英威騰中壓變頻器介紹

     深圳市英威騰電氣有限公司自2003年開始，就致力于中壓變頻器（電壓為660V~690V、1140V）的開發(fā)與應(yīng)用，在不斷的實踐與探索中，積累了豐富的經(jīng)驗。目前，開發(fā)與生產(chǎn)的中壓變頻器產(chǎn)品，已經(jīng)成功應(yīng)用于城市供水，油田的潛油電泵、注水泵、磕頭機，煤礦中的主井風機、皮帶機、掘煤機（防暴）等等領(lǐng)域，獲得了良好的經(jīng)濟效應(yīng)與社會效應(yīng)。目前，我公司能生產(chǎn)中壓變頻器產(chǎn)品的功率范圍為22KW~800KW，幾乎含蓋所有工礦企業(yè)的應(yīng)用需求。

      一、INVT中壓變頻器

      主要器件及技術(shù)說明：
1、使用4400V反向電壓整流橋；
2、使用直流電抗器，降低了輸入電流諧波,提高變頻器輸入端的功率因素；
3、逆變模塊使用3300V高壓IGBT,沒有IGBT的串聯(lián),功率器件數(shù)量減少，提高了系統(tǒng)的可靠性，新一代模塊損耗低，提高了整機效率；
4、驅(qū)動電路使用光纖隔離傳輸可實現(xiàn)遠距離驅(qū)動，提高高壓電路的抗干擾性能；
5、±15%電壓波動設(shè)計，能承受瞬間250%沖擊電流，低頻轉(zhuǎn)距大,適應(yīng)中國電網(wǎng)和工況；6、電流沖擊抑制能力強，負載大范圍波動時，能安全穩(wěn)定運行；
8、采用了先進的SVPWM非正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，在正弦波中注入零序信號。電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)( SVPWM) 即是在正弦波中注入適當?shù)娜沃C波的非正弦調(diào)制技術(shù)，它的線性調(diào)制度較SPWM高15％，而且輸出諧波小。減少了開關(guān)頻率，降低了開關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)的可靠性及壽命；
9、能抑制電機的瞬態(tài)過電流，瞬態(tài)沖擊電流可達到250％，保證了在重負載下不跳脫，不影響生產(chǎn)效率；
10、完善的保護：過流、過壓、過載、欠壓、欠載、缺相、短路、過熱等；

      二、防爆變頻器技術(shù)
      深圳市英威騰電氣有限公司和其他防爆設(shè)備公司合作開發(fā)的防爆兼本安變頻器通過高效能熱管或其他高效能散熱技術(shù)，其極低熱阻的高效散熱性能，使高壓IGBT的散熱得到解決，設(shè)計最大變頻器功率可達到800kW/1140V。針對煤礦井下的特殊環(huán)境，防爆變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。防爆變頻調(diào)速裝置采用英威騰CHV系列無速度傳感器的矢量控制方式。無速度傳感器的矢量控制的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機的參數(shù)，按照一定的關(guān)系分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)距電流的指令值、檢測值達到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。采用無速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，以保證在低頻（0.5Hz）運行時額定轉(zhuǎn)矩的輸出可達到1.5倍。

 

      INVT中壓變頻器的應(yīng)用
      一、在礦用防爆皮帶運輸機上的應(yīng)用
     皮帶機是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運輸設(shè)備，皮帶機的拖動技術(shù)形式多樣，直接啟動、調(diào)速型液力偶合器、軟啟動、交流變頻拖動等多種形式。皮帶機示意圖如下：

 

      煤礦井下皮帶機目前對拖動技術(shù)的要求越來越高，基本要求是：
      (1)控制簡單，啟動特性好，調(diào)速性能好，啟動轉(zhuǎn)距大；
      (2)節(jié)能；
      (3)工作可靠，維護量??；
      (4)價格適中。
      采用無速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿足用戶要求，將是井下皮帶機拖動的發(fā)展方向。

