HD93系列10MVA高压变频器在大功率同步机上的应用

关键词:10MVA、大功率同步机、烧结主抽、冶金
摘要:本文主要介绍了大功率电励磁同步机的基本特点、变频改造的难点分析,以及汇川技术大传动产品线针对电励磁同步电机的解决方案,通过公司HD93系列10MVA产品目前的现场应用,了解同步机变频改造需注意的关键点以及改造效果分析。

一、概述
国家“十二五”规划明确提出了关于节能减排的规范文件,如未能采取更加有效的应对措施,我国面临的资源环境约束将日益强化。从国内看,随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级,我国能源需求呈刚性增长,受国内资源保障能力和环境容量制约,我国经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出,节能减排工作难度不断加大。从国际看,围绕能源安全和气候变化的博弈更加激烈。一方面,贸易保护主义抬头,部分发达国家凭借技术优势开征碳税并计划实施碳关税,绿色贸易壁垒日益突出。另一方面,全球范围内绿色经济、低碳技术正在兴起,不少发达国家大幅增加投入,支持节能环保、新能源和低碳技术等领域创新发展,抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈。
规划中提出对电机系统实施变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造,优化系统运行和控制,提高系统整体运行效率。变频调速尤其在大功率风机类平方转矩负载场合应用效果尤为明显。
冶金行业向来是耗能大户,尤其在目前产能过剩、利润低的情况下,节能显得尤为重要,钢铁行业中的大功率电动机耗费了大量的电费,由于实际过程导致工频运行大马拉小车现象严重,变频改造成了不二之选。
目前钢铁行业中的烧结主抽风机,功率一般为整个钢铁厂除了高炉鼓风机第二大功率的设备,而且多为大功率同步机驱动,同步机的变频改造一直以来就是一大技术难点,下面将介绍一下同步机的改造方案及应用效果。

二、同步机及烧结工艺介绍
1、大功率同步机变频改造难点
同步机相比于异步机有诸多优点:
(1)对转矩扰动具有更强的承受能力,动态响应快;
(2)在极低电源频率下也能运行,调速范围宽;
(3)通过改变励磁电流,功率因数可调;
(4)稳定性高,转矩与端电压成正比;
上述的诸多优点使得其使用越来越广泛,但是大功率同步机变频控制技术一直是高压变频领域的一大难点,各厂家技术参差不齐,导致其最终的控制效果差距较大,以下为有刷同步电机变频改造需要注意的事项:
(1)同步电机的起动问题:电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内,否则将导致系统失步;
(2)同步电机调速期间和励磁装置的协调问题,防止正常调速期间同步机失步;
(3)同步电机正常停机和故障灭磁问题。
2、汇川技术HD93同步机控制技术
汇川依据自身多年同步机控制经验,在高压大功率同步机控制方面,通过我们大量的仿真实验以及现场实验分析,研发了适用于高压大功率领域同步机的矢量控制方案,依托于磁链闭环矢量控制(SFOC)这一平台,实现了真正的同步机变频无速度传感器矢量控制技术启动方式(SVC),整个启动过程平滑、无冲击,不存在启动整步问题,并且控制精度高、转矩响应快,稳定性好。

图1:汇川同步机磁链闭环矢量控制原理图

图2:汇川同步机变频启动过程图
基于电机d - q轴 系数学方程,对电机的磁链、电流进行解耦控制,具有磁链、电压闭环特点。

通过汇川多个大容量同步机变频改造应用现场的调试运行情况来看,汇川同步机控制方案还具有调试简单、调试时间短,以及运行稳定的众多优点,得到了用户的一直好评,汇川的同步机控制技术已经在国内建立了绝对的领先地位。
3、烧结工艺简介

图3:烧结工艺
烧结工艺是指根据原料特性所选择的加工程序和烧结工艺制度,它对烧结生产的产量和质量有着直接而重要的影响。按照烧结过程的内在规律选择合适的工艺流程和操作制度,利用现代科学技术成果,强化烧结生产过程,能够获得先进的技术经济指标,保证实现高产、优质、低耗。本生产工艺流程有原料的接受,兑灰,拌合,筛分破碎及溶剂燃料的破碎筛分,配料,混料,点火,抽风烧结,抽风冷却,破碎筛分,除尘等环节组成。目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如上图所示。主要包括烧结料的准备,配料与混合,烧结和产品处理等工序。

三、客户现场改造方案
1、项目背景
本次我司HD93产品改造对象为河北省武安市某钢铁集团烧结厂烧结主抽风机,此烧结线为220m2规模烧结线,配备有8000kW功率烧结主抽一台,是整个烧结厂的最大耗电设备,在整个钢厂也属于耗能大户,工频运行采用水阻启动方式,启动冲击大,所以每次启动此电机都比较困难,另外由于要根据生产情况调节风量,平时采用风门调节的方式进行,风门一般在60%~80%调节,能量浪费严重,所以节能改造迫在眉睫。


2、设备参数介绍

电机型号及厂家

TD8000-6(上海电机厂)

额定功率

8000KW

额定电压

10000V