SH-HVF

系列高壓變頻器簡介SH-HVF

系列高壓變頻器簡介一、

變頻器簡介：SH-HVF

系列高壓變頻器是由湖北三環(huán)公司研制開發(fā)新一代高

壓變頻器，采用直接高高變換的方式，

多電平串聯(lián)倍壓的技術方案，

優(yōu)化的

PWM

控制算法，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓（

VVVF）的正弦電

壓和正弦電流的輸出，以下是我們典型的

1250KW

高壓變頻器現(xiàn)場

圖片。二、

結構簡介：SH-HVF

系列高壓變頻器柜由功率單元柜

（含控制柜）、隔離移相

變壓器柜、

工頻旁路柜（含變頻器進線柜、

變頻器出線柜）三部分組1、

功率單元柜：長

3200mm×深

1200mm×高

2300mm2、

隔離移相變壓器柜：長

2100mm×深

1200mm×高

2300mm3、

工頻旁路柜：長

1000mm×深

1200mm×高

2300mm4、

整個柜體總尺寸：長

6300

mm×深

1200mm×高

2300mm在運輸過程中，單元柜、隔離變壓器柜、工頻旁路柜可拆開運

輸。在安裝過程中。三、

控制原理簡介輸入隔離移相工頻變壓器將輸入的高壓工頻電變換成為多組彼

此間相互絕緣、

電位獨立的低壓工頻電輸出，

并分別送到各個變頻單

元中，

各變頻單元將輸入的各組低壓交流電分別經(jīng)整流濾波變換成直

流電，單元的電氣原理圖見下圖：成，典型的

SH-HVF-Y6000/700/50

各部分尺寸如下：各變頻單元在逆變側串聯(lián)成一相（一般

9

個單元），通過特定的時序算法構成三相可變頻變壓

（VVVF）

的交流輸出。

相電壓輸出波形

圖見下圖：典型的功率單元電氣原理圖5

單元輸出相電壓波型：四、

技術特點與功能簡介：1、

直接高-高變換；2、

輸入側功率因數(shù)高、整機效率高；8

單元輸出相電壓波型：7

單元輸出相電壓波型：多重化移相技術。輸入諧波極低；多電平串聯(lián)倍壓技術，輸出諧波極低；功率單元

IGBT

采用

AC380V

的電壓等級，相對于

AC690V

電

壓等級的功率單元，諧波更低，故障時對于整個設備的運行影

響??；高可靠性設計；控制信號經(jīng)光纖傳送，實時可靠；SH-HVF

高壓變頻器的工頻旁路柜采用真空接觸器，功率單元

熱備份，嚴重故障時自動旁路；工頻旁路既可以自動旁路，也

可以手動旁路；完善的保護性能；過流、

過壓、過載、過熱、輸出三相不平衡

等多種保護功能內(nèi)置；變頻器上電瞬間采用限流措施，減少沖擊電流，啟動電流可以

限定在

20A

以內(nèi)；可認為設定最低頻率，避免水泵在夜間電機工作在極低的頻率

進而可以避免電機因散熱不足、電機軸瓦潤滑度不夠而損壞；

當變頻器和電機之間的距離過長時（大于

1

公里），一般變頻器

輸出會因為電纜上的壓降而造成電機側欠壓，針對這種情況，

SH-HVF

變頻器設計有輸出補償功能；高度智能化設計；開放式的軟件和硬件設計方案，便于系統(tǒng)升

級；全漢化中文界面，彩色液晶顯示功能，方便操作；對工作

電流、電壓等參量進行實時檢測、長期存儲并可隨時查閱；靈活方便的接口配置；

數(shù)字量、

模擬量、

通訊接口完備、

靈活，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、與用戶現(xiàn)場的

DCS

系統(tǒng)、

各類現(xiàn)場總線完善配合，

并可選配遠程通訊控制單元，

實現(xiàn)異地遠程監(jiān)控；

標準通訊協(xié)議為

modbus

通訊。14、

柔性化設計，減小用戶現(xiàn)場的干擾和沖擊；軟起、軟停避免對電纜、用電設備及電網(wǎng)的沖擊；15、

操作簡單靈活，可現(xiàn)場操作，也可以接入

DCS

后在

DCS

控制系統(tǒng)中進行操作，我公司標準配置為本機操作和現(xiàn)場操作（需要

配現(xiàn)場操作箱）。具體操作方式需要使用方在技術協(xié)議中注明后

我司將做相應的設計。五、

用戶接口簡介我們?yōu)橛脩籼峁侯l曲線設置接口，

閉環(huán)控制接口、

用戶側高壓

開關控制接口，

用戶急停接口，

用戶頻率反饋接口，

用戶頻率給定接

口，用戶報警信號查詢接口，用戶

DCS

接口以及用戶需要的其它的

變頻器運行的參數(shù)、

實時數(shù)據(jù)、

歷史數(shù)據(jù)等接口，

這些接口包括電壓、

電流、數(shù)字通訊接口等多種形式。設備可方便接入用戶控制系統(tǒng)（

DCS

），通過遠程接口，用戶可

對變頻器進行遠程停止操作、

設置當前運行工況、

以及當前的運行頻

率等六、

控制方式該設備有三種控制方式a：以壓力、流量為控制對象的閉環(huán)控制：以輸入的

4～20mA

模擬量值為控制依據(jù)，實現(xiàn)自動控制b:

以轉速為控制對象的開環(huán)控制：用戶可根據(jù)工況條件自設定

轉速，變頻器以該轉速為控制值c:以頻率為控制對象的開環(huán)控制：用戶可設定希望設備運行頻

率，變頻器以該頻率為控制目標值以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）

設置，

滿足不

同的工況要求七、

基本保護簡介：1、

系統(tǒng)上電限流電阻保護：

系統(tǒng)上電時，

為保護設備因為電容充電時，

沖擊電流過大，

通過限流電阻保護設備；

在系統(tǒng)穩(wěn)

定后，自動切除限流電阻。2、

功率單元輸入熔斷保護，在功率單元的輸入端裝有熔斷器，防止單元過流。3、

功率單元驅動板過流、

過壓保護，

在驅動板上，

通過檢測功率單元電流電壓，保護

IGBT。4、

輸出電壓不平衡保護，

當輸出長時間電壓不平衡時，

跳閘保護電機。5、

輸出電流不平衡保護，

當輸出長時間電流不平衡時，

跳閘保護電機。6、

系統(tǒng)過流保護，系統(tǒng)過流時，跳閘保護電機7、

系統(tǒng)過載保護，系統(tǒng)過載時，跳閘保護電機八、

旁路簡介該設備具有完整的備用功能，最大程度保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行a、

SH-HVF

系列高壓變頻器可選配單元旁路組件，

一旦變頻單元出現(xiàn)故障，可自動將輸出清除并同時觸發(fā)旁路

單元將其旁路，使其不影響整個系統(tǒng)的正常工作，使

整個系統(tǒng)由原來的串聯(lián)可靠性結構變成為并聯(lián)可靠性

結構。b、

整機還可根據(jù)用戶要求選配旁路高壓開關柜，在整個系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時變頻系統(tǒng)將自動退出運行，并將

