SD700系列变频器在焦化厂熄焦车上的应用
一．引言
焦化行业属于国家重点扶持的行业，高温炼焦是冶金等工业的重要组成成分，通过高温炼焦得到的焦炭可供高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料和原料，是我国最重要的能源之一。
山西阳光焦化集团是全国独立焦化行业的“旗舰企业”，是山西省焦化行业“十佳”、“五十强”，目前焦炭的年生产能力已经达到330万吨，焦炉环保配套设施齐全，总体技术装备水平和生产规模目前位居山西省焦化行业首位。
二．工艺和电气设备改造
所谓高温炼焦，就是煤在炭化室内隔绝空气加热，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭，然后用推焦车推出焦炭，经拦焦车导入熄焦车内，并由电机车牵引熄焦车到熄焦塔内进行喷水熄焦。经过熄焦后的焦炭卸至凉焦台上，冷却一定时间后送往筛焦工段贮存待运。其中焦炉平均每10分钟出一炉，熄焦车及其电机车往复运行在拦焦车和熄焦塔之间，设备起停频繁，在高温，高湿，高强度的露天环境下运行。因此，对设备中电气产品的质量和控制精度，特别是对耐高温高湿，耐粉尘侵蚀，以及适应电源电压波动的能力要求比较高。
此次电气设备改造就是对原有熄焦车的电气驱动部分进行的。其电机车上的驱动部分采用的是两台90KW的三相低压交流变频器，用来驱动轨道上电机车的前后轮子做往复运行，两台电机的额定电流是166A，额定功率75KW，额定转速是591rpm，要求在低，中，高三个速度值下稳定运行，制动时间要求短。
由于原来的变频器出现了故障，造成该熄焦车一直无法投入运行，使得目前车间的生产无法得到可靠的保障，分析造成原有变频器故障较为频繁的原因，主要是：
1）电源电压的波动，是造成变频器整流桥部分损坏的主要原因。由于变频器的三相交流电源是依靠电机车上的三相电刷与轨道旁边墙面上安装的三相电源导轨接触而提供的，在露天环境下长期使用后，电刷和电源导轨表面氧化后造成电源接触不良，加上电刷滑动过程中，熄焦车运行时的震动因素，因此在变频器的电源侧有时会出现较为严重的电压波动现象。
2）变频器内的线路板出现短路故障和元器件过热现象。由于空气中的炭粉进入变频器内部，使用一段时间后，在线路板和元器件上附着一层较厚的粉尘，严重时造成线路板的短路，也影响元器件的有效散热，由此造成了故障报警和停车现象。
因此，此次改造的目的就是采用质量更加可靠，系统配置更加齐全，售后服务和技术支持更加有效的新型变频器替换原来使用的传动产品，同时满足原系统的全部控制要求。
山西阳光焦化厂经过技术分析，比较了几家国外进口低压变频器的技术指标和产品配置，最终选择了从西班牙原装进口的Power-electronics公司的SD700系列变频器，作为此次电机车改造的驱动设备。
三．SD700系列变频器的性能介绍
从上面的拓扑结构图中可以看出，Power-electronics公司的SD700系列变频器采用了内置交流谐波电抗器，EMC输入滤波器和输出dv/dt滤波器作为产品的标准配置，其中：
1.内置的交流电抗器，置于整流桥的前端，实现以下两方面功能:一方面保护整流桥，不受电网电压瞬间波动的影响，抑制电源输入中的浪涌电流对变频器的冲击；另一方面,交流电抗器能够过滤掉电网中的谐波和增加阻抗，使电流正弦波平滑，并且提高功率因数，由于是内置的交流电抗器，因此可以确保变频器和整个电网系统的可靠和高效运行。
2.内置的??波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量，能大大降低高次谐波所造成的设备发热和能量损耗，同时减小设备对电网的扰动，总的谐波电压含有的THDv小于8%，完全符合工业应用及IEC61800-3和IEC61000-6-2抗电磁干扰标准应用场合要求。PE公司的SD700系列变频器全系列都内置了EMC有源滤波器，从而大大提高了整个系统的稳定性和适用性。
3.内置的dv/dt输出滤波器，变频器输出侧在传输过程中的相间的电磁辐射和噪声等干扰信号，将被dv/dt输出滤波器过滤掉，满足EN61800-3等标准，减小了大功率变频器对周边控制信号和检测信号的干扰，变频器到电机的电缆长度最长允许达到300米，并可以确保整个控制系统的安全稳定。
