变频调速技术在上海电气行业中的应用
变频调速技术在上世纪90年代得到了飞速的发展,其性能指标已超过了直流调速,在机电行业领域内开始逐步取代直流调速和其他交流调速。当前,变频调速技术的发展主要有以下几方面:
(1)IGBT变频器已成为20世纪90年代变频调速技术的主流,新的电力电子器件如IGCT、IEGT、光控IGBT等开始应用。
(2)基于双PWM能力回馈的变频电路(即整流部分也采用电力电子自关断器件构成,实现能量向电网回馈,保证变频器四象限运行)是发展趋势,矩阵式交—交变频则是研究的热点。直流母排供电的变频调速装置具有很大的实用价值。
(3)数字化控制已是变频装置基本的控制方式,采用32位CPU和DSP构成的控制电路是当前的主流。矢量控制依然是高性能交流电机调速系统的主流控制策略,当前着重开发无测速反馈的矢量控制。采用三电平技术以提高逆变器电压,采用相位错开办法改善谐波影响,都是变频器扩大应用范围的研究方向。
随着变频调速技术的不断成熟,变频调速装置在上海电气行业的应用越来越广泛。
风机水泵是上海电气的一大类产品,利用变频调速装置驱动风机水泵,与原来依靠调节阀门、档板来改变流量的方法相比,可节约能源30% ~ 50%(视原来设计的裕量而定)。风机水泵的变频调速不要求高性能指标且调速范围较小,用转差补偿控制即可满足要求。同样,空调机、冷气机、恒温恒湿机等通用机械采用变频调速可以达到节能和频繁起制动的目的。
起重机械也开始采用变频调速驱动,起重机械要求较宽的调速范围、平稳的起制动过程、准确的定位精度,带矢量控制的变频调速装置已能达到这些要求。电梯是一种高性能要求的起重机械,对于起制动的舒适性和定位精度要求更高,带脉冲编码器反馈的矢量控制变频调速装置已在电梯驱动中广泛应用,采用外转子同步电动机作无机房曳引机的变频调速系统也开始成为电梯厂的新品开发重点。
印制机、包装机、切纸机、联动装订机、塑料挤出机、模切机、平衡机、离心机、灌装机等开始把转差调速或直流调速改为变频调速。这些机械所需要的调速范围(100:1)和调速精度(0.5%),对变频调速而言已不是困难的。
机床的传动需要伺服特性,交流伺服电动机和变频伺服系统已能超过机床伺服系统需要的调速范围(3000:1)和调速精度(0.1%)。主轴电动机,特别是磨床的高速主轴电动机,采用交流电动机和变频调速更能发挥出高转速的优势。
造纸机、拉丝机、印染机、轧机等连续生产作业线等原来直流调速体现出优势的领域,现在数字式变频调速装置已经完全能够胜任。
纺织机械是应用变频调速最广泛的领域之一,在要求高速旋转或同步运行的纺织机械中,变频调速同样具有明显的优势。
轨道交通牵引系统是新兴产业,交流变频牵引系统是当前轨道交通的发展方向,采用交流牵引电动机,除优良的牵引特性外,还具有能在恶劣环境中运行、减少维修成本的优点。
电站成套中水、煤、灰系统采用了大量的交流电动机拖动的风机和泵,一座3000MW的发电厂中,交流电动机容量可达30MW,其中不少场合采用变频调速的达到节能的效果。在多台水泵组成的大型泵站系统中,往往配以1 ~ 2套变频调速装置,即可用于水泵起动,又可对流量进行细调。大型输送系统和堆取料机采用变频调速使设备运行平稳,提高了输送的均匀度,也提高了设备的可靠性并减少维修量。除上述产品中广泛采用变频调速技术外,大中型、中高压的变频调速装置在工程中也得到越来越多应用。
综上所述,变频调速装置的调速范围、过载能力、调速精度、动态响应、功率因数、运行效率、维护要求等方面均有明显的优势,在上海电气行业有着极大的应用面。发展变频调速应用,除了节能、提高系统性能和可靠性之外,还将带动变频调速装置产业的发展,这也是上海电气行业必须关注的发展趋势。
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