負載自動切入到工頻運行，

而不影響生產(chǎn)的正常工作。c、

當其中某單元故障時，

故障單元自動切換到備用單元，最大程度不影響設備運行典型的單元旁路控制示意圖典型的系統(tǒng)工頻旁路示意圖旁

路

接

觸

器變頻器A

B

C功能特點選型要求產(chǎn)品簡介功能特點●

高壓直接輸出、無需輸出升壓變壓器●

單元串聯(lián)多電平

PWM

技術，

I

G

B

T

功率器件●

正弦波輸入，無需輸入濾波器，諧波符合

IEEE519—1992

標準和

GB／T14549—93

國家標準●

輸入功率因數(shù)

0.95

以上，無需功率因數(shù)補償●

多電平輸出，無需濾波器，

對電機沒有任何特殊要求，適用普通電機，包括舊電機●

變頻器部分滿載效率達到

98.5%●

抗電源干擾能力強●

軟啟動保護，可零轉速啟動，防止電機啟動沖擊電流影響電機壽命?！耠姍C參數(shù)自動監(jiān)測，控制系統(tǒng)自動優(yōu)化●

新型功率單元旁路技術，故障單元自動旁路，故障單元旁路后，

6KV

輸出電壓等級變頻器輸出電壓可維持

94%

以上，

保

證系統(tǒng)無間斷進行●

內(nèi)置式

PLC

，采用

IEC1131

標準編程語言，所有模擬量，數(shù)字量

I/O

口可編程，可擴展●

工業(yè)標準通信接口，并支持遠程監(jiān)控功能●

彩色液晶操作顯示界面，可對變頻器進行參數(shù)設定，運行控制，變量實時顯示、記錄，故障診斷，一臺上位機可控制多臺變頻器●

功率質(zhì)量監(jiān)控功能：在線監(jiān)測變頻器輸入電壓、電流、輸入有功功率、無功功率，輸入功率因數(shù)，累計用電量，輸出電

壓、電流、功率、頻率、電機轉速等●

支持變頻運行和工頻運行在線同步切換●

變頻器的防護等級：

IP20

；噪音水平：

75dB●

變頻器設計使用壽命：

20

年400KW-5000KW/2300VAC

，10500VAC多重化的脈寬調(diào)制（PWM）額定輸入功率時為+10％，

-5％，脈寬調(diào)制正弦波，

0-10500VAC在

20

％—

100

％負載下均能達到

0.95無相序敏感所有因數(shù)下(±5％)0-100

％連續(xù)的（依應用而定）標準

110％一分鐘，0.1-3200

秒，可調(diào)節(jié)(依負載而定)0.1-3200

秒，可調(diào)節(jié)(依負載而定)5-50HZIP20攝氏-5-40

℃；若超過，則每升高

1

℃，變頻器降額

1%使用。

平均海拔

1000

米以下在

6.5

毫克立方升時小于

100

微米抗電性氯化物和硫化物少于每十億分之四選型要求功率范圍設計輸入輸出輸入功率因數(shù)

輸入電源

頻率精度

調(diào)速范圍

過載加速時間減速時間輸出頻率防護等級環(huán)境溫度海拔塵污染氣體污染一．

高壓變頻器的基本結構將

50HZ（60HZ）固定

6KV（10KV）電網(wǎng)頻率變換成

0-50HZ

可調(diào)頻率的功率變換設備稱為變頻器，

輸出

3KV/6KV

電壓的變頻器稱為高壓變頻器。

變頻器一般由三部分組成：

整流電路

AC-DC；中間直流環(huán)節(jié)，濾波和能量儲存；逆變器

DC-AC。各個功率單元由輸入隔離變壓器的二次隔離線圈分別供電，

額定電壓為

630V，每相

6個，因此相電壓為

3780V，所對應的線電壓為

6600V，給功率單元供電的二級線圈互相存在一個相位

差，實現(xiàn)輸入多重化，由此可消除各單元產(chǎn)生的諧波。二．

工作原理高壓變頻器是由多個單元串聯(lián)而成，

上圖顯示了如何由低壓單元疊加達到高壓輸出目的。-

1

-三．

專業(yè)的指標數(shù)據(jù)是衡量產(chǎn)品性能的唯一標準衡量高壓變頻器性能的主要指標有：輸入對電網(wǎng)的諧波污染；輸入的功率因數(shù)；

輸出波形

的質(zhì)量，

可靠性等。1．

輸入諧波高壓變頻器輸入整流環(huán)節(jié)都為非線形的，會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波，其輸入諧波的幅值與變頻器

整流環(huán)節(jié)的脈沖數(shù)密切相關。輸入諧波對電力系統(tǒng)的影響：如果變頻器輸入電流諧波較大，對電力系統(tǒng)會影響繼電器裝

置、測量儀器儀表、計算機系統(tǒng)及通信設備的正常工作。諧波會使掛在同一電網(wǎng)的電機、變壓

器和電容等用電設備損耗增大，

嚴重時會過熱或燒毀設備。輸入諧波的數(shù)值應該控制在標準之內(nèi)：

IEEE519-1992

國際標準；

GB/T14549-93

國家標準。圖：12

脈沖二極管整流電路及輸入電流波形圖：六脈沖二極管整流電路及輸入電流波形-

2

-圖：36

脈沖整流電路即可輸入基本完美的無諧波電流波形減少輸入諧波的有效措施是將輸入變壓器進行多重化設計形成多脈沖整流。通過對上面

6

脈沖二極管、

12

脈沖二極管、

12

脈沖晶閘管和

36

脈沖的輸入波形比較，

6

脈沖可以有效的抵

消

5次以下的諧波，

12脈沖整流可以有效的抵消

11

次以下的諧波，

36脈沖可以有效的抵消

35

次以下的諧波。在不加濾波器的情況下，完美無諧波變壓器的諧波含量控制在

2%之內(nèi)。2．

輸入功率因數(shù)變頻器輸入功率因數(shù)主要與變頻器中間直流環(huán)節(jié)（電壓源型或電流源型）有關。電壓源型直流環(huán)節(jié)為電容，電機需要的無功電流由電容提供，而不需要和電網(wǎng)交換，變頻器輸入功率因數(shù)高，

在整個速度范圍內(nèi)基本保持不變。電流型直流環(huán)節(jié)為大電感，電機需要

的無功電流還需要與電網(wǎng)交換，

功率因數(shù)

低，且隨著電機負載的降低而降低。從右圖的曲線可以看出：

完美無諧波

高壓變頻器的輸入功率因數(shù)大于

0.95。圖：12

脈沖晶閘管整流電路及輸入電流波形-

3

-圖：6KV

完美無諧波變頻器輸出的電壓和力矩從上面一系列輸出波形可以看出，

完美無諧波變頻器輸出波形與正弦波非常相似，而且

dv/dt

幅值小，不必設置濾波器就可以使用原有的普通舊國產(chǎn)異步電動機。4．

可靠性變頻器的可靠性由三個方面決定：

變頻器的結構；使用的功率器件；外部電源波動對變頻

器的影響。完美無諧波高壓變頻器的可靠性：?

