罗宾康完美无谐波高压变频器在新型干法水泥厂的应用(转载)
日期：2008-4-6 15:26:51 来源：本站整理
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关键字:交流变频传动-高压变频器-无谐波
摘要:水泥工业是耗能大户，它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线，规模越来越大，节能空间也越来越大，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 12707~13787kW，约占全厂总装机功率（33500kW）的34.8~37.7%，耗电量约占整个厂用电量30%~40%；随着辊式磨系统越来越多地被采用，风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中随工况和产量的变化，会引起风量、风压随机调整，众所周知风机是属于平方率负载，如将风机的传动系统换成交流调速系统，通过调整电机转速，满足风机的不同工作状态下的风量和风压，就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能空间和效果是很可观的，据统计，一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机主要用于系统通风换热风机，装机功率为6407~7487kW，如换成交流调速系统，按一般使用经验，约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回成本。
一．概述
水泥工业是耗能大户，它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线，规模越来越大，节能空间也越来越大，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12707~13787kW，约占全厂总装机功率（33500kW）的34.8~37.7%，耗电量约占整个厂用电量30%~40%；随着辊式磨系统越来越多地被采用，风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中随工况和产量的变化，会引起风量、风压随机调整，众所周知风机是属于平方率负载，如将风机的传动系统换成交流调速系统，通过调整电机转速，满足风机的不同工作状态下的风量和风压，就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能空间和效果是很可观的，据统计，一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机主要用于系统通风换热风机，装机功率为6407~7487kW，如换成交流调速系统，按一般使用经验，约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回成本。这对降低水泥成本，提高企业经济效益将起到重要作用。目前新设计的干法水泥生产线，重要系统风机、水泵、篦冷机、选粉机、各种称重设备及板式给料机等已采用了变频调速，另一方面在节能环保大形势下，国内各大水泥集团为落实节能降耗，正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造，如海螺集团，山水集团属下几十条日产5000吨水泥熟料生产线，正在进行窑尾排风机传动系统的改造，由原采用液力耦合器调速改造为变频调速系统，这些集团经过深入的比较，最后皆选用了西门子公司的罗宾康品牌的高压变频器。罗宾康变频器采用多个低压单元串联连接，构成驱动系统的高压输出的结构，其最显著特点是无需使用滤波器达到完美的输入波形；也无需外加滤波器,有几乎是完美的正弦波输出，其输入和输出谐波电流都能满足最为严格的IEE591标准，故罗宾康品牌高压变频器也被称为完美无谐波高压变频器，这对于大企业来讲非常重要，可避免对公用电网的污染，也不会影响企业内其他大型传动设备的正常运行。由于变频器的主回路结构简单明了，没有附加的输入输出滤波器、功率因素补偿器、升压变压器等附加电路，逆变功率器件则采用简单可靠的IGBT功率器件，同时在系统结构设计上它把隔离变压器和变频器，包括控制单元和各种信号模块集成为一体，使安装接线、启动、调试变得快速简单，整套设备平均无故障时间达100,000小时。罗宾康变频器还设有功率单元旁路功能的选件，即使在一个功率单元故障的情况下变频器仍能满载运行，故它有极高的可靠性。罗宾康完美无谐波高压变频器能提供的电压等级为2.3kV-13.8kV,功率范围为225kW-120，000kW，目前在我国电力、冶金、石油天然气、水处理等行业已广泛应用。
二.关于高压变频器
当输出3KV~13.8KV电压的变频器称为高压变频器，在国外称为中压变频器,国内称为高压, 高压主要是与低压变频器相对而言的，国内常用的电压等级为3300V，4160V,6000V，其分类方式有三种：
按输出电压方式：
高高型：直接输出高压，变频器输出没有升压变压器
高低高型：中间使用低压变频器，后面升压变压器
按中间环节类型
电压源：中间直流环节为电容
电流源：中间直流环节为电感
按逆变器电路结构型式
三电平(中心点钳位)
GTO/SGCT电流源型逆变器
功率单元电压串联结构，完美无谐波罗宾康高压变频器就是基于这种电路结构型式。
一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成:整流电路将输入交流变为直流；中间为直流环节，它用于滤波和能量储存；逆变电路又把直流逆变为交流，并对输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有五个独立的部件，即输入滤波器，功率因数补偿，隔离变压器，变频装置和输出滤波器，由于罗宾康高压变频器有较好的输入/输出特性，因此其主要部分仅需隔离变压器和变频器。
三．罗宾康高压变频器结构原理和性能指标
罗宾康6kV高压变频器拓扑结构原理图见图1,它是基于功率单元电压串联结构，，图中A，B，C即为功率单元，其原理图见图2，变频器输入三相交流电压，可任选电压等级，星形或三角连接，输出6kV~7.2kV,可直接接入三相感应电机。
图1罗宾康高压变频器拓扑结构原理图
1. 输入谐波和整流电路
根据GB/T14549-93国家标准，对电压而言，6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4%，对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求，对6KV电网将各次谐波换算成百分比也为4%左右，谐波超标会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,并将导致继电保护和自动装置的误动作，影响各种电器设备的正常工作。按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于 18脉冲(含18脉冲)才能满足输入谐波的标准。
罗宾康高压变频器6KV输入整流电路为36脉冲二极管整流电路，由于这种多重化设计形成多脉冲整流，有效消除输入谐波. 谐波量很少。输入谐波电流失真小于2%，输入谐波远远小于规定的标准，在不用滤波器情况下 不会对电网产生影响。
2．输入功率因数
变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型)有关。
电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低。罗宾康高压变频器的输入功率因数大于0.95，可改善电网系统的质量，并提高电网输入侧的总功率因数。
3．输出谐波和逆变电路
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摘要:水泥工业是耗能大户，它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线，规模越来越大，节能空间也越来越大，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 12707~13787kW，约占全厂总装机功率（33500kW）的34.8~37.7%，耗电量约占整个厂用电量30%~40%；随着辊式磨系统越来越多地被采用，风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中随工况和产量的变化，会引起风量、风压随机调整，众所周知风机是属于平方率负载，如将风机的传动系统换成交流调速系统，通过调整电机转速，满足风机的不同工作状态下的风量和风压，就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能空间和效果是很可观的，据统计，一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机主要用于系统通风换热风机，装机功率为6407~7487kW，如换成交流调速系统，按一般使用经验，约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回成本。
