NVT中壓變頻器介紹

    深圳市英威騰電氣有限公司自2003年開(kāi)始，就致力于中壓變頻器（電壓為660V～690V、1140V）的開(kāi)發(fā)與應用，在不斷的實(shí)踐與探索中，積累了豐富的經(jīng)驗。目前，開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的中壓變頻器產(chǎn)品，已經(jīng)成功應用于城市供水，油田的潛油電泵、注水泵、磕頭機，煤礦中的主井風(fēng)機、皮帶機、掘煤機（防暴）等等領(lǐng)域，獲得了良好的經(jīng)濟效應與社會(huì )效應。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)的應用需求。

1、INVT中壓變頻器

    主要器件及技術(shù)說(shuō)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(méi)有IGBT的串聯(lián),功率器件數量減少，提高了系統的可靠性，新一代模塊損耗低，提高了整機效率；
    4、驅動(dòng)電路使用光纖隔離傳輸可實(shí)現遠距離驅動(dòng)，提高高壓電路的抗干擾性能；
    5、±15%電壓波動(dòng)設計，能承受瞬間250%沖擊電流，低頻轉距大,適應中國電網(wǎng)和工況；
    6、電流沖擊抑制能力強，負載大范圍波動(dòng)時(shí)，能安全穩定運行；
    7、采用了先進(jìn)的SVPWM非正弦脈寬調制技術(shù)，在正弦波中注入零序信號。電壓空間矢量脈寬調制技術(shù)（ SVPWM） 即是在正弦波中注入適當的三次諧波的非正弦調制技術(shù)，它的線(xiàn)性調制度較SPWM高15％，而且輸出諧波小。減少了開(kāi)關(guān)頻率，降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高了系統的可靠性及壽命；
    8、能抑制電機的瞬態(tài)過(guò)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；
    9、完善的保護：過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、欠壓、欠載、缺相、短路、過(guò)熱等；

2、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備公司合作開(kāi)發(fā)的防爆兼本安變頻器通過(guò)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構方面采取了相應的防潮、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。防爆變頻調速裝置采用英威騰CHV系列無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。無(wú)速度傳感器的矢量控制的基本控制思想是根據輸入的電動(dòng)機的參數，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）和轉矩電流進(jìn)行檢測，并通過(guò)控制電動(dòng)機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉距電流的指令值、檢測值達到一致，并輸出轉矩，從而實(shí)現矢量控制。采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調速范圍上與直流調速系統相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機產(chǎn)生的轉矩，以保證在低頻（0.5Hz）運行時(shí)額定轉矩的輸出可達到1.5倍。

INVT中壓變頻器的應用

一、在礦用防爆皮帶運輸機上的應用
    皮帶機是現代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運輸設備，皮帶機的拖動(dòng)技術(shù)形式多樣，直接啟動(dòng)、調速型液力偶合器、軟啟動(dòng)、交流變頻拖動(dòng)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(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，基本要求是：
    （1）控制簡(jiǎn)單，啟動(dòng)特性好，調速性能好，啟動(dòng)轉距大；
    （2）節能；
    （3）工作可靠，維護量??；
    （4）價(jià)格適中。

    采用無(wú)速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿(mǎn)足用戶(hù)要求，將是井下皮帶機拖動(dòng)的發(fā)展方向。

    1、技術(shù)比較
    （1）直接起動(dòng)，轉矩大，但力的傳導不均，尾部反應慢，在皮帶底部有堆積現象。
    （2）偶合器起動(dòng)，皮帶機慢慢起動(dòng)，當達到一定轉矩時(shí)皮帶開(kāi)始運轉，而且起動(dòng)過(guò)程中出現打滑現象，造成安全隱患。
    （3）采用防爆軟起動(dòng)，皮帶機空載時(shí)起動(dòng)平穩，轉矩降低，減少沖擊，延長(cháng)電機、膠帶機、機械系統的使用壽命，但重載時(shí)需突跳，對膠帶機沖擊較大。
    （4）采用防爆變頻器時(shí)，調速范圍廣，起動(dòng)轉矩大，可以在重載下緩慢起動(dòng)，起動(dòng)安全可靠，對于多電機拖動(dòng)同步性能好，在匹配煤流傳感器后，可自動(dòng)依據煤流大小自動(dòng)調速，一般可節約電能，并且電機功率因數有明顯提高。