主回路簡單明了，沒有附加的濾波器、輸出濾波器、功率因數(shù)補償器、緩沖電路、

升壓變壓器等附加電路。3．

輸出波形質(zhì)量頻器輸出波形質(zhì)量包括輸出諧波、

dv/dt、共模電壓轉矩脈動等指標。變頻器輸出諧波與變

頻器逆變器的結構密切相關。變頻器輸出諧波會引起電機附加發(fā)熱和轉矩脈動，噪音增加，輸

出

dv/dt

和共模電壓會影響電機的絕緣。由于應用變頻調(diào)速很大部分是屬于舊有設備的改造，原有的普通電機是設計成為電網(wǎng)直接

運行的，

而電網(wǎng)電壓波形基本為正弦波。如果變頻器輸出波形質(zhì)量不好的話，

會對電機產(chǎn)生影

響，原則上應改成變頻電機，價格比普通電機貴很多。圖：完美無諧波變頻器輸出的電壓/電流波形-

4

-5．

電源對完美無諧波變頻器

的影響?

可承受-30%的電壓下降?

可承受

5個周期的電力喪失?

電機還在旋轉的情況下可重新

起動?

采用廣泛使用、驅動簡單可靠的

IGBT

功率器件；

IGBT

開關速度快，

損耗小，

門極

驅動電路簡單，倒通壓降適當，

目前可以做到

3300V/1200A。?

有內(nèi)部功率單元旁路技術，在某一個功率單元出現(xiàn)故障時可以在

250ms

內(nèi)被旁路掉。-

5

-功率范圍2300VAC-13800VAC，400KW-3000KW設計多重化的脈寬調(diào)制輸入額定輸出功率時為+10%，-5%，降額輸出時可達+10%，-30%輸出脈寬調(diào)制正弦波，

0

-

7200VAC輸入功率因數(shù)在20

-

100%負載下均能達到0.95輸入電源無相序敏感頻率精度所有因數(shù)下（±0.5%）調(diào)速范圍0

-

100%連續(xù)的過載標準110%一分鐘，

150%

（可選擇）加速時間0.1

-

3200秒，可調(diào)節(jié)（依負載而定）減速時間0.1

-

3200秒，可調(diào)節(jié)（依負載而定）輸出頻率0

-

50/60HZ，用戶可選到

120HZ防護等級空冷為NEMA-1，水冷為NEMA-12環(huán)境溫度攝氏0

-

40度；更高溫度要求可以定做海拔1000米以下右圖是大功率水冷完美無諧波變頻器的示意圖大功率水冷完美無諧波變頻器的技術參數(shù)如下表。四．

技術參數(shù)-

6

-1

背景隨著計算機網(wǎng)絡技術的普及和發(fā)展，其應用發(fā)展趨勢是從桌面應用向網(wǎng)絡應用的轉移。人們從

網(wǎng)上獲得的不僅是信息，還包括程序、交互式應用。這種新的網(wǎng)絡應用環(huán)境帶來了新的運算模型：

應用程序可以由多廠家產(chǎn)品組合而成；跨平臺、跨設備的網(wǎng)絡應用模式；瀏覽器成為實現(xiàn)這種組合

并且能夠相互操作的框架與平臺；而其兼容性由網(wǎng)絡標準技術實現(xiàn)。在工業(yè)控制領域，

各種智能化設備的控制系統(tǒng)也逐漸從單道程序向多進程與多線程、從簡單的

控制軟件到復雜的操作系統(tǒng)發(fā)展，

其軟件編程模型也正在從面向結構、面向對象、到面向中間件的

發(fā)展。但其開發(fā)手段不少還是效率較低的“手工作坊”形式。為了縮短軟件開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的

穩(wěn)定性和可維護性，在改造和提升傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)的技術開發(fā)中亟需導入先進的軟件開發(fā)手段。北京科泰世紀科技有限公司推出的

“和欣”操作系統(tǒng)（英文名稱為

Zyco），是面向構件、以元

數(shù)據(jù)運算模型為基礎的下一代因特網(wǎng)操作系統(tǒng)[1]

，已被列入國家

863“十五”計劃中的基礎軟件平臺

研發(fā)重點項目。成都東方凱奇電氣有限責任公司是我國目前為數(shù)不多的集研究與制造無電網(wǎng)污染高

壓大功率變頻器的單位之一。上述兩家公司進行了“在工業(yè)控制領域導入軟件的工廠化生產(chǎn)技術”

課題的合作研究，研發(fā)了“基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)（簡寫為

HPTCS）”，本

文作者一直參與其結構設計與代碼編寫。文章在分析和欣的基本特征及其構件技術的基礎上，詳細

介紹了

HPTCS

的結構設計與功能應用。陳志成，何華燦（西北工業(yè)大學計算機科學與工程系，西安，

710072）陳

榕，劉藝平（北京科泰世紀科技有限公司，北京，

100084）摘

要：“和欣”是我國自主版權的基于中間件技術的下一代因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，目前已經(jīng)在工業(yè)控制、

醫(yī)療設備、

手持設備等行業(yè)得到應用。文章在分析“和欣”的基本特征及其構件技術的基礎上，設

計開發(fā)了

“基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)”。

應用表明：

該系統(tǒng)具有友好的人機界

面、較強的穩(wěn)定性與實時性、強大的故障警報與處理功能、良好的遠程調(diào)試與監(jiān)控機制。關鍵詞：

因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，和欣操作系統(tǒng)，構件技術，變頻器，遠程監(jiān)控中圖分類號：TP302.1

文獻標識碼：A1

本文受國家

863

“十五”計劃項目（

03-ZD01

）基金資助。作者：陳志成，男，

1973.

09

－，四川渠縣人，博士生，

主要研究方向：

嵌入式操作系統(tǒng)，

分形與混沌中的泛邏輯；

何華燦：

男，

1938.

01

－，湖北荊沙人，

教授，

博士生導

師，

主要研究方向：

人工智能基礎及其應用，

泛邏輯學與不確定性推理；

陳榕，

男，

1957.

06－，

北京人，

公司首席

科學家，主要研究方向：因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，

EzCOM

構件技術；劉藝平，男，

1954.

09

－，安徽安慶人，公司總工程

師，主要研究方向：因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡瀏覽器技術。

1

of

6

基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)1《計算機工程與應用》

2002

年第

20

期，

2002

年

10

月2

和欣系統(tǒng)及其基本特征2.1

和欣簡介及其構件技術“和欣”是下一代因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，如圖

1

所示?！俺ｑv內(nèi)核”和“系統(tǒng)服務”構成了底層的

靈活內(nèi)核執(zhí)行平臺，

實現(xiàn)了相當于傳統(tǒng)的

32

位實時操作系統(tǒng)的功能：

微內(nèi)核、

模塊化結構、

多進程、

多線程、多優(yōu)先級實時中斷處理；支持虛擬存儲管理、文件管理、網(wǎng)絡設備等。“和欣”創(chuàng)新性地實現(xiàn)了與微軟

COM[2,3]構件技術兼容的

“EzCOM

構件技術”，

提供了高效率的構

件/中間件運行環(huán)境[4]

