PDF《Siemens MV 变频器在新型干法水泥厂的应用》

1 Siemens MV 变频器在新型干法水泥厂的应用 张卫民 关键词:交流变频传动,中压变频器,大功率开关器件 一.

概述 鉴于直流传动具有优越的调速性能,在上一世纪的大部分年代里,高性能可调 速传动都采用直流电动机,而约占电气传动总容量 80%的不变速传动则采用交流 电动机.

20 世纪

70 年代变频器的问世彻底打破了交直流传动按调速分工的格局, 经历近半个世纪的研究,变频技术从晶闸管(SCR)时期发展到今天的大功率晶体 管(IGBT)和耐高压大功率晶体管(HVIGBT) 时期,控制技术也发展到今天的矢量 控制且已全数字化? 其机械特性硬度能满足具有一定硬性负载的调速要求. 在新型干法水泥生产线,如风机、水泵、篦冷机、选粉机、各种称重设备及 板式给料机等都已采用变频调速,并已收到良好的经济效益.如一个日产5000 吨水泥熟料的水泥厂, 全厂的风机装机容量约为13000 kW,耗电量约占整个厂 用电量30%~40%,窑尾高温风机功率为2500kW,原料立磨系统的风机高达3800kW. 如交流传动不采用调速,风量靠档板和阀门来调节,相当于增加管的阻力,使大 量的电能消耗在档板和阀门上,负载下降又使驱动电机的功率因数降低.由于风 机是属于平方率负载,如换成交流调速系统,把消耗在档板和阀门上的能量节省 下来,节能效果是很可观的,据统计平均节能在20%左右.广州珠江水泥公司在 2000年实施了提能改造项目,熟料日产能力由原有4000吨/天提高到4600吨/天 (现已稳定在5000吨/天) ,公司原有的窑尾系统三台风机电机是滑环电机,采用 串电阻起动和调速,风量采用闸板调节,改造后风机采用了3300V的交流异步电 机,电机的起动和风量调节决定采用变频调速,相应的窑尾排风机参数如下: 风机名称 电机电压 电机功率 额定电流 额定转速 风机风量 窑列 3300V 1400kw 290A 992rpm 93.24m3 /s 炉列 3300V 2500kw 500A 993rpm 159.37m3 /s 电收尘 3300V 1300kw 285A 744rpm 264.33m3 /s

2 经过深入的比较该厂最后选用了西门子公司的 SIMOVERT MV 中压变频器,型 号为:6SE8018-1BA00,同时选用了与其配套的西门子变频电机.几年来变频电 机和中压变频器运行情况良好, 特别是其具有转速调节性能好, 风机动态响应好, 灵敏度高,调速范围广等优点;

而在电气性能指标上,西门子公司 SIMOVERT MV 中压变频器更具有功率因数高(在整个输出范围,COSΦ>

0.96),输出线路谐波 电流低,性能可靠,系统稳定性好等特点,取得了良好的效益. 二.关于中压变频器 所谓的中压等级为2300V,3300V,4160V, 6000V, (也有称之为高压) ,在 中压变频器推出前,大功率高压交流异步电机如需采用变频调速传动,有二种方 法,一是靠低压器件功率单元串联组成高压,如罗宾康公司的高压变频器,由于 它的控制复杂,功率器件太多而使得它的可靠性下降,同时每个功率单元均为两 电平结构,必须至少采用多重化技术才能满足谐波标准的要求. 另一种是所谓 的 高-低-高,通过变压器将高压变低压(一般690V),,

在低压侧变压变频,再 由升压变压器升至和高压电动机相匹配的电压,组成高压交流调速传动装置.随着Siemens公司耐高压大功率晶体管(HVIGBT)(IGCT)的推出, Siemens公司又 开发了中压变频器,它的特点是变频器输出可直接接入高压电机,不需专用的变 频电机,也称高-高变频器,现最大可用于7500kW异步电机的速度和转矩控制. 为满足脉冲整流器的需要,变频器配套有专用的变压器 (一般是三圈) ,脉冲整 流器根据电网对谐波分量的要求,一般可选用6,12,18,24脉冲. 图1为西门子 公司最新的SIMOVERT MV装置电气原理图,系统主电路变频电源变压器为三绕组, 一次为6KV,次级为1700V,整流单元为12脉冲整流输出,可有效减少整流装置产 生的高次谐波对电网的干扰,逆变单元采用HV IGBT的三电平逆变器,具有自动 限流功能,门极控制简单,器件少,效率高,功率因数可高于0.96.通过一个标 准程序, 可对0~9000r.p.m范围内的传动进行精确控制, 其输出电压有极低的谐波 分量,并具有极佳的转矩特性,尤其是具有良好的低速性能,能持续输出稳定的 大转矩,因此它有优良的输出电压特性,同时,采用了三电平,其触发电路所需 的元器件数量比GTO或IGCT的触发电路要少得多,故其结构简单紧凑,可靠性高. 目前西门子公司的 SIMOVERT MV 已有一百多套在国内运行,最大为 5MW.