    2、綜合成本的比較
    （1）電動(dòng)機+減速器直接起動(dòng)初期投入費用不高，但維護費用大。
    （2）電動(dòng)機+液力偶合器+減速器，初期投入不太高，維護費用較大。另外因設備處于回風(fēng)巷內道，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(dòng)電動(dòng)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(mǎn)足使用要求。
    （4）變頻器+電動(dòng)機+減速器，初期投入費用較高，維護費用最低，可調整運行速度，僅從帶電一項上就可逐步收回成本。
    綜上所述，應用變頻器是最好的一種方式。

    3、變頻器在皮帶機拖動(dòng)上的應用特點(diǎn)
    （1）優(yōu)越的軟起動(dòng)、軟停止特性。防爆變頻器的起動(dòng)、停止時(shí)間是任意可調（0-10min）的，也就是說(shuō)起動(dòng)時(shí)的加速度和停車(chē)時(shí)的減速度任意可調，同時(shí)為了平穩起動(dòng)，還可匹配其具備的S型加減速時(shí)間，這樣可將皮帶機起停時(shí)產(chǎn)生的沖擊減少至最小，這是其它驅動(dòng)設備難以達到的。
    （2）驗帶功能。煤礦的生產(chǎn)運輸系統多以皮帶機為主，運輸系統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，變頻調整系統為無(wú)極調速的交流傳動(dòng)系統，在空載驗帶狀態(tài)下，變頻器可調整電機工作在5%-100%額定帶速范圍內的任意帶速。
    （3）平穩的重載起動(dòng)。皮帶機在運煤過(guò)程中任意一刻都可能立即停車(chē)再重新起動(dòng)，必須考慮“重載起動(dòng)”能力。由于變頻器采用無(wú)速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩，因此最適于“重載起動(dòng)”。
    （4） 功率平衡。煤礦井下皮帶機系統多為雙滾筒驅動(dòng)或多滾筒驅動(dòng)，為了保證系統內的同步性能，首先，要求位于機頭的各滾筒應同步啟停，在某一電機故障時(shí)能使系統停機，同時(shí)為了保證系統的運輸能力，應盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過(guò)調整相應兩變頻器的速度給定來(lái)調整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅動(dòng)電機的電流差值的大小，因此可以通過(guò)單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過(guò)調整各電機的速度來(lái)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(dòng)態(tài)調整系統的功率平衡。
    （5）自動(dòng)調速、節電效果明顯。對應于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無(wú)負載時(shí)，皮帶機系統的高速運行對機械傳動(dòng)系統的磨損浪費較為嚴重，同時(shí)電能消耗也較低速運行大的多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機系統又不能隨時(shí)停車(chē)，采用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進(jìn)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，可大大節約電能。
    （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(dòng)特性，至少可降低起動(dòng)張力30%，如在初期設計選擇膠帶強度時(shí)可降低一個(gè)標號。在實(shí)際應用過(guò)程中，由于降低了起動(dòng)沖擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長(cháng)。
    （7）現場(chǎng)應用證明，采用防爆變頻器將大大提高皮帶機的可靠性，降低機械系統損耗，減少運輸系統的維護量，且節能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動(dòng)特性，較高的性?xún)r(jià)比，將成為井下皮帶機拖動(dòng)的發(fā)展方向。

    4、皮帶機同步功率平衡的應用方案

    針對煤礦防爆裝置對兩臺變頻器的同步性要求精度高，設計方案如下：

    方案一：簡(jiǎn)易控制

    如圖3，通過(guò)模擬量信號給定同步速度，穩態(tài)時(shí)使用速度下垂控制，并且兩臺變頻器共直流母線(xiàn)，達到能量的均衡，使系統更節能。特別需要說(shuō)明，下垂控制功能專(zhuān)用于多臺電機驅動(dòng)同一負載的工況。多臺電機驅動(dòng)同一負載時(shí)，不可避免的會(huì )出現速度不同步問(wèn)題，速度快的電機將承受較重負載。這種情況下，變頻器設置下垂功能后，可根據負載變化自動(dòng)調整運行頻率，使高轉速電機速度下垂變化，從而使負載均衡分配。