4．SD700全系列变频器的线路板均采用了绝缘涂层，包括线路板上每一个元器件的管脚和焊盘都带有绝缘涂层，完全可以适应潮湿和导电粉尘等恶劣的环境要求。
5．采用了高效的散热片，即使在50C高温环境下重载满负荷地运行，也不会降低变频器的驱动能力。
6．起动转矩高达200%，过载能力150%，持续时间可达60秒。
7．输入电压波动范围可达-20%至+10%，欠压持续时间可达60秒，适应一定范围和一定时间内电源电压的波动。
四．SD700变频器选型，控制与接线
我们采用的变频器型号是SD7017052，其中变频器的额定输出电流是170A，额定电压380VAC，防护等级IP20，制动单元和制动电阻采用100kW,4欧姆，两台变频器均采用V/F控制方式独立运行，由于两台电机的转差率和机械轴承等因素的不同，分别设定两台变频器的频率输出值，即两台电机的实际转速略有不同，保证两台变频器所检测到的输出转矩值相近似，以确保熄焦车及其牵引电机车在轨道上往复运行时两台电机的出力相互均衡。
1）两台变频器的接线图都是如下所示：
2）两台变频器的主要参数设置如下：
速度参考值G3.1：多段速控制
控制方式G4.1.1：通过控制端子进行控制
低速的速度参考值G14.1分别是：20.3%和20.0%
中速的速度参考值G14.5分别是：50.5%和50.0%
高速的速度参考值G14.7分别是：96.6%和96.0%
电源输入欠压等级G11.4是：323V
欠压保护跳闸时间G11.5是：5秒
注：SD700变频器的速度参考值是以50Hz为基数的百分比来表示。
五．结束语
经过三个多月的连续运转，安装了SD700变频器的熄焦车及其电机车运行状态平稳，操作人员反映，比起原先的设备运行时要平稳的很多，面对同样的电源条件和机车设备，再也没有发生以前的报警停车和故障维修的现象，而且Powerelectronics公司的产品保质期是3年，加上完善的售前技术支持和培训工作，工作人员对SD700的产品质量和技术服务都非常满意，取得了该设备改造的预期目标，确保了全车间焦炭生产任务的完成。
焦化行业属于国家重点扶持的行业，高温炼焦是冶金等工业的重要组成成分，通过高温炼焦得到的焦炭可供高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料和原料，是我国最重要的能源之一。
山西阳光焦化集团是全国独立焦化行业的“旗舰企业”，是山西省焦化行业“十佳”、“五十强”，目前焦炭的年生产能力已经达到330万吨，焦炉环保配套设施齐全，总体技术装备水平和生产规模目前位居山西省焦化行业首位。
二．工艺和电气设备改造
所谓高温炼焦，就是煤在炭化室内隔绝空气加热，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭，然后用推焦车推出焦炭，经拦焦车导入熄焦车内，并由电机车牵引熄焦车到熄焦塔内进行喷水熄焦。经过熄焦后的焦炭卸至凉焦台上，冷却一定时间后送往筛焦工段贮存待运。其中焦炉平均每10分钟出一炉，熄焦车及其电机车往复运行在拦焦车和熄焦塔之间，设备起停频繁，在高温，高湿，高强度的露天环境下运行。因此，对设备中电气产品的质量和控制精度，特别是对耐高温高湿，耐粉尘侵蚀，以及适应电源电压波动的能力要求比较高。
此次电气设备改造就是对原有熄焦车的电气驱动部分进行的。其电机车上的驱动部分采用的是两台90KW的三相低压交流变频器，用来驱动轨道上电机车的前后轮子做往复运行，两台电机的额定电流是166A，额定功率75KW，额定转速是591rpm，要求在低，中，高三个速度值下稳定运行，制动时间要求短。
由于原来的变频器出现了故障，造成该熄焦车一直无法投入运行，使得目前车间的生产无法得到可靠的保障，分析造成原有变频器故障较为频繁的原因，主要是：
1）电源电压的波动，是造成变频器整流桥部分损坏的主要原因。由于变频器的三相交流电源是依靠电机车上的三相电刷与轨道旁边墙面上安装的三相电源导轨接触而提供的，在露天环境下长期使用后，电刷和电源导轨表面氧化后造成电源接触不良，加上电刷滑动过程中，熄焦车运行时的震动因素，因此在变频器的电源侧有时会出现较为严重的电压波动现象。
