高压变频器的应用

        目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速及变频调速等。

1.串级调速—优点是可以回收转差功率，所以调速效率比较高，但存在的问题也很多：它不适合于现有的转子绕线式异步电机，必须更换电机：不能实现软启动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随着转速的调低急剧下降；很难实现同PLC和DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰；进一步限制了它的使用，属落后技术。

2．内反馈串级调速—内反馈串级调速是在串级调速基础上发展起来的，它在普通绕线电动机的定子绕组（称主绕组）同槽放置一套绕组（称调节绕组）而制造成的内反馈串级调速电机，将该电动机部分转子能量取出以改变电动机用以产生拖动转矩，使主绕组从电网吸收的能量下降来实现节能。优点：具有串级调速的全部优点，体积小。缺点：需更换专用电机，滑环处理不当容易出现事故；虽采用频敏变阻器启动，但启动电流仍很大（3-4Ie）,对电机和电网的冲击很大，启动复杂；调速范围很小；输入功率因数和效率低；电机侧由于可控硅的逆变衍生出大量的高次谐波，对电机的绝缘造成老化，引起电机的转矩脉动、附加发热和噪声污染，所以电缆要求加粗使用；电机喘振现象无法消除。仍属于落后技术。

3．液力耦合器调速—属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大，最高可达额定功率的15%，因效率与转速成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢、启动电流大、装置大，必须加装在设备和电机之间，不适合改造；无法软启动，耦合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。

4．高压变频调速—由于应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术，因此具有其他调速方式无法比拟的优点：
（1）变频器采用液晶显示数字界面，调整触摸式面板，可随时显示电压、电流、频率、电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态。
（2）精确的频率分辨率和高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的需要。
（3）高压变频器具有国际通用的外部接口，可以同可编程控制器（PLC）和工控机等各种仪表连接，并可以与原设备控制回路相连接，构成部分闭环系统，如与原DCS系统实现数据交换和联锁控制。
（4）具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时安全可靠。
（5）电机可实现软启动、软制动；启动电流小，小于电机的额定电流；电机启动的时间可连续可调，减少了对电网的影响。
（6）具有就地和异地操作功能，另可通过互联网实现远程监控功能。
（7）减少配件损耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产效率。
通过对几种调速方式的比较，最终，大连小野田水泥厂决定采用高压变频器对EP风机进行改造，对比了国内外的所有厂家，基于以下几点原因，选用了利德华福生产的高压变频器：
①国内高压变频器厂家中业绩最多；
②系统运行稳定；
③全中文界面显示，适合国内用户；
④针对国内用户量身定做，尽量考虑国内电网的综合因素，在其可靠性，安全性方面有其独到的技术优势；
⑤内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要。

旁路柜采用了一拖一手动方案。此结构是手动旁路的典型方案,原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图1，其中QF为原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
优点是:在检修高压变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行等。

缺点：高压变频器故障时，不能自动由变频转为工频。
现场原有的水电阻装置继续保留，高压变频器安装后，与原有的水电阻二次回路结合，取高压变频器的变频状态信号（QS1,QS2闭合后输出变频状态信号）送至水电阻二次回路，该信号有效后通过原有水电阻二次回路，直接短接电机转子滑环，切除水电阻装置，由高压变频器对电机实现软启动；取高压变频器工频旁路信号（QS3闭合后输出工频旁路状态信号），该信号有效后通过原有水电阻二次回路，恢复高压电机的串水电阻调速功能，以备高压变频器故障期间，用户仍可以通过原有启动回路启动设备工频运行。

变频器工频旁路原理图>