變電變頻中心資料BPBJV-1200/3.3型可移動式礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變電變頻器（以下簡稱變電變頻器）主要針對1200KW/3.3kV以下刮板運輸機(jī)設(shè)計，但同樣也適用于皮帶運輸機(jī)。在大功率重載運輸設(shè)備起動時，機(jī)械沖擊強(qiáng)，起動電流大及多機(jī)運行時功率平衡等問題都是這類設(shè)備在應(yīng)用中面臨的難題。刮板運輸機(jī)電機(jī)與供電電源距離遠(yuǎn)，供電設(shè)備設(shè)備布置地點空間有限，要求設(shè)備體積小、數(shù)量少、維護(hù)工作量少等實際工況。依據(jù)上述實際工況，張家口恒洋電器有限公司做到將高壓配電裝置、變電、變頻拖動一體化。變電變頻器10kV電源輸入，3.3kV變頻輸出。變頻器控制采用多電平功率單元串聯(lián)技術(shù)，輸出線高壓電平高達(dá)13電平，正弦度高，du/dt小，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離驅(qū)動電機(jī)（W500m），對電纜及電機(jī)絕緣沒有損害。整個變電變頻器系統(tǒng)采用水冷散熱方式，散熱高效可靠。此外，變電變頻器對輸入、輸出具有全面的故障報警保護(hù)及監(jiān)測功能。產(chǎn)品性能特點變電變頻器技術(shù)特點＞對外通訊總線協(xié)議形式：Modbus總線；＞升速降速功能:可設(shè)定升降速步長。此功能也可作為點動功能；＞頻率給定方式：本地顯示屏面板給定；本地門體按鈕給定；0--10VDC/4--20mADC模擬給定；遠(yuǎn)程給定；＞低頻重載起動：可實現(xiàn)重載啟動，低頻起動時轉(zhuǎn)矩能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的2倍；＞控制方式：具有無速度傳感器矢量控制（SVC）、高性能V/F控制兩種可選方式；＞功率平衡：在多電機(jī)驅(qū)動刮板運輸機(jī)時，采用主從控制方式實現(xiàn)功率（轉(zhuǎn)矩）平衡；＞電壓提升功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓過低（90%Vin以上）或負(fù)載過重時，PWM自動提升輸出電壓，仍能保證額定輸出電壓，以保證刮板機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出；＞冷卻方式：采用內(nèi)水去離子水水冷（內(nèi)外水隔離），通過板式換熱器換熱。變電變頻器技術(shù)優(yōu)勢＞直接10kV進(jìn)線輸入，無需再給負(fù)載外配高壓配電裝置和移動變電站，省去了防爆移動變壓器，設(shè)備少，占地少，使用方便，維護(hù)簡單；＞采用54脈波整流輸入，注入電網(wǎng)的諧波電流可忽略不計，其THD值完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，且功率因數(shù)大于0.95o＞拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用功率單元串聯(lián)方式，使輸出線電壓電平數(shù)高達(dá)13電平，正弦度高，du/dt小，輸出無要濾波器即可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離驅(qū)動電機(jī)（W500m），對電纜及電機(jī)絕緣基本沒有損害；＞采用先進(jìn)的板式換熱器換熱，內(nèi)部采用去離子水，內(nèi)外水隔離。板式換熱器具有換熱效率高、體積小、承壓高、內(nèi)外水隔離等優(yōu)點；＞結(jié)構(gòu)上采用快速插拔式單元，井下可操作性強(qiáng)。主要故障報警保護(hù)功能＞高壓配電裝置的保護(hù)：輸入缺相、漏電保護(hù)、輸入短路、輸入過電壓、欠電壓;可實現(xiàn)對外遠(yuǎn)程通訊功能和故障輸出干接點；＞功率單元部分保護(hù)：單元直流過電壓、欠電壓、單元過熱、IGBT短路、光纖斷等故障報警保護(hù)功能；＞變頻控制系統(tǒng)的保護(hù)：輸出過載、輸出過流、三相不平衡、漏電閉鎖、變壓器過熱、控制電源短路、內(nèi)部水冷系統(tǒng)異常等故障報警保護(hù)功能；＞水冷控制部分的保護(hù)：回水溫度過高、流量過低、供水壓力過高、供水壓力過低、電導(dǎo)率高等故障報警保護(hù)功能。軟啟動由于電機(jī)為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于(4-7)倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求。高壓大功率電動機(jī)變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速運行比較一、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的工作原理電動機(jī)采用變頻調(diào)速后，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載直接相連，但電動機(jī)不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過改變電動機(jī)的供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以實現(xiàn)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)無級調(diào)速，而且在全范圍內(nèi)具有優(yōu)異的效率和功率因素特性。采用變頻調(diào)速后，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p，其中f為變頻器輸出頻率，s為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率，p為電動機(jī)極對數(shù)。液力偶合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動機(jī)通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)參與能量傳遞的工作油多少來控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目地。因此液力偶合器也可以實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)。如采用液力偶合器調(diào)速，則電動機(jī)轉(zhuǎn)軸連接到液力偶合器，而負(fù)載連接到液力偶合器，電動機(jī)仍由電網(wǎng)供電，電動機(jī)仍全速運行。二、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的節(jié)能比較1、功率損耗的原因電動機(jī)本身功率損耗除外，無論是變頻調(diào)速還是液力偶合器調(diào)速，均存在額外的功率損耗，液力偶合器從電動機(jī)輸出軸取得機(jī)械能，通過液力變速后送入負(fù)載，其效率不可能為1;變頻器從電網(wǎng)取的電能，通過逆變后送入電動機(jī)電樞，其效率也不可能是1。而且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種方式的效率曲線也不一樣。