2）变频器内的线路板出现短路故障和元器件过热现象。由于空气中的炭粉进入变频器内部，使用一段时间后，在线路板和元器件上附着一层较厚的粉尘，严重时造成线路板的短路，也影响元器件的有效散热，由此造成了故障报警和停车现象。
因此，此次改造的目的就是采用质量更加可靠，系统配置更加齐全，售后服务和技术支持更加有效的新型变频器替换原来使用的传动产品，同时满足原系统的全部控制要求。
山西阳光焦化厂经过技术分析，比较了几家国外进口低压变频器的技术指标和产品配置，最终选择了从西班牙原装进口的Power-electronics公司的SD700系列变频器，作为此次电机车改造的驱动设备。
三．SD700系列变频器的性能介绍
从上面的拓扑结构图中可以看出，Power-electronics公司的SD700系列变频器采用了内置交流谐波电抗器，EMC输入滤波器和输出dv/dt滤波器作为产品的标准配置，其中：
1.内置的交流电抗器，置于整流桥的前端，实现以下两方面功能:一方面保护整流桥，不受电网电压瞬间波动的影响，抑制电源输入中的浪涌电流对变频器的冲击；另一方面,交流电抗器能够过滤掉电网中的谐波和增加阻抗，使电流正弦波平滑，并且提高功率因数，由于是内置的交流电抗器，因此可以确保变频器和整个电网系统的可靠和高效运行。
2.内置的??波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量，能大大降低高次谐波所造成的设备发热和能量损耗，同时减小设备对电网的扰动，总的谐波电压含有的THDv小于8%，完全符合工业应用及IEC61800-3和IEC61000-6-2抗电磁干扰标准应用场合要求。PE公司的SD700系列变频器全系列都内置了EMC有源滤波器，从而大大提高了整个系统的稳定性和适用性。
3.内置的dv/dt输出滤波器，变频器输出侧在传输过程中的相间的电磁辐射和噪声等干扰信号，将被dv/dt输出滤波器过滤掉，满足EN61800-3等标准，减小了大功率变频器对周边控制信号和检测信号的干扰，变频器到电机的电缆长度最长允许达到300米，并可以确保整个控制系统的安全稳定。
4．SD700全系列变频器的线路板均采用了绝缘涂层，包括线路板上每一个元器件的管脚和焊盘都带有绝缘涂层，完全可以适应潮湿和导电粉尘等恶劣的环境要求。
5．采用了高效的散热片，即使在50C高温环境下重载满负荷地运行，也不会降低变频器的驱动能力。
6．起动转矩高达200%，过载能力150%，持续时间可达60秒。
7．输入电压波动范围可达-20%至+10%，欠压持续时间可达60秒，适应一定范围和一定时间内电源电压的波动。
四．SD700变频器选型，控制与接线
我们采用的变频器型号是SD7017052，其中变频器的额定输出电流是170A，额定电压380VAC，防护等级IP20，制动单元和制动电阻采用100kW,4欧姆，两台变频器均采用V/F控制方式独立运行，由于两台电机的转差率和机械轴承等因素的不同，分别设定两台变频器的频率输出值，即两台电机的实际转速略有不同，保证两台变频器所检测到的输出转矩值相近似，以确保熄焦车及其牵引电机车在轨道上往复运行时两台电机的出力相互均衡。
1）两台变频器的接线图都是如下所示：
2）两台变频器的主要参数设置如下：
速度参考值G3.1：多段速控制
控制方式G4.1.1：通过控制端子进行控制
低速的速度参考值G14.1分别是：20.3%和20.0%
中速的速度参考值G14.5分别是：50.5%和50.0%
高速的速度参考值G14.7分别是：96.6%和96.0%
电源输入欠压等级G11.4是：323V
欠压保护跳闸时间G11.5是：5秒
注：SD700变频器的速度参考值是以50Hz为基数的百分比来表示。
五．结束语
经过三个多月的连续运转，安装了SD700变频器的熄焦车及其电机车运行状态平稳，操作人员反映，比起原先的设备运行时要平稳的很多，面对同样的电源条件和机车设备，再也没有发生以前的报警停车和故障维修的现象，而且Powerelectronics公司的产品保质期是3年，加上完善的售前技术支持和培训工作，工作人员对SD700的产品质量和技术服务都非常满意，取得了该设备改造的预期目标，确保了全车间焦炭生产任务的完成。
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