高壓大功率變頻“一拖二”技術 在空壓機上的應用
文:文/新風光電子科技股份有限公司 張長元 劉德田2025年第三期
導語:高壓大功率變頻“一拖二”技術 在空壓機上的應用
1 引言
隨著工業領域智能化與信息化融合程度的不斷提高,對生 產用設備的智能化和信息化要求也日益提升。壓縮機作為一種 重要的動力提供裝置,其排氣量、功率、溫度等實時運行狀態 對生產活動的有序進行及安全性等都具有重要的作用。
壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使 壓縮的氣體具有一定壓力的設備。新風光根據空壓機的工藝特 點自主研發的空壓機專用變頻器,配套全面系統的空壓機專用 系統,其功能豐富、應用靈活簡便、性能穩定、調試方便快捷 等優點得到客戶廣泛認可。
2 用戶情況
河北某新型材料公司主要生產丙烯、丙烷等化工品,其使 用的壓縮機,原為工頻啟動,每次啟動壓縮機都是重載啟動, 啟動起來十分不容易,同時還給工藝上帶來很大隱患,比如噪 音大,啟動電流大,影響設備壽命、壓力突變等。另外,由于 負載的波動性較大,電機很少在滿載情況下運行,僅依靠關出 口閥、打回流來調節流量,浪費嚴重,能耗較高。為解決這一 系列問題,經過全面分析與方案論證,河北某新型材料公司決 定采用新風光生產的高壓變頻器對壓縮機電機進行變頻改造。 廠區現場如圖1所示。
空壓機現場如圖2所示。拖動電機參數如表1所示。
經過多方對比,用戶最終選擇了新風光電子科技股份有 限公司生產的JD-BP38-7200FF1M大功率高壓變頻器,軟啟動 6500kW的空壓機電機,采用“一拖二”自動切換方案。
3 風光JD-BP38系列高壓變頻系統技術特點
風光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號,新 風光公司是國家高新技術企業,生產的風光牌JD-BP38系列高
圖 1 河北某新型材料公司廠區
圖 2 空壓機電機負載現場
表 1 電機基本參數
壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度傳感器矢量控制 技術、功率單元串聯多電平技術,屬高-高電壓源型變頻器,其
表 2 JD-BP38-7200FF1M 高壓變頻器主要技術指標
諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準,輸入功率因數高, 輸出波形質量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝 置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈 動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異 步電機。
(1)JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術指標
JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術指標如表2所示。
(2)JD-BP38-7200FF1M高壓變頻器技術特點
具體來說,新風光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器 的性能外,還具有以下突出特點:
· 高性能矢量控制,啟動轉矩大,轉矩動態響應快,調速 精度高,帶負載能力強,提高設備運行的平穩性;
· 振蕩抑制技術,采用優越的電流算法,有效地抑制輕載 電機電流的振蕩,保證系統穩定可靠的工作;
· 快速飛車啟動技術,特別適用于(如水泥廠高溫風機) 變頻保護后的重新啟動,可實現變頻器在0.1s之內從保護狀態 復位重新帶載運行;
· 電網瞬時掉電重啟技術,電網瞬間掉電可自動重啟,可 提供最長60s的等待時間;
· 線電壓自動均衡技術。變頻器某相有單元故障后,可保 證最大的線電壓均衡輸出;
· 工、變頻無擾切換技術,該技術可滿足多電機綜合控制 及大容量電機軟啟動的需要;可以實現大容量電機雙向無擾動 投切,能有效保證生產的正常進行;
· 輸出電壓自動穩壓技術,變頻器實時檢測各單元母線電 壓,根據母線電壓調整輸出電壓,從而實現自動穩壓功能;
