宝钢变频器的新应用

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宝钢变频器的新应用 [复制链接]

6、  关于三期后工程以及一、二期设备改造中值得考虑的一些问题 
　　
    宝钢三期后工程将逐步开始运作，一、二期工程项目的改造亦将逐步有序的进行。而在实施这些工程项目时，在电气传动设备方面需要考虑些什么？需要注意些什么？在此谈谈自己粗浅的看法和想法: 

    总之一句话:在传动控制设备的选型方面要以高性能，高可靠性，高效率、节能、经济性，维护简便为前提。 

    可选传动控制设备对象较多，各有优劣之处，各有其最佳使用的场合。要根据工艺的具体要求进行选择，以达到扬长避短的目的。 

    6、1  关于大、中型变频调速系统 

    a.交-交变频调速系统 
    宝钢已使用的大、中型交流变频调速系统，如2050热轧厂R3、1420冷轧厂五机架使用的交-交变频同步电机矢量控制系统。该类系统是由直流可逆系统演化而成，系统结构简单、成熟，易于掌握、维护，还易于实现大容量，元件成本低，且已能国产化了。其缺点是最高输出频率受限(不超过40Hz)，网侧的谐波及无功分量大，还有旁频。但其输出电压波形平滑，dV/dt小，对电动机的绝缘无特殊要求。只需在网侧设置性能可靠的无功补偿和谐波滤波装置即可。这类系统是较为理想的选择。 

    b. 交-直-交三电平双PWM变频调速系统 
    1580热轧厂轧线主机、1550冷轧厂的五机架使用的交-直-交型三电平双PWM矢量控制变频调速系统。该类系统可用于同步电动机和异步电动机的调速，可实现大、中等容量。虽然主回路使用的功率开关元件数量多，即使用了两套逆变器的主回路，其一作整流器，另一作逆变器，以获得网侧高功率因数(功率因数为1.0)，低谐波分量的性能。整流变压器和逆变器的容量可以相对减小，省掉了网侧的无功补偿和谐波滤波器。输出频率范围控制自如。因装置输出为三电平，其输出电压的dv/dt相对降低了一半，因而对电动机绝缘耐受力的要求也相应降低一半。其性能价格比好，故是理想的选择。 
 
    c.直接转矩控制(DTC)系统 
    在宝钢应用之例是高速线材厂使用的ACS600(DTC)系列变频调速系统。DTC控制技术是近年发展起来的一种高性能的传动控制技术。它省去了矢量控制系统的解耦以及与解耦相关联的旋转环节，使系统结构简单，直观，物理意义清晰，极易理解。IGBT作功率开关元件，用于异步电动机调速控制。目前系统采用40MHz工作频率，每25μs即可刷新一次控制参数，实现对转矩和磁链的高性能控制。其综合技术性能优于矢量控制系统。单机容量可做到4000kW(目前，ACS1000系列可做到5000kW)，如果配上PWM整流器，可谓如虎添翼。是值得特别推荐的优良系统。 

    d.交-直-交负载换流式(LCI)系统 
    交-直-交负载换流式(LCI)系统也是一种可选的方案。它使用十分成熟的晶体闸流管作功率开关元件，系统结构简捷，元件价格便宜。高炉鼓风机起动装置、高速线材厂精轧机组的控制就是在宝钢成功应用之例。还有罗宾康的所谓完美无谐波的变频装置。它和交-交变频一样，可以输出较为理想的正弦波电压，因而对电动机的绝缘没有任何特殊要求。在宝钢初轧厂有应用之例。但是，因其主回路结构太复杂，因而硬件的维护工作量太大。 

    总之，上述几种在宝钢使用的大、中型变频调速装置各有其长处和不足，在表1中显示出了几类系统的有关技术性能。 

    6、2  关于小型通用变频器 
    关于小型通用变频器，因其在宝钢使用的种类以及制造厂家繁多而显得有些杂乱无序。小型通用变频器的控制方式大体上可分为:矢量控制、滑差频率控制、直接转矩控制和V/f(标量)控制。它们的控制性能各有优劣，但各有其用武之地。 

    目前，小型通用变频器的制造厂家都称自己产品性能卓著，其实不尽然。从宝钢现场使用的情况看，也发现有输出谐波指标THD达40%的，也有控制板或IGBT元件频频损坏的。 

    应该说一般大型的公司如:西门子、ABB、三菱、日立、富士……制造的小型通用变频器性能优，通用性好，故障率低，是可选之例。 

    特别要说明一点的是:矢量控制的理论十分成熟，但不同的制造厂家其系统构成的方式差异很大。对有的产品我们很难相信其是真正意义上的矢量控制，用户不用特殊的手段很难鉴别之。因此，极易发生花高价钱，卖低档货。笔者认为在选择产品时有必要注意以下两个方面:其一是看厂家提供的资料中的各功能块的不同功能内容，利用用户设置软件进行设置，能否构成矢量控制的基本系统;其二是看装置是否有ID或自动辨识运行功能。除非是同一家厂生产的变频器和电动机，否则，仅靠用户写入电动机的铭牌参数，系统很难达到我们所需要的控制性能指标。因为，系统在自动辨识运行中要准确地测量电动机的某些(铭牌上没有的)参数，以供适时的矢量控制演算。 

    6、3  关于功率开关元件的问题 
　　
    由表2，表3中的参数可知，大、中容量的变频装置中，GTO元件已经不再受宠了，代之以IGCT、IECT或IGBT;晶体闸流管因其技术成熟，价格便宜，已能国产化，应是可选之例;IGBT已能制造出3300V/1200A的元件，虽然其单只元件容量不太大，但其有适合于并联的天性，开关性能优异，宜用于中等容量的装置。宝钢已经用到2000kW的IGBT作开关元件的装置。自然，中等容量的变频器中IGBT元件应该是首选。 

    目前，小型通用变频器广泛使用IGBT、GTR，也有使用GTO的。IGBT由于其开关性能好，容量适合，无须并联或少并联。无论如何IGBT应该是首选。 

    6、4  关于变频调速系统的可选件问题 
    在一个系统中变频器的可选件考虑得是否得当，直接影响到系统的电磁兼容裕度，涉及到系统的稳定性、可靠性。可选件的作用在短时间内难以体现出来。应该说，大中容量的变频器不一定存在这个问题。因为，制造厂家在这方面用心良苦。而小容量通用变频器这个问题比较突出。首先需要说明的一点是:在可能的情况下最好采用公共整流器集中供电。这样易于控制网侧的谐波和无功分量。又能向网侧回馈能量，实现节能运行。从现场使用的情况看，公共整流器的结构形式很多，原则上都可以使用。但是，由于结构形式的不同，他们的电磁兼容性能差异很大，其功率因素从0.75～0.95不等，选用时要谨审从事。 

    在不能使用公共整流的时候，要考虑交流进线电抗器。即使使用公共整流器，也要考虑交流进线电抗器。变频器的输出也一定要考虑选用制造厂家推荐的，适配的滤波器或dV/dt限制器。减轻很高的dV/dt对电动机定子绕组绝缘造成的损害;减轻高频谐波对其他电子设备造成干扰。否则难以保持系统足够的电磁兼容裕度。