。EzCOM

建立在和欣所提供的構件框架和后綁定等必要的運行支持環(huán)境之上，

為上層的應用程序提供標準接口。

“瀏覽器引擎”是構成瀏覽器或嵌入式瀏覽器的

COM

組件程序庫，

包括了支持開放的通信協(xié)議

SOAP、

XML、基本圖形界面庫，

排版顯示等?！皯贸绦蛞妗笨梢允?/p>

用戶的

COM

組件庫，或系統(tǒng)的其他組件庫?；?/p>

EzCOM

技術實現(xiàn)的和欣操作系統(tǒng)具有高度模塊化的2.2

和欣的基本特征概括來講，和欣操作系統(tǒng)的基本特征主要有以下幾點：<1>

在嵌入式操作系統(tǒng)中導入了先進的

EzCOM

構件技術，提供軟件工業(yè)化生產(chǎn)的手段，縮短應

用產(chǎn)品開發(fā)周期，操作系統(tǒng)基于構件技術，其通用部件的靈活組合可以適應于不同的系統(tǒng)配置；<2>

應用程序構件可以獨立升級、

動態(tài)加載，

硬件設備可以即插即用，

網(wǎng)絡資源可以自動獲取，

而這些功能均由操作系統(tǒng)自動支持，用戶無需重新配置；<3>

界面友好的的交叉開發(fā)環(huán)境和源代碼級遠程調(diào)試工具，應用程序與

Windows

二進制兼容，不需仿真環(huán)境；<4>

利用創(chuàng)新的

EzCOM

技術和先進的中間件技術來實現(xiàn)和欣的網(wǎng)絡應用，這代表了下一代面向

因特網(wǎng)應用的高性能操作系統(tǒng)的技術發(fā)展方向，并與

Java、C#等最新的構件技術兼容與互補。3

HPTCS

的結構設計與系統(tǒng)功能3.1

HPTCS

的結構設計如圖

2

所示，HPTCS

主要由兩個控制系統(tǒng)組成，

一個是直接控制變頻器機組運行的主控板系統(tǒng)；另一個是對整個系統(tǒng)進行管理和對參數(shù)進行操作的人機控制系統(tǒng)，而人機控制系統(tǒng)又分為現(xiàn)場控制

與顯示終端和遠程調(diào)試與監(jiān)控終端兩個部分。

工作人員既可以到現(xiàn)場觀測變頻器的運行狀態(tài)，也可

以坐在遠程辦公室里對其進行監(jiān)控?；诤托啦僮飨到y(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成系統(tǒng)結構，

支持

動態(tài)鏈接庫

DLL

和動態(tài)加載應

用程序，

便于剪

裁重組以適應

不同嵌入式實

時系統(tǒng)的需求，

可實現(xiàn)硬件設備的即插即用。瀏覽器引擎

應用程序引擎圖形

SOAP

XMLEzCOM

(跨平臺構件、中間件技術)常駐內(nèi)核

系統(tǒng)服務操作系統(tǒng)

應用開發(fā)環(huán)境

開發(fā)工具多

CPU

支持構件規(guī)范接口語言

CDL

構件開發(fā)環(huán)境

構件庫構件運行環(huán)境

2

of

6

Windows2000硬件抽象層圖

1和欣系統(tǒng)及其構件技術Zyco

和欣

操作系統(tǒng)Linux3.2

HPTCS

的主要技術特征基于和欣的

HPTCS

控制系統(tǒng)除了繼承和欣操作系統(tǒng)的技術特征之外，還有適合于高壓大功率變

頻器自身的特征，主要有以下幾點：<1>

構件編程、獨立升級整個

HPTCS

系統(tǒng)全部利用

EzCOM

構件搭建而成，由于和欣系統(tǒng)提供了相應的

EzCOM

構件庫，而

且在其圖形開發(fā)環(huán)境中提供了諸如微軟.net

中的

Button、

Label、

GroupBox、

Menu

等控件，

這大大

縮短了

HPTCS

的開發(fā)周期。系統(tǒng)運行時通過

EzCOM

中間件技術實現(xiàn)動態(tài)加載運行，因此所有的系統(tǒng)

構件、應用構件都可以獨立升級，無論所需的

DLL

庫文件在本地還是遠程，系統(tǒng)都可以自動檢測并

加載

。HPTCS

中主要的動態(tài)加載構件庫有

：操

作系統(tǒng)構件庫

ZycoSys.dll

，驅動程序構

件庫

ZycoDrv.dll，字體構件庫

ZycoFont.dll，

圖形構件庫

ZycoGdi.dll

，主控

板系統(tǒng)構

件庫

MainCtrl.dll，實時操作構件庫

RealTime.dll，遠程監(jiān)控構件庫

RemotSys.dll，故障警報構件庫

Trbalarm.dll，整個應用程序入口的執(zhí)行文件為

HPTCS.dll。

如果某個構件庫需要升級，則只需要

更換該構件庫文件，而應用程序和其它構件庫無需重寫，也無需重編譯。<2>

應用程序跨多平臺、二進制兼容HPTCS

應用程序在技術人員熟悉的

Windows

環(huán)境下開發(fā)與調(diào)試，其二進制代碼可以分別在Windows

系統(tǒng)，VB

環(huán)境，

HTML

瀏覽

器及

Zyco

和欣系統(tǒng)中運行，

實現(xiàn)了

跨多平臺的二進制兼容，這主要是

得益于

EzCOM

中間件技術。<3>

多線程實時控制與遠程調(diào)

試HPTCS系統(tǒng)的工作流程如圖3所

示。

在正常工作時除了主線程之外，

還有串口守護線程、

鍵盤守護線程、

鼠標守護線程、網(wǎng)絡守護線程，這

些線程負責接收、處理、分發(fā)相應

設備的事件請求，并與主線程進行

數(shù)據(jù)交換，

主線程負責人機界面部

分，包括系統(tǒng)的狀態(tài)顯示、參數(shù)設

置、實時監(jiān)控、以及系統(tǒng)信息提示

等。

其中，

HPTCS

系統(tǒng)可以進行遠程

調(diào)試與監(jiān)控，這是其最為先進的技

術特征之一。<4>

RS232/光纖通訊轉換電路

應用中的主控板系統(tǒng)與變頻器基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成遠程調(diào)試與

監(jiān)控終端高壓大功率

變頻器機組光纖總線現(xiàn)場控制與

顯示終端

3

of

6

初始化否成功?圖

3

HPTCS

的工作流程示意圖遠程調(diào)試與監(jiān)控終端變頻器主

控版系統(tǒng)圖

2

HPTCS

的組成結構示意圖初始化鍵盤，鼠標，

串并口，網(wǎng)絡配置鍵盤守護線程鼠標守護線程檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)，

必

要時復位或退出系統(tǒng)RS232與光纖轉換器參數(shù)處理現(xiàn)場操作遠程監(jiān)控TCP/IPModemZyco

系統(tǒng)啟動HPTCS

啟動上主線程：人機界面，實時

參數(shù)控制，系統(tǒng)信息提示與主控版通訊主控版系統(tǒng)網(wǎng)絡守護線程串口守護線程光纖總線至高壓大

功率變頻器機組否是電遠程、

手動/自動，

可以組合為四種控制方式，

通過面板上相應的按鈕進行切換。

對于常用的“停機”、

“復位”、

“幫助”等都可以直接操作控制面板，

也可以通過系統(tǒng)菜單進行操作。

此外，

由于和欣操

作系統(tǒng)的支持，還可以對各線程的優(yōu)先級進行管理，和欣系統(tǒng)支持

256

種優(yōu)先級。<4>

故障報警與處理HPTCS

系統(tǒng)在實時監(jiān)控的基礎上，提供了變頻器運行故障的報警與處理功能。當主控板系統(tǒng)監(jiān)

