蘇州匯川技術(shù)有限公司

匯川技術(shù)高壓變頻器在世界最大功率水環(huán)真空泵測試站的應(yīng)用

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1 應(yīng)用背景介紹

客戶現(xiàn)場高壓水環(huán)真空泵功率從250kW至4000kW不同，其中4000kW水環(huán)真空泵為目前世界最大功率的水環(huán)真空泵，填補了世界空白，其出廠要對不同頻率段進(jìn)行測試，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)才可出廠，所以變頻驅(qū)動成為最好的出廠測試方法。

2 應(yīng)用目標(biāo)

在同等電壓等級下輸出不同功率以測試不同功率大小真空泵，以及同等頻率下輸出不同電壓等級，以滿足不同電壓等級真空泵的測試需要。

3 應(yīng)用原理

葉輪偏心的安裝在接近圓形的泵體內(nèi)，當(dāng)葉輪按照圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，因離心力的作用注入泵內(nèi)的液體被甩向泵體內(nèi)壁，形成一個形狀與泵體相似，厚度接近相等的液環(huán)，隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)的液環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂之間形成一個月牙形空間，當(dāng)葉輪由A點轉(zhuǎn)向B點時，兩相鄰葉片之間所包圍的容腔逐漸增加，氣體由外界吸入。當(dāng)葉輪由C點轉(zhuǎn)到A點時，相應(yīng)的容腔由大變小，使原先吸入的氣體受到壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到大氣壓力時，氣體被排出。

（1）系統(tǒng)工作原理（如圖1所示）

（2）主電路拓?fù)湓?/p>

電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯(lián)星接后形成三相變頻電源給高壓電動機供電。根據(jù)串聯(lián)單元級數(shù)的不同，產(chǎn)品分為3kV、6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數(shù)高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流最嚴(yán)格的諧波失真要求。無需任何功因補償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術(shù)，輸出為近乎完美的正弦波，無須加輸出濾器。電動機諧波損耗小，轉(zhuǎn)矩脈動小，無明顯電動機噪聲。電動機不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動機無附加電應(yīng)力損害。

（3）功率單元原理（如圖2所示）

圖1 產(chǎn)品原理圖

功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經(jīng)IGBT H橋逆變后輸出脈寬調(diào)制（PWM）電壓。功率單元控制板由IGBT驅(qū)動電路和監(jiān)測保護(hù)電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運行中功率單元故障時，變頻器可將故障單元自動旁路并繼續(xù)運行，等情況允許時再停機排除故障。

圖2 單元原理圖

4 實施情況

4.1 系統(tǒng)方案圖（如圖3所示）

4.2 應(yīng)用方案

（1）系統(tǒng)采用一拖一控制方式，不配置旁路系統(tǒng)。

圖3 系統(tǒng)方案圖

（2）系統(tǒng)配置：項目選用匯川HD92-J100/5000-DN，輸入變壓器選用10kV/5000kVA干式移相整流變壓器，單元選用匯川HD9M-A069系列功率單元，變頻器每相配置8個功率單元，控制系統(tǒng)選用匯川HD92-MCC1主控系統(tǒng)，對外接口選用匯川自主研發(fā)HD92專用的IO系統(tǒng)HD92-IOB2，不采用PLC系統(tǒng)，安全可靠，降低了現(xiàn)場由于PLC不可靠引起的故障停機問題。

（3）客戶現(xiàn)場由于上級電網(wǎng)容量限制，而大功率變頻器上電沖擊較大，能達(dá)到6~8倍變頻器額定電流，上級變電站難以承受，所以方案配置預(yù)充柜（激磁涌流抑制柜），以緩沖變頻器上電沖擊，經(jīng)過精準(zhǔn)的計算選型，本系統(tǒng)中變頻器上電沖擊控制在1倍以內(nèi)，完全達(dá)到客戶需求，預(yù)充柜原理圖如圖4所示。

圖4 預(yù)充柜原理圖

上圖中R1為緩沖電阻，上電時KM1合閘，KM2延時合閘將R1旁路，之后KM1分閘。

（3）現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制采用硬接線的方式，本項目所用到對外接口如表1所示：

表1 對外接口匯總

5 創(chuàng)新與優(yōu)勢

（1）裝備制造業(yè)的客戶現(xiàn)場電網(wǎng)容量一般不大，所以變頻啟動無疑是最好的設(shè)備啟動測試裝置，變頻啟動電流控制在額定電流以內(nèi)，減小啟動對設(shè)備的沖擊，延長使用壽命。

（2）方案中配置預(yù)充裝置，使變頻器的上電電流減小至額定電流以內(nèi)。

（3）采用變頻器進(jìn)行測試，能夠?qū)崿F(xiàn)對負(fù)載在不同頻率點的性能測試，提高了測試的完善性。

（4）HD92系列高壓變頻器采用技術(shù)領(lǐng)先的磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)（SFOC），可以實現(xiàn)對負(fù)載的快速加速，測試真空泵在快速加速狀態(tài)下的性能狀態(tài)。

（5）由于采用SFOC的三閉環(huán)控制方式，可以實現(xiàn)最優(yōu)的無速度傳感器矢量算法，保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，穩(wěn)速精度達(dá)到0.5%以內(nèi)，保證真空泵的運行穩(wěn)定。

（6）磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)（SFOC）對電機參數(shù)不敏感，所以避免了傳統(tǒng)矢量控制技術(shù)在測試臺應(yīng)用中的困擾，既能實現(xiàn)對負(fù)載的高性能控制，又能實現(xiàn)客戶操作的簡便性。

6 效果分析

通過現(xiàn)場長時間的測試情況來看，匯川HD92-J100/5000-DN完全能夠滿足現(xiàn)場的機組測試需求，隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)備將逐漸向高精尖的方向發(fā)展，其出廠測試顯得越來越重要，采用變頻驅(qū)動可以豐富設(shè)備的測試項目以及提高測試站的自動化水平，匯川將根據(jù)測試需求提供安全可靠的變頻解決方案。