定会使用到全系列的变频器,但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势,甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全,容量覆盖范围大,功率元件及控制技术先进的厂家,一般来说其实力强,生产态势好,产品质量一般来说也会有较好的保障。 (转载自http://zw.nseac.coM科教作文网)
(2) 效率
变频器效率的高低,直接关系到变频器调速节能的多少,因为在变频器运行时,变频
器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97~0.98,而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗,使其系统效率有所降低。
(3) 功率因数
在整个调速范围内,功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上,以使其符合国家标准gb3485-83的标准,这只有电压型变频器和igbt单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。
(4) 谐波
国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流,是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标gb/t14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定,在国际上要符合ieee-519标准的规定。对于电流型变频器如采用六脉冲整流,则5次、7次谐波都超过了这个标准,应采用12脉冲整流或附加谐波补偿措施。
(5) 输出容量和额定输出电流
变频器输出容量以kva或kw表示,它代表可以供给电动机的输出功率。用kw表示时,一般以四极标准电机为基础考虑;用kva表示,需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后,还应对额定输出电流进行核算,以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。
(6) 率范围
由最低使用频率和最高频率定义调速范围。最低使用频率的意思与起动频率不同。起动频率很小时,并不一定能使电机从该频率起动。变频器要对最高频率设定,对风机、水泵的最高频率应设定(即箝位)在50hz,所有的变频器都可满足这个要求,在选择变频器时可不作考虑,但使用中需注意此点。
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5 结束语
《中华人民共和国节约能源法》第39条,已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在矿山推广应用变频器节能是重要目的之一,如风机、水泵;同时也有提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等目的,如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等。在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处,也有不同之处,如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一豺特殊要求,所用的变频器还有一些技术开发工作要做。建议有关科研院所、变频器生产厂家和矿山用户共同合作,开发我国矿山设备使用的变频器。
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参考文献
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