控到變頻器運行出現(xiàn)異常時，將在顯示終端出現(xiàn)故障信息，并可以發(fā)聲警報。HPTCS

將根據(jù)故障類

型分別進行相應處理，

對于某些故障而言，HPTCS

可以自動處理，并發(fā)給主控板系統(tǒng)相關命令，以

使變頻器調(diào)整至正常運行狀態(tài)；對于另外一些模糊故障或比較嚴重的故障，HPTCS

將自動檢測是否

連接有遠程監(jiān)控系統(tǒng)，如存在，則會通過網(wǎng)絡啟動遠程的

HPTCS

系統(tǒng)，

進行遠程故障警報，并要求

進行故障的調(diào)試。此外，所有故障的發(fā)生時間、故障設備、故障類型、處理方案等都記錄在一個故

障文件之中，以便工作人員查閱故障歷史記錄。<5>

遠程調(diào)試與監(jiān)控遠程調(diào)試與監(jiān)控功能的啟動來源于兩個方面：一方面就是前面講到的遠程故障報警與調(diào)試；另

一方面是：

在遠程的用戶或工作人員想查看變頻器當前的運行狀態(tài)，

那么他可以用因特網(wǎng)上的任何

一臺可用的電腦來訪問變頻器本地的監(jiān)控系統(tǒng)，首先下載一個遠程使用的

HPTCS

副本，安裝在遠程

4

of

6

機組之間的通訊介質(zhì)選用光纖。

為了應用熟悉的

PC

機對工控系統(tǒng)進行現(xiàn)場或遠程的調(diào)試與監(jiān)控，

設

計并自制了

RS232

串口與光纖通訊的轉換電路版。<5>

HPTCS

的通訊協(xié)議根據(jù)高壓大功率變頻器的運行特征，為了實時控制的需要，并且考慮與以前的MCS96

主控板系

統(tǒng)的兼容，

在主控板控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)之間的通訊采用了單字節(jié)傳輸?shù)膽鸱绞?，在現(xiàn)場控

制系統(tǒng)和遠程監(jiān)控終端之間采用

TCP/IP

和

Modem

協(xié)議。3.3

HPTCS

系統(tǒng)的功能模塊

<1>

友好的用戶界面?zhèn)鹘y(tǒng)的變頻器控制系統(tǒng)是采用

MCS96

作為主控板部分，MCS51

作為人機控制界面部分，沒有遠

程監(jiān)控功能，

其顯示屏分辨率只有

128*64

象素，

顯示的信息很有限，

對某參數(shù)值的顯示，

只能顯示簡單的數(shù)字。

基于和欣開發(fā)的

HPTCS

系統(tǒng)可以安裝在

PC

機上和

Flash

電子盤上，

可以選用普通顯示器和液晶顯示器，

而且可以設置所支持的各種分辨率。

因此，

HPTCS

系統(tǒng)不僅界面美觀，

操作方便，而且在顯示系統(tǒng)狀態(tài)和各參數(shù)值的基礎上，

還可以繪制各參數(shù)值隨時間的變化曲線。

圖

4

是

HPTCS系統(tǒng)的人機界面之一。<2>

狀態(tài)顯示與參數(shù)設置HPTCS

系統(tǒng)可以實時顯示變頻器的運行狀態(tài)，

如運行頻率、管網(wǎng)的實際壓力等。

HPTCS

中的參數(shù)分為

“系統(tǒng)參數(shù)”

和“用戶參數(shù)”兩大類，工作人員可以

隨時查看各個參數(shù)值。

但是，當要設置

新的參數(shù)值時，

系統(tǒng)要求提供系統(tǒng)密碼。

此外，工作人員在進行參數(shù)值設置時，

HPTCS

將自動進行參數(shù)范圍的檢查，合

法的參數(shù)才傳送給主控板系統(tǒng)，進而控

制變頻器機組的相關行為；對于超范圍

的參數(shù)值，HPTCS

會給出提示信息，

將不會生效。<3>

實時控制HPTCS

系統(tǒng)的實時控制有：就地/基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成圖

4

HPTCS

系統(tǒng)的人機界面之一4

HPTCS

的測試與應用在和欣操作系統(tǒng)基礎上開發(fā)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)

HPTCS

的測試版于

2001

年

4

月完成，

在經(jīng)過嚴格的現(xiàn)場測試和遠程模擬測試后進行了試用。試用效果表明：HPTCS

系統(tǒng)具有友好的人機

界面，完整的幫助文檔，較強的穩(wěn)定性與實時性，其強大的故障處理功能和遠程調(diào)試與監(jiān)控功能得

到同行業(yè)人員的好評。最近由于和欣操作系統(tǒng)自身的升級和

HPTCS

系統(tǒng)添加新的功能，我們開發(fā)了

HPTCS

正式版，并于

2002

年

5

月正式投入實際應用。5

總結與展望本文分析了我國自主版權的基于中間件技術的下一代因特網(wǎng)操作系統(tǒng)――

“和欣”的基本特征,

闡述了創(chuàng)新的

EzCOM

構件技術。與傳統(tǒng)的編程模型相比較，基于和欣操作系統(tǒng)開發(fā)應用程序的最大

特征是：構件編程、周期短、構件獨立升級、

應用程序二進制跨多平臺兼容、多線程與多進程實時

控制、自動加載本地/遠程構件。設計開發(fā)了基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)

HPTCS，

給出了

HPTCS

的結構設計

與工作流程，分析了

HPTCS

的主要技術特征，詳細介紹了

HPTCS

的功能模塊及其應用。應用表明：

HPTCS

具有友好的人機界面，較強的穩(wěn)定性與實時性，強大的故障警報與處理功能，良好的遠程調(diào)

試與監(jiān)控機制?；谝蛱鼐W(wǎng)技術的應用發(fā)展趨勢是桌面應用向網(wǎng)絡應用的轉移，隨著中間件技術的日趨完善，

人們逐步認識到它的巨大潛力。

“和欣”是新興的基于中間件技術的下一代因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，

它為軟件的“工廠化生產(chǎn)”及

“網(wǎng)絡化應用”提供了一種新的平臺，HPTCS

是其在工業(yè)控制領域的應用案

例之一，而關于“和欣”自身的更多技術將隨其應用而逐漸公開。為適應新時代的要求，操作系統(tǒng)

的概念及其應用方式正在經(jīng)歷著重大的變化，

這些變化將給計算機軟件業(yè)帶來前所未有的發(fā)展空間。參考文獻[1]

陳榕，因特網(wǎng)時代操作系統(tǒng)的演變（一），計算機世界，

No.42

，2001

，10

，B17~18。[2]

[美]Dale

Rogerson(著)，楊秀章，江英(譯)