    方案二：通過(guò)高速脈沖輸入輸出實(shí)現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(dòng)態(tài)響應快，可隨負載變化動(dòng)態(tài)調整速度輸出。

    主變頻器的速度反饋通過(guò)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）、使用轉矩控制，主要的控制方法如下：

    主變頻器的轉矩通過(guò)高速脈沖輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的轉矩給定
    方案三：通過(guò)通訊方式實(shí)現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(fēng)機上的應用
　　
    由于礦用通風(fēng)機一般為扇風(fēng)機，即向外抽風(fēng)，一般采用的是離心式風(fēng)機，拖動(dòng)慣量比較大。因此在改造中，在調整變頻器的參數時(shí)應十分注意。由于慣量比較大，在停機的過(guò)程中，電動(dòng)機勢必要進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，若此時(shí)變頻器停機時(shí)間短，發(fā)電的能量即會(huì )進(jìn)入變頻器形成倒灌，造成變頻器主電路電壓升高。若用戶(hù)對停機時(shí)間無(wú)特殊要求，可將變頻器的下降時(shí)間盡量延長(cháng)，或使電機自由停車(chē)。對于升速時(shí)間，由于負載慣性比較大，變頻器頻率變化快，變頻器即會(huì )出現過(guò)流保護，而不能正常工作。因此其升速時(shí)間也不能太短，一般以變頻器正常工作為宜。 總之，礦用通風(fēng)機采用變頻調速，不但實(shí)現了軟起停，節約了電能，而且可根據巷道的風(fēng)量需求方便的進(jìn)行調速，應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用應當是十分廣泛的。

三、在潛油電泵上的應用

    （一）概述
    變頻調速器的出現為交流調速方式帶來(lái)了一場(chǎng)革命。隨著(zhù)近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調速性能日趨完美，已被不同學(xué)科、不同行業(yè)的工程技術(shù)人員廣泛應用于不同領(lǐng)域的交流調速。為企業(yè)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益，推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)程。

    變頻調速用于交流異步電機調速，其性能遠遠超過(guò)以往任何交、直流調速方式。而且結構簡(jiǎn)單，調速范圍寬、調速精度高、安裝調試使用方便、保護功能完善、運行穩定可靠、節能效果顯著(zhù)，已經(jīng)成為交流電機調速的最新潮流。 

    （二）通用雙回路方案

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

　

    一、 設備選型：
    1、除指定配件外，全選用進(jìn)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、變頻器規格：輸入電壓為：3AC 1140V+15%，輸出功率55KW。

    二、 供電方式：
    采用變壓器-整流器的供電方式雙回路接線(xiàn)：
    為確保系統的安全可靠，在變頻器、整流器發(fā)生故障或進(jìn)行檢修時(shí)確保其它油井的正常運行生產(chǎn)，本控制系統采用變頻-工頻雙回路接線(xiàn)方式，在保留原工頻系統的基礎上加裝變頻系統，具體作法如圖8所示。

    說(shuō)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、 逆變器的容量與磕頭機電機容量相同或稍大。
    4、 確保工頻與變頻的相序一致。

    三、抽汲參數優(yōu)化控制及節電增效原理
    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。通常，當潛油電泵的參數一定后，采用改頻率（電機轉速或傳動(dòng)比）的方法來(lái)調節，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(dòng)，對電機的保護全面。

    由于潛油電泵屬變負載類(lèi)負載，即電機在起動(dòng)時(shí)需較大轉矩，而停止時(shí)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(huì )被打壞。

四、投資與節能

    變頻系統的初次投資容易給投資者一種投資高風(fēng)險大的感覺(jué)，這主要是對變頻節能效果不很了解或將變頻系統的初次投資與傳統的一些調速方式，如：液力藕合、滑叉電機、變級調速等調速裝置的初次投資在未充分考慮節能效果及變頻器功能的情況下進(jìn)行比較，以及對變頻器的質(zhì)量、穩定性、售后服務(wù)等還不太了解的感覺(jué)；變頻節能系統（裝置）在各類(lèi)調速系統中使用時(shí)，其節能效果對于單臺設備可做到15-75%，在未受到其他因素的影響的情況下一般可取上限；節能效果平均值是由實(shí)際應用中得到，權威性數據可由市場(chǎng)上公開(kāi)出售的資料（書(shū)）查到；通過(guò)這些數據再進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的投資回收率的計算可知；變頻節能系統（裝置）的投資回收期一般為4-20個(gè)月（這是經(jīng)驗值也是權威數據）。