      1、技術(shù)比較
      （1）直接起動，轉(zhuǎn)矩大，但力的傳導(dǎo)不均，尾部反應(yīng)慢，在皮帶底部有堆積現(xiàn)象。
      （2）偶合器起動，皮帶機慢慢起動，當達到一定轉(zhuǎn)矩時皮帶開始運轉(zhuǎn)，而且起動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，造成安全隱患。
      （3）采用防爆軟起動，皮帶機空載時起動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩降低，減少沖擊，延長電機、膠帶機、機械系統(tǒng)的使用壽命，但重載時需突跳，對膠帶機沖擊較大。
      （4）采用防爆變頻器時，調(diào)速范圍廣，起動轉(zhuǎn)矩大，可以在重載下緩慢起動，起動安全可靠，對于多電機拖動同步性能好，在匹配煤流傳感器后，可自動依據(jù)煤流大小自動調(diào)速，一般可節(jié)約電能，并且電機功率因數(shù)有明顯提高。

      2、綜合成本的比較
      （1）電動機+減速器直接起動初期投入費用不高，但維護費用大。
      （2）電動機+液力偶合器+減速器，初期投入不太高，維護費用較大。另外因設(shè)備處于回風巷內(nèi)道，液力偶合器維護不好常常漏油，有很大的安全隱患。
      （3）軟起動電動機+減速器，初期投入費用居中，維護費用相比前兩種要少，能滿足使用要求。
      （4）變頻器+電動機+減速器，初期投入費用較高，維護費用最低，可調(diào)整運行速度，僅從帶電一項上就可逐步收回成本。
綜上所述，應(yīng)用變頻器是最好的一種方式。

      3、變頻器在皮帶機拖動上的應(yīng)用特點
      （1）優(yōu)越的軟起動、軟停止特性。防爆變頻器的起動、停止時間是任意可調(diào)（0-10min）的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調(diào)，同時為了平穩(wěn)起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產(chǎn)生的沖擊減少至最小，這是其它驅(qū)動設(shè)備難以達到的。
      （2）驗帶功能。煤礦的生產(chǎn)運輸系統(tǒng)多以皮帶機為主，運輸系統(tǒng)檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調(diào)整系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動系統(tǒng)，在空載驗帶狀態(tài)下，變頻器可調(diào)整電機工作在5%-100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。
      （3）平穩(wěn)的重載起動。皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉(zhuǎn)最大可輸出1.5倍額定轉(zhuǎn)矩，因此最適于“重載起動”。
      （4） 功率平衡。煤礦井下皮帶機系統(tǒng)多為雙滾筒驅(qū)動或多滾筒驅(qū)動，為了保證系統(tǒng)內(nèi)的同步性能，首先，要求位于機頭的各滾筒應(yīng)同步啟停，在某一電機故障時能使系統(tǒng)停機，同時為了保證系統(tǒng)的運輸能力，應(yīng)盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調(diào)整相應(yīng)兩變頻器的速度給定來調(diào)整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅(qū)動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統(tǒng)控制各電機的電流值，通過調(diào)整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡。英威騰CH系列特有下垂功能，可動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的功率平衡。
      （5）自動調(diào)速、節(jié)電效果明顯。對應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當然皮帶機系統(tǒng)的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統(tǒng)的高速運行對機械傳動系統(tǒng)的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大的多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機系統(tǒng)又不能隨時停車，采用單獨的控制系統(tǒng)對前級運輸系統(tǒng)的載荷、本機運輸系統(tǒng)的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統(tǒng)，可大大節(jié)約電能。
      （6）降低膠帶張力。由于采用防爆變頻器所產(chǎn)生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設(shè)計選擇膠帶強度時可降低一個標號。在實際應(yīng)用過程中，由于降低了起動沖擊，皮帶機機械系統(tǒng)的設(shè)備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。
      （7）現(xiàn)場應(yīng)用證明，采用防爆變頻器將大大提高皮帶機的可靠性，降低機械系統(tǒng)損耗，減少運輸系統(tǒng)的維護量，且節(jié)能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動特性，較高的性價比，將成為井下皮帶機拖動的發(fā)展方向。
4、皮帶機同步功率平衡的應(yīng)用方案
針對煤礦防爆裝置對兩臺變頻器的同步性要求精度高，設(shè)計方案如下：
方案一：簡易控制

