夏侯斐

（中電投江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司，江西 南昌 330117）

0 引言

交流電機(jī)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，因而其控制相當(dāng)復(fù)雜[1]。在工業(yè)應(yīng)用中，高壓電機(jī)出現(xiàn)異常振動導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)與設(shè)備損壞的事故頻發(fā)。傳統(tǒng)的變壓變頻調(diào)速變頻器不對輸出的電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，易造成電機(jī)異常振動；而矢量控制又稱為磁場定向控制，它通過對電機(jī)參數(shù)的設(shè)置建立電機(jī)模型，在運(yùn)行中通過對電壓、電流的控制使電機(jī)對負(fù)載的響應(yīng)達(dá)到最佳。在矢量控制時變頻器會根據(jù)電機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩提供合適的輸出，這使得在負(fù)載波動時電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)[2]。在我廠實(shí)際應(yīng)用中，增壓風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻器后振動異常，在使用矢量控制方式后得到了很好的減震效果。

1 背景與概述

中電投江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司一期工程為2×660 MW機(jī)組，鍋爐制造廠為東方鍋爐，單臺鍋爐配2臺靜葉可調(diào)式軸流增壓風(fēng)機(jī)，電機(jī)選用上海電機(jī)廠YKK900-14 型，額定容量2 100 KW，額定電流273 A。因增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計選型容量裕度較大，于2013年進(jìn)行了增壓風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻器改造，增壓風(fēng)機(jī)由工頻運(yùn)行改為變頻控制運(yùn)行。在變頻器調(diào)試過程中，空載帶電機(jī)運(yùn)行正常，帶風(fēng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時在20～40 Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)異常振動。

2 振動原因分析及措施

2.1 振動因素分析

變頻器采用變頻變壓調(diào)速方式（VVVF 控制方式）進(jìn)行試運(yùn)，電機(jī)振動測試結(jié)果典型代表數(shù)據(jù)分別為：在振動范圍20～42 Hz，最大振動位移10 絲；在振動范圍25～35 Hz，最大振動位移8 絲，振動大主要分布在25～35 Hz，最大振點(diǎn)在30 Hz附近，并且30 Hz時電機(jī)振動大但風(fēng)機(jī)振動不大，分析振動原因是機(jī)械共振。

2.2 措施分析

振動原因?yàn)闄C(jī)械共振，可采取以下處理處理：1）加固電機(jī)基礎(chǔ)；2）加強(qiáng)風(fēng)道強(qiáng)度；3）調(diào)試矢量控制并屏蔽振動頻率段。在上述方案中調(diào)試矢量控制最易實(shí)施，實(shí)施成本也最低，所以首先對此方案進(jìn)行了試驗(yàn)。

3 矢量控制方式前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過矢量控制的調(diào)試后，分別對A、B 增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了帶風(fēng)機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)分4個步驟：1）變頻器矢量控制拖動A增壓風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。（表1）2）變頻器矢量控制拖動B增壓風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。（表2）3）變頻器矢量控制拖動A、B增壓風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行。（表3、4）4）變頻器VVVF控制拖動A、B增壓風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行。（表5）

試驗(yàn)數(shù)據(jù)節(jié)選如下：

表1 單增壓風(fēng)機(jī)A矢量控制下振動情況

表2 單增壓風(fēng)機(jī)B矢量控制下振動情況

表3 雙增壓風(fēng)機(jī)A矢量控制下振動情況

表4 雙增壓風(fēng)機(jī)B矢量控制下振動情況

表5 雙增壓風(fēng)機(jī)VVVF控制模式下的振動情況

通過試驗(yàn)在采用矢量控制方式運(yùn)行后，電機(jī)的振動有顯著下降，在VVVF控制時振動最大的30 Hz，在采用矢量控制后基本和其它頻率振動相同，僅在測量時感覺電機(jī)基礎(chǔ)振動大于其它頻率段；為驗(yàn)證是否是矢量控制帶來的減震效果，在最后的測試中我們將變頻器的控制方式改回VVVF控制方式，此時再次測試電機(jī)的振動其振動值是矢量控制的10 倍，這證明了矢量控制在抑制振動上的作用，通過這次試驗(yàn)可以認(rèn)為，變頻器采用矢量控制時可以直接帶風(fēng)機(jī)全頻段運(yùn)行，不用對頻率段進(jìn)行屏蔽。

同時，從變頻器輸出波形可以看到，矢量控制時電流波形不再發(fā)生畸變，這與電機(jī)振動的減小是同步的，這是因?yàn)槭噶靠刂茖﹄娏鞯拈]環(huán)控制，使得它可以在一定范圍內(nèi)對電流的幅值及波形進(jìn)行控制，其控制的結(jié)果就是電流的失真和波動會減小。

圖1 VVVF控制時30Hz電壓及電流波形

圖2 矢量控制時30Hz電壓及電流波形

通過對三次不同數(shù)據(jù)的分析我們發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在振動區(qū)間（30 Hz附近）的時間越長，其振動幅值越大。這種現(xiàn)象與VVVF 控制方式的特點(diǎn)有關(guān)。在VVVF 控制方式下，變頻器并不對輸出的電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，但如果改變頻率的同時不改變電壓又會使電機(jī)的磁通飽和，為保證電機(jī)的磁通恒定，VVVF控制將電壓與頻率按一定比例同時調(diào)整，這種調(diào)整屬于簡單控制而沒有對電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行檢測。因此，在這次振動問題中，因機(jī)械振動使得電機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩不停的波動，而VVVF控制下不會對此種波動進(jìn)行響應(yīng)，而是按固定的轉(zhuǎn)矩輸出，此時就出現(xiàn)了當(dāng)電機(jī)需要大轉(zhuǎn)矩時，變頻器轉(zhuǎn)矩不夠；當(dāng)電機(jī)需要小轉(zhuǎn)矩時，變頻器轉(zhuǎn)矩過大；這樣就會使電機(jī)的振動越來越大，同時變頻器的輸出電流也表現(xiàn)為忽大忽小，嚴(yán)重時出現(xiàn)不正弦的畸變[3]。從測量結(jié)果看，就是在30 Hz 運(yùn)行時間越長，振動幅值和范圍就越大。

4 結(jié)論

矢量控制通過對電機(jī)參數(shù)的設(shè)置建立電機(jī)模型，在運(yùn)行中通過對電壓、電流的控制使電機(jī)對負(fù)載的響應(yīng)達(dá)到最佳。在矢量控制時變頻器會根據(jù)電機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩提供合適的輸出，這使得在負(fù)載波動時電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)。因此在電機(jī)本身的振動并不是非常劇烈時，在使用矢量控制后可以得到改善振動的效果。

[1]李永冬.交流電機(jī)數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2002年.

[2]符曦.感應(yīng)電動機(jī)矢量控制及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995年.

[3]李華德.交流控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003年