    深圳市英威騰電氣有限公司按油田采油廠(chǎng)采油方式的不同需求，同時(shí)生產(chǎn)660V至1140V電壓等級的中壓變頻器。特別適合井深超過(guò)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(dòng)關(guān)機）和過(guò)電流保護（因泥砂、石塊阻塞油泵或其它機械故障過(guò)載自動(dòng)關(guān)機）功能。避免和減少因空轉和卡泵造成電機損壞，停產(chǎn)檢修的極大損失，受到用戶(hù)歡迎。
　　    
    由于中壓變頻器具有輸出頻率任意可調的特性，用戶(hù)可以及時(shí)、方便的根據油井產(chǎn)油量及油液面變化，調節電潛泵電機轉速，有利于油井穩產(chǎn)，節電率可達30-60%，綜合經(jīng)濟效益高。
　　
    變頻節能系統及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統在各行業(yè)機電設備和生產(chǎn)線(xiàn)上的應用是社會(huì )生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，它有著(zhù)早使用、早改造、早受益、快發(fā)展的特點(diǎn)，它將不斷的被推廣應用，并將為企事業(yè)的發(fā)展錦上添花，為全社會(huì )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(dòng)設備是三相異步電機，普遍存在效率低，不便調速，上下沖程不可調，功率因數低等弊端。針對以上問(wèn)題，我公司開(kāi)發(fā)研制了INVT系列產(chǎn)品及共用直流母線(xiàn)技術(shù)，采用了先進(jìn)的控制方式控制潛油電泵運行，達到節能、增效、增產(chǎn)實(shí)現自動(dòng)化的效果，同時(shí)達到了電網(wǎng)優(yōu)化的目的，在國內各油田得到廣泛的應用。

六、節能增效基本原理
　　
    本控制裝置基于變頻調速原理開(kāi)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(gè)特點(diǎn)可以達到節能效果。

    調速節能
    潛油電泵屬次泵類(lèi)負載，其耗電功率P∝N3，如果調整轉速N滿(mǎn)足最佳沖次及上下沖程速度，省電效果驚人。

    動(dòng)態(tài)調功功能
    在潛油電泵變載的工作狀態(tài)下，控制裝置以7000次/秒的速度自適應電機的載荷，自動(dòng)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，達到了節能效果，即調不調速都節能。

    動(dòng)態(tài)功率因數補償功能
    控制裝置具有功率因數補償功能，可取代原有的控制柜啟動(dòng)器、補償器，使系統趨向一體化，保證電機功率因數COS∮＞0.95以上，從而減小了設備損耗，減小了線(xiàn)損，改造了電網(wǎng)，增加了裝機容量，達到了節能的目的。

    軟啟動(dòng)功能
    由于電機全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流等于3～7倍的額定電流，因此通常在帶載電機啟動(dòng)時(shí)，會(huì )對電機和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，導致對電網(wǎng)容量要求過(guò)高，而且啟動(dòng)時(shí)對設備產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對設備極為不利；采用本控制裝置的軟啟動(dòng)功能將會(huì )使啟動(dòng)電流遠遠低于額定電流，實(shí)現電機真正意義上的軟啟動(dòng)，達到了節能的目的。不但減少了對電網(wǎng)的沖擊，且能延長(cháng)設備使用壽命及維修周期，減少設備維修費用。

    本控制裝置可任意分別設定潛油電泵的速度，以適應油井井下原油液面的變化。使潛油電泵隨時(shí)工作在最佳運行狀態(tài)，達到增產(chǎn)、增效的目的。

    總結
    隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應用，中壓變頻器的應用會(huì )越來(lái)越廣泛。作為中壓變頻器的主流研發(fā)與制造供應商，深圳市英威騰電氣有限公司將繼續秉承不斷追求與創(chuàng )新，立足傳動(dòng)領(lǐng)域，為廣大用戶(hù)提供物超所值的產(chǎn)品。