，COM

技術內(nèi)幕，北京，清華大學出版社，

1999.3，P1~240。[3]

[美]Don

Box

（著），潘愛民（譯），COM

本質(zhì)論，北京：中國電力出版社，

2001

，P1~184。[4]

Chen

Rong

，The

application

of

middleware

technology

in

embedded

OS

，Workshop

on

Embedded

System，In

conjunction

with

the

ICYCS

(6th)

2001.10

，Hangzhou

，P.R.China。機上，然后運行

HPTCS

系統(tǒng)，根據(jù)菜單和提示操作即可實現(xiàn)對變頻器運行狀態(tài)的查詢與監(jiān)控。<6>

文件系統(tǒng)管理在傳統(tǒng)的基于單片機的變頻器控制系統(tǒng)中，參數(shù)值只能在屏幕上一個一個地查看，需要記錄時

必須手動抄下來。在

HPTCS

系統(tǒng)中，

專門建立了一些文件，主要有參數(shù)記錄文件、故障記錄文件、

操作記錄文件、參數(shù)范圍文件、HPTCS

系統(tǒng)的功能介紹和使用說明的幫助文件。這些文件都存儲在

本地的磁盤中，

在

HPTCS

運行期間可以通過菜單調(diào)出各相關文件。

此外，

這些文件都可以通過串口、

并口、USB

口、磁盤或網(wǎng)絡進行輸入或輸出操作，便于工作人員對整個高壓大功率變頻器機組運行

狀況的分析和監(jiān)控。基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成

5

of

6

附

錄：作者簡介作者簡介：陳志成：

1973

年

09

月生，男，籍貫：四川渠縣。西北工業(yè)大學計算機系“計算機軟件與理論”專業(yè)博士生，主要研究方向有：嵌入式操作系統(tǒng)，分形與混沌中的泛邏輯。發(fā)表論文數(shù)篇。何華燦：

1938

年

01

月生，男，籍貫：湖北荊沙。西北工業(yè)大學教授，博士生導師；中國人工智能協(xié)會副理事長。主要研究方向：人工智能基礎及其應用，

泛邏輯學與不確定性推理。出版

專著

《人工智能原理》

及《泛邏輯學原理》。在核心刊物上發(fā)表論文數(shù)十篇，

創(chuàng)立泛邏輯學。陳

榕：

1957

年

06

月生，男，美籍華人，

（籍貫：

中國北京）。清華大學計算機軟件專業(yè)本科，

1984年公費出國，

1987

年獲美國伊利諾大學碩士學位，

并攻讀博士課程。

自

1984

年至

1992

在

伊利諾大學計算中心工作，

1992

年－2000

年在微軟公司工作，

任微軟高級工程師，

曾負責微軟公司

OLE、DCOM

與

COM+等項目研發(fā)，

現(xiàn)任北京科泰世紀科技有限公司首席科學家。主要研究方向有：因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，

EzCOM

構件技術，面向對象程序設計。劉藝平：

1954

年

09

月生，男，美籍華人，

（籍貫：

中國安徽）

。清華大學計算機軟件專業(yè)本科、

碩士。

1982

－1989

年在清華大學計算中心工作，

1989

年赴德進修，

1991

年轉赴美國，曾在

Tandem、Netframe、Netscape

公司工作，任網(wǎng)景公司高級工程師。

曾負責

Netscape2.0

到

4.0以及

5.0Java

版的核心開發(fā)等項目，

2000

年回國出任北京科泰世紀科技有限公司總工程師。

主要研究方向有：因特網(wǎng)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡瀏覽器技術，工業(yè)控制計算機。The

high-pressure

and

powerful

transducer

control

systemChen

Zhicheng

，He

Huacan(Department

of

Computer

Science

and

Engineering,

Northwestern

PolytechnicalUniversity)(710072

Xi’an

of

China)Chen

Rong

，Liu

Yiping(Coretac

Century.

Inc.

，Beijing.

100029

，Beijing

of

China)Abstract：

Zyco

is

an

Internet

operating

system

offuture

generation,

which

is

based

on

middleware

technology,

and

has

the

independent

copyright

of

our

country.

Now

it

has

already

received

good

applications

in

the

trades,

such

as

industrial

control，livingbeings

medical

treatment,

handheld

device，etc.

This

paper

analyses

the

essential

feature

of

Zyco

and

the

EzCOM

technology,

and

design

and

realizing

of

high-pressure

andpowerful

control

system

HPTCS.

The

application

shows:

The

HPTCS

system

has

friendly

man-machine

interface,

strong

stability

and

the

real-time

quality,

good

function

for

alarming

and

dealing

with

troubles,

goodmechanism

forremote

debugging

and

controlling.Keywords：

Internet

OS，Zyco

OS，EzCOM，Transducer，Remote

control。Category

no：TP302.1

Identification

code：A基于和欣操作系統(tǒng)的高壓大功率變頻器控制系統(tǒng)-陳志成

6

of

6

based

on

Zyco

operating

systemIGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用提供成都佳靈電氣制造有限公司

應用領域

冶金摘要

結合煉鐵廠高爐沖渣泵的實際工況

介紹

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在廣東韶鋼煉

鐵廠高爐沖渣泵上的應用

分析了節(jié)能原理及節(jié)能效益

以及

IGBT

直接高壓變頻器的先

進性

關鍵詞高壓大功率變頻器IGBT

直接串聯(lián)

沖渣泵

節(jié)能The

Applying

of

IGBT

in

direct

series

High

Voltage

Inverter

in

rushpump

ofpuddlingDai

Yuenian

Sunyong(SGIS

Songshan

Co.,Ltd

Shaoguan

Guangdong

512123)Abstract:

Conformedwith

the

operatingmode,

the

paper

introduces

the

IGBTin

direct

series

high

voltage

inverter

and

its

applying

in

rushpump

ofpuddling

factory

in

SGIS

Songshan

Co.,Ltd,

energy-saving

principle

andenergy-saving

is

also

analysed

.

The

excellent

technology

of

Jialing

highvoltage

inverter

is

shown.Keywords:

High

Voltage

Inverter

High

Power,

IGBT

in

direct

series,

RushPump,

energy-savingZGB-300

型沖渣泵

機組有關數(shù)據(jù)如下

原系統(tǒng)運行時

起動前管道進出水閥門關閉

起動后閥門開度約

90%

機組全速運行

電網(wǎng)電壓

6300V

電機運行電流

33A

功率因數(shù)