 

      如圖3，通過模擬量信號給定同步速度，穩(wěn)態(tài)時使用速度下垂控制，并且兩臺變頻器共直流母線，達到能量的均衡，使系統(tǒng)更節(jié)能。特別需要說明，下垂控制功能專用于多臺電機驅(qū)動同一負載的工況。多臺電機驅(qū)動同一負載時，不可避免的會出現(xiàn)速度不同步問題，速度快的電機將承受較重負載。這種情況下，變頻器設(shè)置下垂功能后，可根據(jù)負載變化自動調(diào)整運行頻率，使高轉(zhuǎn)速電機速度下垂變化，從而使負載均衡分配。

方案二：通過高速脈沖輸入輸出實現(xiàn)給定速度的同步控制，框圖如下：

 

      (1)、使用速度控制，主要的控制方法如下：
      兩臺變頻器都采用閉環(huán)矢量控制方式。采用閉環(huán)矢量的目的是閉環(huán)矢量速度控制精度高，速度控制精度達到1/1000，且低頻力矩輸出達到180%額定輸出，動態(tài)響應(yīng)快，可隨負載變化動態(tài)調(diào)整速度輸出。
      主變頻器的速度反饋通過高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的速度給定。HDO的輸出頻率范圍：0~50KHz，精度可達到0.1Hz。
      從變頻器采用高速脈沖輸入口（HDI）采集主變頻器的HDO信號，作為頻率給定。HDI的輸入頻率范圍：0~50KHz，精度可達到0.1Hz。
      (2)、使用轉(zhuǎn)矩控制，主要的控制方法如下：
主變頻器的轉(zhuǎn)矩通過高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定

      方案三：通過通訊方式實現(xiàn)給定速度的同步控制，框圖如下：

 

      該方案與方案二基本相同，只是從變頻器的給定采用485通訊方式給定，485通訊的最大波特率為38400BIT/S，可用于遠程控制。

 

      5、使用案例      

               

 

      二、在礦用通風機上的應(yīng)用
      由于礦用通風機一般為扇風機，即向外抽風，一般采用的是離心式風機，拖動慣量比較大。因此在改造中，在調(diào)整變頻器的參數(shù)時應(yīng)十分注意。由于慣量比較大，在停機的過程中，電動機勢必要進入發(fā)電狀態(tài)，若此時變頻器停機時間短，發(fā)電的能量即會進入變頻器形成倒灌，造成變頻器主電路電壓升高。若用戶對停機時間無特殊要求，可將變頻器的下降時間盡量延長，或使電機自由停車。對于升速時間，由于負載慣性比較大，變頻器頻率變化快，變頻器即會出現(xiàn)過流保護，而不能正常工作。因此其升速時間也不能太短，一般以變頻器正常工作為宜。 總之，礦用通風機采用變頻調(diào)速，不但實現(xiàn)了軟起停，節(jié)約了電能，而且可根據(jù)巷道的風量需求方便的進行調(diào)速，應(yīng)用效果是十分理想的。我國的煤礦企業(yè)相當多，變頻器在這一方面的應(yīng)用應(yīng)當是十分廣泛的。

      三、在潛油電泵上的應(yīng)用
      （一）概述
      變頻調(diào)速器的出現(xiàn)為交流調(diào)速方式帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調(diào)速性能日趨完美，已被不同學科、不同行業(yè)的工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的交流調(diào)速。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益，推動了工業(yè)生產(chǎn)的自動化進程。
      變頻調(diào)速用于交流異步電機調(diào)速，其性能遠遠超過以往任何交、直流調(diào)速方式。而且結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試使用方便、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著，已經(jīng)成為交流電機調(diào)速的最新潮流。