· 故障單元熱復位技術,若單元在運行中故障,且變頻器 對其旁路繼續運行,此時可在運行中對故障單元進行復位,不 必等變頻器停機;
· 多種控制方式,可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控 制,支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協議,頻率設定可以現 場給定、通訊給定等,支持頻率預設、加減速功能;
· 單元直流電壓檢測:實時顯示檢測系統的直流電壓,從 而實現輸出電壓的優化控制,降低諧波含量,保證輸出電壓的 精度,提升系統控制性能,并可使保證運行維護人員實現對功 率單元運行狀況的全面把握;
· 單元內電解電容因采取了公司專利技術,可以將其使用 壽命提高1倍;
· 具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他 原因造成輸出短路,此時如果變頻器不具備相間短路保護功 能,將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封 鎖變頻器輸出,保護設備不受損害,避免事故的發生;
· 限流功能:當變頻器輸出電流超過設定值,變頻器將自 動限制電流輸出,避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變 化而引起的過流保護,最大限度減少停機次數;
· 故障自復位功能:當變頻器由于負載突變造成單元或是 整機過電流保護時,可自動復位,繼續運行。
4 變頻改造方案
(1)改造控制方案
新風光結合用戶現場工況,提供一套型號為JD-BP38- 7200FF1M大功率高壓變頻器,變頻器采用功率單元級聯技 術,包括功率柜、控制柜、切換柜等。該系統通過一臺高壓變 頻電機分時驅動兩臺壓縮機,利用變頻器實現軟啟動和工頻切 換,從而控制壓縮機的輸出,滿足不同工況需求。
(2)高壓變頻器主回路控制方案
根據現場要求,空壓機采用“一拖二”運行方式,其一次
電路如圖3所示。
現場使用空間受限,本次設計變頻軟啟動裝置具備靈活設 計,變頻軟啟動裝置可以按照用戶需求實現選擇任一臺空壓機 啟動,啟動后電機自動無擾切換到工頻運行,之后再啟動下一 臺電機運行,當變頻軟啟動裝置啟動過程故障時,可以應客戶 實際需要實現故障轉工頻或者工頻直啟。
5 變頻改造效果
河北某新型材料公司空壓機采用變頻改造后,改造達到了 預期目的。該高壓變頻器現場如圖4所示。
變頻器拖動空壓機在空載情況下進行軟啟,在達到50Hz 后,通過“無擾切換”功能,把空壓機由變頻狀態轉為工頻狀 態,電機無負載啟動時電流87A,在切換時,觀察開關柜在轉 工頻時電流最大為95A,解決了現場轉工頻瞬間沖擊電流過大 的問題。轉工頻瞬間電流變化波形如5所示。
新風光高壓變頻器運行后,經過反復測試,各運行參數一 直正常,安全可靠,各項指標均達到了設計要求。
(1)節能降耗:采用變頻驅動,通過電機調速進行節 能, 電機啟動時對設備的機械沖擊減小,維護工作量大幅下 降,整體運行成本大幅降低。
(2)精準控制:變頻器具備精確的壓力控制功能,可根 據客戶生產工藝的氣量需求實時調整壓縮機的壓力輸出,保證 匹配度。
(3)節省設備:變頻器一拖二驅動方案,實現一臺變頻 器驅動兩臺壓縮機,節省空間和成本。通過使用變頻器啟動相 對其他軟起動方案,啟動電流相小,減小了占網容量(占網容 量費可以按照23.3元/1kVA計算),節省了投資成本。
(4)可靠性高:壓縮機通過變頻驅動實現軟啟、軟停, 大幅減少啟動停止過程對設備的機械沖擊,提高系統可靠性, 延長壓縮機壽命。
6 結語
綜合看來,河北某新型材料公司空壓機采用新風光公司 高壓變頻器進行改造,解決了空壓機的啟動難題,降低了投資 成本,與多數廠家使用加電抗器柜抑制切換瞬間的電流的方案 相比,本方案通過算法及控制優化實現無擾切換功能,具備一 定的技術優勢,對保證全廠生產的正常順利運行起著重要的作 用,在類似場合應用中具有借鑒意義。
圖 3 “一拖二”控制框圖
圖 4 高壓變頻器現場圖
圖 5 變頻轉工頻電流變化波形圖
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