81.6%

耗電功率

294kW

不需沖渣水時通過調(diào)節(jié)閥門在

來調(diào)節(jié)水流量

此時電機電流耗電功率方面導致1

引言廣東省韶關鋼鐵集團有限公司

以下簡稱韶鋼

位于韶關市南郊

占地面積

8.32

平方

千米

韶鋼是中國

500

家最大工業(yè)企業(yè)和國家

512

家重點企業(yè)之一

世界

100

家大型鋼鐵企

業(yè)排行第

95

位

具有年產(chǎn)鋼

160

萬噸以上能力

煉鐵廠是韶鋼的一個主體生產(chǎn)廠

負責公

司所需鐵水和鐵塊冶煉

煉鐵廠現(xiàn)有

6

座高爐

總爐容

2405m3

年產(chǎn)生鐵

230

萬噸

高爐

冶煉鐵水過程中產(chǎn)生大量的熔渣

通常是用大流量的中壓水將其降溫并沖散同時輸送到水

渣池回收

作為煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品

高爐生產(chǎn)是不間斷的

一般情況下每天出鐵

15

次

在

高爐出鐵前

后各放一次渣

兩次出渣時間約

30

分鐘

在此時間內(nèi)要求水沖渣系統(tǒng)的水泵

滿負荷工作

其余時間水泵只需保持約

30%水流量防止管道堵塞即可

我廠

4#-高爐使用佳靈高壓變頻器的應用韶鋼松山股份有限公司項目名稱

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用戴躍年

孫勇(廣東韶鋼松山股份有限公司煉鐵廠

廣東韶關

512123)時通過調(diào)節(jié)閥門在

30%來調(diào)節(jié)水流量

此時電機電流

25A

耗電功率

214kW

一方面導致

大量的節(jié)能損失

另一方面頻繁操作閥門

致使其使用壽命大大降低

增加了停產(chǎn)更換閥門

的時間

為此我廠決定對

4#高爐沖渣泵進行改造

2

系統(tǒng)方案選擇

在選擇調(diào)速方案時

我們曾從節(jié)省投資出發(fā)考慮過使用調(diào)速型液力偶合器

但由于需

將原機組的混凝土基礎全部打掉重新?lián)v制

工作量大施工周期長將影響正常生產(chǎn)

為此

決定采用高壓變頻調(diào)速器

面對當今國內(nèi)外的眾多高壓變頻產(chǎn)品

2001

年初

我們組織專業(yè)人員對國內(nèi)外高電壓

大功率的變頻器這一新技術進行了全面慎重的考察論證

最后決定采用國產(chǎn)高電壓大功率

變頻調(diào)速裝置

原因如下

1

目前國產(chǎn)高壓大功率變頻器已具備和國外產(chǎn)品相抗衡的技術水平

2

更符合中國國情如

變頻器性能更適合國內(nèi)電網(wǎng)狀況

全中文操作界面等

3

產(chǎn)品備件采購方便

4

售后服務及時

周到

6

性價比高于國外同類產(chǎn)品

通過招標形式

我公司選用了國內(nèi)實力雄厚的成都佳靈電氣制造有限公司生產(chǎn)的

JCS-6kV/400kW

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器

3

佳靈

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器原理及特點

目前

低壓變頻調(diào)速技術已比較成熟但在高壓變頻調(diào)速技術方面

由于變頻器的核心

功率器件耐壓有限

所以高壓變頻器并不象低壓變頻器一樣具有簡單統(tǒng)一的拓撲結構

從而

產(chǎn)生了當今各種各樣的結構

佳靈高壓變頻器由于解決了

IGBT

直接串聯(lián)這一世界性難題

使其具有和低壓變頻器一

樣簡單的結構

該產(chǎn)品成功融入

IGBT

直接串聯(lián)技術正弦波技術

抗共模電壓技術和直接

速度控制

DSC

技術使得產(chǎn)品具有與其它形式

單元串聯(lián)多重化中心點箝位三電平等

產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)越性

該產(chǎn)品已被列為

國家重點技術創(chuàng)新項目

圖

1IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器原理圖

圖

1

可以看出該系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進入變頻器經(jīng)過高壓二極管全橋

整流

直流平波電抗器和電容濾波

再經(jīng)逆變器逆變

加上正弦波濾波器

簡單易行地實現(xiàn)

高壓變頻輸出

直接供給高壓電動機

其優(yōu)點在于

1

整個系統(tǒng)沒有輸入輸出變壓器體積小重量輕僅為其他品牌體積的

1/2

減少了基建投佳靈高壓變頻器的應用韶鋼松山股份有限公司項目名稱

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用資

解決了我廠基建空間不足的實際情況2

由于該變頻器結構簡單

無變壓器

所以故障點大大減少

整個系統(tǒng)效率高

額定負載

效率

98%

以上3

采用正弦波技術

大大提高輸出波形質(zhì)量

輸出電壓諧波含量小于

3%

特有的共模技

術使整個系統(tǒng)的共模電壓及輸出

du/dt

值完全符合

MGI

的標準

消除了電機振動現(xiàn)象減小

了軸承和葉片的機械應力

不需更換我廠原有的舊電機

無需降容使用

4

采用用直接速度控制技術

DSC

響應速度高于其它同類產(chǎn)品轉矩脈動小

低速仍能

保持平滑靜音運行

5

可實現(xiàn)工頻旁路

檢修方便

而且具有完善的系統(tǒng)保護功能4

改造方案由電機轉速公式可知

n=60f

(1-s)

/p其中s

轉差率n

轉子實際轉數(shù)

r/minf電流頻率p

電機的極對數(shù)可見

只要改變電機的頻率

f

就可以實現(xiàn)電機的轉速調(diào)節(jié)高電壓大功率變頻器通過

控制

IGBT

絕緣柵雙極型電力場效應管

的導通和關斷

使輸出頻率連續(xù)可調(diào)

而且是隨

著頻率的變化

輸出電流

電壓功率都將發(fā)生變化即負荷大時轉速大

輸出功率大負

荷小時轉速小

輸出功率也小

由流體力學可知Q

=Q(n/n)H

=H(n/n)2P

=P(n

/n)3當泵機低于額定轉速時節(jié)電為

E=

1-(n

/n)3

P

T(kWh)式中

n

額定轉速n

實際轉速P

額定轉速時電機功率T工作時間可見

通過變頻改造

沖渣泵流量

Q

壓力

H

及軸功率

P

都將發(fā)生較大的改變

不但

節(jié)能而且大大提高了設備運行性能

以上公式為我廠提供了充分理論依據(jù)

我廠根據(jù)沖渣泵的實際特性對其進行了具體改

造

沖渣泵在沖渣時工作在

49.5Hz

在不沖渣時工作在

25Hz

考慮到工藝對調(diào)速精度要求

不是很高

本系統(tǒng)只采用開環(huán)控制并在高爐值班室操作

需沖渣時給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個

1

的信號

電機高速運行不需沖渣時將此信號取消

電機低速運行取得了很好的節(jié)能效果

5

改造后的系統(tǒng)實際運行狀況變頻器到廠后

我廠技術人員同成都佳靈電氣制造有限公司派出的技術人員一道

經(jīng)過

幾天的安裝

一次性調(diào)試成功于

2001

年

11

月

28

日開始正式運行現(xiàn)已累計運行

18

個月

經(jīng)過反復多種測試各運行參數(shù)一直正常

變頻器質(zhì)量性能良好

安全可靠各項指標均達到

了設計要求

佳靈高壓變頻器的應用韶鋼松山股份有限公司項目名稱

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用1

諧波抑制效果良好

電壓諧波含量小于

3%

符合

IEEE519-1992

和

GB/T14549-93

標準

2

各種保護功能完善過流

過壓

欠壓

故障保護等功能可靠

并且考慮了外部電網(wǎng)的

防雷擊等多環(huán)節(jié)保護功能

3

各種指示功能完備

具有輸入

輸出電流和電壓

運行頻率

故障顯示

運行狀態(tài)指示

等功能

4

操作簡便

同普通的低壓變頻器的功能操作方式相似

功能設置和調(diào)整簡單方便6

節(jié)能量的驗證及測試方法1

測量無變頻調(diào)速時另一臺機組在工頻電壓下運行的電壓

電流

功率因數(shù)2

測量有變頻調(diào)速時機組在

49.5Hz

頻率電壓下運行變頻器輸入端的電壓

電流功率因數(shù)