      （二）通用雙回路方案
      由于潛油電泵是在戶外（海上）使用，其工作環(huán)境及其配電設(shè)備的工作環(huán)境都比較惡劣；而采油作業(yè)對采油設(shè)備的可靠性又要求很高，故在實際使用變頻系統(tǒng)時應(yīng)增設(shè)工頻備用系統(tǒng)（既變頻—工頻雙回路系統(tǒng)）或在原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝變頻系統(tǒng)，這樣工頻系統(tǒng)與變頻系統(tǒng)可互為備用，既便是在變頻系統(tǒng)故障或檢修的狀態(tài)下對采油作業(yè)的影響也不大，從而提高了采油設(shè)備（系統(tǒng)）的安全可靠性。

 

      1、 設(shè)備選型：
（1）除指定配件外，全選用進口器件
（2）每臺油井用一臺變頻器，配上工頻回路，做成一體化變頻柜。
（3）變頻器規(guī)格：輸入電壓為：3AC 1140V+15%，輸出功率55KW。

      2、 供電方式：
      采用變壓器-整流器的供電方式雙回路接線：
      為確保系統(tǒng)的安全可靠，在變頻器、整流器發(fā)生故障或進行檢修時確保其它油井的正常運行生產(chǎn)，本控制系統(tǒng)采用變頻-工頻雙回路接線方式，在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝變頻系統(tǒng)，具體作法如圖8所示。
說明：
（1）變壓器的容量為所有潛油電泵電機容量之和的1.3倍。
（2）交流電壓為：1140VAC
（3）逆變器的容量與潛油電泵電機容量相同或稍大。
（4）確保工頻與變頻的相序一致。

      3、抽汲參數(shù)優(yōu)化控制及節(jié)電增效原理
      由于不同地域，不同油井及井深、油液面、油粘度的不同，要求潛油電泵有不同的合理抽汲參數(shù)。通常，當潛油電泵的參數(shù)一定后，采用改頻率（電機轉(zhuǎn)速或傳動比）的方法來調(diào)節(jié)，這樣不但能省電，達到最佳的經(jīng)濟效益，而且電機能零電流起動，對電機的保護全面。
      由于潛油電泵屬變負載類負載，即電機在起動時需較小轉(zhuǎn)矩，而停止時則負荷很重。電機則處于電（磁）能泄放狀態(tài)，軟停止對防止油下沖有明顯的作用，油泵不會被打壞。

      四、投資與節(jié)能
      變頻系統(tǒng)的初次投資容易給投資者一種投資高風險大的感覺，這主要是對變頻節(jié)能效果不很了解或?qū)⒆冾l系統(tǒng)的初次投資與傳統(tǒng)的一些調(diào)速方式，如：液力藕合、滑差電機、變級調(diào)速等調(diào)速裝置的初次投資在未充分考慮節(jié)能效果及變頻器功能的情況下進行比較，以及對變頻器的質(zhì)量、穩(wěn)定性、售后服務(wù)等還不太了解的感覺；變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時，其節(jié)能效果對于單臺設(shè)備可做到15-75%，在未受到其他因素的影響的情況下一般可取上限；節(jié)能效果平均值是由實際應(yīng)用中得到，權(quán)威性數(shù)據(jù)可由市場上公開出售的資料（書）查到；通過這些數(shù)據(jù)再進行一些簡單的投資回收率的計算可知；變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）的投資回收期一般為4-20個月（這是經(jīng)驗值也是權(quán)威數(shù)據(jù)）。
      深圳市英威騰電氣有限公司按油田采油廠采油方式的不同需求，同時生產(chǎn)660V至1140V電壓等級的中壓變頻器。特別適合井深超過1300M以上的深井電潛泵使用。