圖“兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和變頻器（高高變頻器）的效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：額定轉(zhuǎn)速時效率0.95,75%轉(zhuǎn)速時效率約0.72,20%轉(zhuǎn)速時效率約0.19），而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高（例如：額定轉(zhuǎn)速時效率0.97，75%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.9）。從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力耦合器要好。當(dāng)然，有一點我們應(yīng)該看到，就是用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載時，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機(jī)電樞的電壓和頻率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不變外，電力電子器件的損耗基本上與輸出功率成正比，因此變頻調(diào)速可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高效率運行。而液力偶合器依靠泵和渦輪傳遞能量，在低速輸出時，泵和渦輪的效率均下降，因此綜合效率隨轉(zhuǎn)速下降而下降。2、理論計算節(jié)能比較從理論上進(jìn)行計算，舉例說明如下：1000KW風(fēng)機(jī)風(fēng)量從100%降低到70%,由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%,負(fù)載功率理論上降為34.3%，如果采用直接高高變頻調(diào)速，其效率按0.95算，再考慮電動機(jī)效率在低功率時有所下降、和管道系統(tǒng)效率有所下降，電網(wǎng)總輸入功率約：34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即447.1KW，節(jié)能55.29%，全年按300日計算，年節(jié)電398萬度。如果采用液力偶合器，其效率按0?665計算，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即638.7KW，節(jié)能36.13%，年節(jié)電260萬度。三、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的其他性能比較變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速除了節(jié)能方面的差別外，還在功率因素、起動性能、運行可靠性、運行維護(hù)、調(diào)節(jié)及控制特性、投資及回報等方面有較大差異。1、功率因素變頻調(diào)速可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高功率因素運行（例如20%以上轉(zhuǎn)速時功率因素大于0.95%），而液力偶合器低速運行時功率因素低于電動機(jī)額定功率因素，如果在70%以下轉(zhuǎn)速時，功率因素將低于0.7。采用液力偶合器如果需要提高功率因素，則需另加功率因素補(bǔ)償裝置。2、起動性能采用變頻調(diào)速時，如電動機(jī)保持額定轉(zhuǎn)矩起動，電網(wǎng)輸入起動電流小于電動機(jī)額定電流的10%，對于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，其起動電流更小。而且起動的全過程可控，起動點和爬坡時間可設(shè)置。而液力偶合器不能直接改善起動性能，起動電流達(dá)到額定電流的5-7倍，即使是繞線型轉(zhuǎn)子，采取轉(zhuǎn)子串電阻方法需改善起動性能，需增加起動裝置，但起動電流仍將是額定電流的2倍以上，是變頻起動的20倍以上。起動對電動機(jī)和電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)大，對電動機(jī)來說，造成轉(zhuǎn)子鼠籠斷條和定子繞組開焊，據(jù)統(tǒng)計，約15%的電動機(jī)故障由直接起動引起。對于電網(wǎng)來說，直接起動造成電網(wǎng)電壓短時下降，干擾其它設(shè)備運行。3、運行可靠性、運行維護(hù)液力偶合器機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，要長期可靠運行，系統(tǒng)維護(hù)工作量增大，如果出現(xiàn)故障，無法直接定速運行，必須停機(jī)檢修。高壓變頻裝置電子線路比較復(fù)雜，但目前技術(shù)已趨成熟，尤其是單元串聯(lián)多電平方式的高壓變頻裝置具有單元自動切換和冗余運行特性，在單元故障時可不停機(jī)連續(xù)運行，可靠性得以保證，而且檢修維護(hù)相當(dāng)容易，只需定期更換進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)即可。4、調(diào)節(jié)及控制特性液力偶合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此響應(yīng)慢，可能跟不上控制的需要，而變頻調(diào)速的頻率改變速度相當(dāng)快，完全可以以系統(tǒng)允許的最高速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。液力偶合器的速度調(diào)節(jié)精度較低，而變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，其穩(wěn)頻精度達(dá)到0.1%以上，因此可以實現(xiàn)精確控制。5、投資及回報目前，液力偶合器初期投資比變頻調(diào)速低，但變頻調(diào)速節(jié)能效果及其它方面均明顯優(yōu)于液力偶合器，從前面的例子可知，1000KW電動機(jī)，應(yīng)用變頻調(diào)速比應(yīng)用液力偶合器每年多節(jié)電138萬度，如果變頻調(diào)速需多投資60萬元，則1年多即可收回。以后的運行情況是：變頻調(diào)速比液力偶合器每年節(jié)省數(shù)十萬元的開支，因此總體投資回報效果更佳。前溜功率：1000KWX2后溜功率：1200KWX2轉(zhuǎn)載機(jī)功率：700KW總功率：5100KW兩種調(diào)速方式效率曲線“兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和變頻器的效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如額定轉(zhuǎn)速時效率0.95,75%轉(zhuǎn)速時效

率約0.72,20%轉(zhuǎn)速時效率約0.19），而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高（例如：額定轉(zhuǎn)速時效率0.97,75%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.9）。根據(jù)資料顯示，液力耦合器的輸出轉(zhuǎn)速比一般為98%，而變頻器的輸出轉(zhuǎn)速比為100%，因此，根據(jù)圖1可以得知，耦合器在輸出轉(zhuǎn)速比為0.98時，輸出效率為0.93，變頻器在輸出轉(zhuǎn)速比為1時，輸出效率為0.97，因此根據(jù)計算公式：)=P1門=d=電=翌P1T1