3

測量有變頻調(diào)速時機組在

25Hz

頻率電壓下運行變頻器輸入端的電壓

電流功率因數(shù)

4

測量儀表型號為

電壓互感器

JDZJ-6

電壓表

16L1-V

電流互感器LZZB-10

50/5

電流表

16L1-A

功率因數(shù)鉗型表

HIOI-3266

5

通過上述測量參數(shù)根據(jù)

P=計算得出

P50=294kW

P49.5=214kW

P25=82kW7

改造效益1

節(jié)能經(jīng)濟效益機組

49.5Hz

運行和無變頻器運行相比可節(jié)省功率P1=P50-P49.5=80kW

機組

25Hz

運行和無變頻器運行相比可節(jié)省功率P2=214kW-P25=132kW年節(jié)電量

W=

H1

P1+H2P2

=365

7.5

80+13216.5

=1013970kW.h

注

每年按

365

天計,H1

沖渣時間=15

30/60=7.5

小時

H2

不沖渣時間=24-7.5=16.5

小時

經(jīng)濟效益

W

電價=1013970

0.56=567823(元)

注

韶鋼廠工業(yè)電價

0.56

元/kW.h

2

節(jié)約維修費用

因沖渣水含有大量的爐渣

原系統(tǒng)管道和閥門在含渣水的高速沖刷下很短時間內(nèi)管壁

就會變薄

閥門密封損壞須重新更換一般情況下每年需維修費用約

15

萬元經(jīng)變頻調(diào)速

改造后

有一半時間內(nèi)管道的水流速度降低

磨擦減少

管道和閥門的使用壽命大大延長

每年可降低維修費用約

1/3

即

5

萬元

3

實現(xiàn)電機軟起動功能

延長了電機壽命

大大減少了沖渣泵故障發(fā)生率

4

提高了自動化水平

節(jié)約了大量工業(yè)用水

由上述可知

綜合經(jīng)濟效益每年可達

60

多萬元

一年即可全部收回成本8

結論通過對沖渣泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速的技術改造

我廠使用了成都佳靈電氣制造有限公司制造

的

IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器

經(jīng)過較長時間的運行檢驗

證明該產(chǎn)品性能可靠功能齊全

技術先進

說明國內(nèi)自主開發(fā)的高壓變頻器在技術上已經(jīng)處于世界先進水平

由于

IGBT

直

接串聯(lián)高壓變頻器無輸入輸出變壓器

體積小

性價比高綜合性能好等方面均超過了國內(nèi)

外其它產(chǎn)品

是新一代高性能高壓變頻產(chǎn)品的代表為高壓變頻調(diào)速技術在我廠內(nèi)其它工序

的技術改造提供了一條可行的途徑

在高壓變頻改造領域具有極大的推廣價值

參考文獻1

吳加林.IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器

北京:

電工技術雜志,2003

2佳靈高壓變頻器的應用韶鋼松山股份有限公司項目名稱

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用2

吳忠智

吳加林.

變頻器應用手冊第

2

版.北京:機械工業(yè)出版社,

2002作者簡介戴躍年

男

1958

年生

1989

年畢業(yè)于韶關鋼鐵廠職工大學電氣自動化專業(yè)

電氣工程師

現(xiàn)從事經(jīng)濟管理工作孫勇

男

1963

年生

電氣助理工程師

現(xiàn)從佳靈高壓變頻器的應用韶鋼松山股份有限公司項目名稱

IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器在煉鐵廠沖渣泵上的應用高壓變頻器一般要求輸出電壓為

3.3kV

、6kV

、10kV

，而現(xiàn)在生產(chǎn)的開關功

率元件，開關頻率高、損耗小的新型元件，一般都是用

IGBT

、IGCT

。以

IGBT

為例，元件最高耐壓

3.3kV

，按變頻器設計要求，對元件選擇要達到

2

2

U

，即

要求

3

倍額定電壓，

10kV

的變頻器就要耐壓為

30kV

的功率元件，

而現(xiàn)在的

IGBT

最高耐壓只有

3.3kV

，因此必須串聯(lián)。元器件串聯(lián)有個靜動態(tài)均壓的問題，保證

每個元件同時承受一定耐壓，但開關元件動作很快，動作速率可達

20kHz

，在這

樣高的速率下保證

10

個串聯(lián)元件同時開通或關斷是不可能的，所以變頻器研究人

員認為直接串聯(lián)這條路行不通，才出現(xiàn)了用低壓

IGBT

變頻器單元串聯(lián)多重化方

案。成都佳靈電氣制造有限公司根據(jù)

10

多年變頻器生產(chǎn)開發(fā)的經(jīng)驗，于

1999

年

研究出直接串聯(lián)

IGBT

高壓變頻器，并申請了專利。一

直接串聯(lián)

IGBT

高壓變頻器直接串聯(lián)

IGBT

高壓變頻器主電路如圖

1

所示，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓

斷路器進入變頻器，經(jīng)過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再

通過逆變器進行逆變，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現(xiàn)高壓變頻輸出，直接

供給高壓電動機。IGBT

直接串聯(lián)的二電平電壓型高壓變頻器是采用變頻器已有成熟技術，應

用獨特而簡單的控制技術成功設計出的一種無變壓器、

IGBT

直接串聯(lián)逆變、輸

出效率達

98%

的高壓調(diào)速系統(tǒng)。對于需要快速制動的場合，采用直流放電制動裝置，如圖

2

所示。吳忠智先生，電子工業(yè)部第十一設計研究院自動化室主任；吳加林先生，成都佳

靈電氣制造有限公司總裁。直接串聯(lián)

IGBT

高壓變頻器及與其他拓撲電路的比較關鍵詞：

直接串聯(lián)元件

多電平

功率單元多重化吳忠智

吳加林如需要四象限運行與能量回饋的場合，或輸入電源側短路容量較小時，也可

采用圖

3

的

PWM

整流電路，使輸入電流真正實現(xiàn)完美正弦波。IGBT

直接串聯(lián)高壓變頻器

25Hz

，30Hz

，40Hz

，50Hz

電壓、電流輸出波形

及諧波如圖

4

所示。二

直接串聯(lián)逆變元件與其他拓撲結構的比較高壓變頻器與低壓變頻器相比，不僅電壓高，而且功率大。由于電壓高，器

件耐壓是主要矛盾，

但還有因電壓、功率大，

所帶來的諧波干擾已成了重要問題，

且高壓變頻器往往用于重要場合，對其可靠性就必然有更高要求。下面從變頻器

自身將直接串聯(lián)與其他拓撲電路形式進行一些初步比較。1.

直接串聯(lián)與交—交變頻器的比較過