      該產(chǎn)品安裝、使用方便，保護功能完善，尤其是欠電流保護（既輕載自動關(guān)機）和過電流保護（因泥砂、石塊阻塞油泵或其它機械故障過載自動關(guān)機）功能。避免和減少因空轉(zhuǎn)和卡泵造成電機損壞，停產(chǎn)檢修的極大損失，受到用戶歡迎。
      由于中壓變頻器具有輸出頻率任意可調(diào)的特性，用戶可以及時、方便的根據(jù)油井產(chǎn)油量及油液面變化，調(diào)節(jié)電潛泵電機轉(zhuǎn)速，有利于油井穩(wěn)產(chǎn)，節(jié)電率可達30-60%，綜合經(jīng)濟效益高。
      變頻節(jié)能系統(tǒng)及生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)在各行業(yè)機電設(shè)備和生產(chǎn)線上的應(yīng)用是社會生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，它有著早使用、早改造、早受益、快發(fā)展的特點，它將不斷的被推廣應(yīng)用，并將為企事業(yè)的發(fā)展錦上添花，為全社會的發(fā)展添磚加瓦。

      五、綜合效益
      采油井潛油電泵是一種大慣量變化負載，所采用的拖動設(shè)備是三相異步電機，普遍存在效率低，不便調(diào)速，功率因數(shù)低等弊端。針對以上問題，我公司開發(fā)研制了中壓CHV系列變頻器，采用了先進的矢量控制方式控制潛油電泵運行，達到節(jié)能、增效、增產(chǎn)實現(xiàn)自動化的效果，同時達到了電網(wǎng)優(yōu)化的目的，在國內(nèi)各油田得到廣泛的應(yīng)用。

      六、節(jié)能增效基本原理
      本控制裝置基于變頻調(diào)速原理開發(fā)而成。在潛油電泵大慣量變載工作狀態(tài)下，本控制裝置有以下幾個特點可以達到節(jié)能效果。

      ● 調(diào)速節(jié)能
      潛油電泵屬次泵類負載，其耗電功率P∝N3，調(diào)整轉(zhuǎn)速稍作調(diào)整就會有極為明顯的省電效果。
      ● 動態(tài)調(diào)功功能
      在潛油電泵變載的工作狀態(tài)下，控制裝置以7000次/秒的速度自適應(yīng)電機的載荷，自動改變加在電機上的端電壓，保證電機在最小電流、最低電壓即最小功率狀態(tài)下運行，達到了節(jié)能效果，即調(diào)不調(diào)速都節(jié)能。
      ● 動態(tài)功率因數(shù)補償功能
      控制裝置具有功率因數(shù)補償功能，可取代原有的控制柜啟動器、補償器，使系統(tǒng)趨向一體化，保證電機功率因數(shù)COS∮＞0.95以上，從而減小了設(shè)備損耗，減小了線損，改造了電網(wǎng)，增加了裝機容量，達到了節(jié)能的目的。
      ● 軟啟動功能
      由于電機全壓啟動時，啟動電流等于3～7倍的額定電流，因此通常在帶載電機啟動時，會對電機和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，導(dǎo)致對電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動時對設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備極為不利；采用本控制裝置的軟啟動功能將會使啟動電流遠遠低于額定電流，實現(xiàn)電機真正意義上的軟啟動，達到了節(jié)能的目的。不但減少了對電網(wǎng)的沖擊，且能延長設(shè)備使用壽命及維修周期，減少設(shè)備維修費用。
      ● 本控制裝置可任意分別設(shè)定潛油電泵的速度，以適應(yīng)油井井下原油液面的變化。使?jié)撚碗姳秒S時工作在最佳運行狀態(tài)，達到增產(chǎn)、增效的目的。

 

      總結(jié)
      隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，中壓變頻器的應(yīng)用會越來越廣泛。作為中壓變頻器的主流研發(fā)與制造供應(yīng)商，深圳市英威騰電氣有限公司將繼續(xù)秉承不斷追求與創(chuàng)新，立足傳動領(lǐng)域，為廣大用戶提供物超所值的產(chǎn)品。