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一．概述
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水泥工业是耗能大户，它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线，规模越来越大，节能空间也越来越大，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12707~13787kW，约占全厂总装机功率（33500kW）的34.8~37.7%，耗电量约占整个厂用电量30%~40%；随着辊式磨系统越来越多地被采用，风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中随工况和产量的变化，会引起风量、风压随机调整，众所周知风机是属于平方率负载，如将风机的传动系统换成交流调速系统，通过调整电机转速，满足风机的不同工作状态下的风量和风压，就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能空间和效果是很可观的，据统计，一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机主要用于系统通风换热风机，装机功率为6407~7487kW，如换成交流调速系统，按一般使用经验，约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回成本。这对降低水泥成本，提高企业经济效益将起到重要作用。目前新设计的干法水泥生产线，重要系统风机、水泵、篦冷机、选粉机、各种称重设备及板式给料机等已采用了变频调速，另一方面在节能环保大形势下，国内各大水泥集团为落实节能降耗，正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造，如海螺集团，山水集团属下几十条日产5000吨水泥熟料生产线，正在进行窑尾排风机传动系统的改造，由原采用液力耦合器调速改造为变频调速系统，这些集团经过深入的比较，最后皆选用了西门子公司的罗宾康品牌的高压变频器。罗宾康变频器采用多个低压单元串联连接，构成驱动系统的高压输出的结构，其最显著特点是无需使用滤波器达到完美的输入波形；也无需外加滤波器,有几乎是完美的正弦波输出，其输入和输出谐波电流都能满足最为严格的IEE591标准，故罗宾康品牌高压变频器也被称为完美无谐波高压变频器，这对于大企业来讲非常重要，可避免对公用电网的污染，也不会影响企业内其他大型传动设备的正常运行。由于变频器的主回路结构简单明了，没有附加的输入输出滤波器、功率因素补偿器、升压变压器等附加电路，逆变功率器件则采用简单可靠的IGBT功率器件，同时在系统结构设计上它把隔离变压器和变频器，包括控制单元和各种信号模块集成为一体，使安装接线、启动、调试变得快速简单，整套设备平均无故障时间达100,000小时。罗宾康变频器还设有功率单元旁路功能的选件，即使在一个功率单元故障的情况下变频器仍能满载运行，故它有极高的可靠性。罗宾康完美无谐波高压变频器能提供的电压等级为2.3kV-13.8kV,功率范围为225kW-120，000kW，目前在我国电力、冶金、石油天然气、水处理等行业已广泛应用。
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二.关于高压变频器
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当输出3KV~13.8KV电压的变频器称为高压变频器，在国外称为中压变频器,国内称为高压, 高压主要是与低压变频器相对而言的，国内常用的电压等级为3300V，4160V,6000V，其分类方式有三种：
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按输出电压方式：
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高高型：直接输出高压，变频器输出没有升压变压器
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高低高型：中间使用低压变频器，后面升压变压器
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按中间环节类型
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电压源：中间直流环节为电容
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按逆变器电路结构型式
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三电平(中心点钳位)
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GTO/SGCT电流源型逆变器
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功率单元电压串联结构，完美无谐波罗宾康高压变频器就是基于这种电路结构型式。
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一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成:整流电路将输入交流变为直流；中间为直流环节，它用于滤波和能量储存；逆变电路又把直流逆变为交流，并对输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有五个独立的部件，即输入滤波器，功率因数补偿，隔离变压器，变频装置和输出滤波器，由于罗宾康高压变频器有较好的输入/输出特性，因此其主要部分仅需隔离变压器和变频器。
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三．罗宾康高压变频器结构原理和性能指标
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罗宾康6kV高压变频器拓扑结构原理图见图1,它是基于功率单元电压串联结构，，图中A，B，C即为功率单元，其原理图见图2，变频器输入三相交流电压，可任选电压等级，星形或三角连接，输出6kV~7.2kV,可直接接入三相感应电机。
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图1罗宾康高压变频器拓扑结构原理图
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1. 输入谐波和整流电路
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根据GB/T14549-93国家标准，对电压而言，6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4%，对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求，对6KV电网将各次谐波换算成百分比也为4%左右，谐波超标会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,并将导致继电保护和自动装置的误动作，影响各种电器设备的正常工作。按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于 18脉冲(含18脉冲)才能满足输入谐波的标准。
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2．输入功率因数
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变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型)有关。
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电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低。罗宾康高压变频器的输入功率因数大于0.95，可改善电网系统的质量，并提高电网输入侧的总功率因数。
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