CN101509498A - 一种直接空冷风机变频调速驱动系统运行参数优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接空冷风机变频调速驱动系统运行参数优化的方法，以解决该系统运行时电机出力不足，冷却效果不能满足设计要求的问题。系统由供电变压器，断路器，进线交流滤波器，变频器，出线交流滤波器，供电电缆，驱动电机，减速箱，风机相互连接构成，其步骤为：①提高变频器输入电压为电机额定电压1.05～1.15倍；②设定变频器输出频率50Hz时输出电压值为电机额定电压1.03～1.1倍；③设定变频器输出频率44Hz～47Hz时对应风机额定转数；④设定变频器输出频率48Hz～51Hz时对应风机最大转速。该方法可以减小系统工作电流，提高电机工作电压及输出扭矩，降低发热量，节约电能，解决系统故障率高的问题。

Description

一种直接空冷风机变频调速驱动系统运行参数优化的方法

技术领域

本发明涉及发电厂直接空冷风机变频调速驱动系统运行的参数优化的方法，具体涉及一种直接空冷风机变频调速驱动系统运行参数优化的方法。

背景技术

现状是，目前正在运行的进口及国产直接空冷风机变频调速驱动系统故障率均很高，个别工程设备故障率高达50％～60％。主要表现为：电机输出扭矩不能满足设计及运行要求，运行电流大，变频器发热量大；变频器因过热保护性报警导致系统停机现象时有发生；系统中变频器、输出电抗器、连接电缆、变频电机烧损现象较严重。经过测试，当电机工作频率在50Hz～55Hz时，电机工作电流快速增加见图5所示，工作电流增加对变频器正常工作是极为不利的，存在容易导致变频器过热，引起空冷系统不能正常工作，故障频频发生的缺陷。由于电机输出扭矩T和输入电压U及输入电流I均成正相关关系，为保证电机有足够的扭矩输出，必须对变频器的输出电压或是输出频率进行必要调整，确保正常工况下，电机输出扭矩符合要求，变频器输出电流满足电机正常运行要求，变频器发热量小，运行稳定，降低设备损坏状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种对直接空冷风机变频调速驱动系统中的某些设备参数进行调整、参数优化的方法。

为克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：该系统基本由供电变压器，断路器，进线交流滤波器，变频器，出线交流滤波器，供电电缆，驱动电机，减速箱，风机相互连接构成，其本发明的特殊之处在于系统运行参数优化的方法按下述步骤进行：

(1)设定变频器输入电压Uc设定为电动机额定电压Ued的1.05～1.15倍；

(2)设定变频器输出频率为50Hz时的输出电压Ud设定为电动机额定电压Ued的1.03～1.1倍；

(3)设定变频器输出频率为44Hz～47Hz时对应风机额定转数；

(4)设定变频器输出频率为48Hz～51Hz时对应风机最大转速。

本发明与现有技术相比，使变频调速驱动系统工作在其较佳的工况区间内；提高了系统供电电压，减小了系统工作电流和系统内各主要器件的负载压力，减小了系统发热量，节约了电能，保证变频器在最佳工况条件下正常工作，变频调速驱动系统因保护性报警造成的停机现象降低约90％以上，电机输出扭矩满足工艺运行要求，整个空冷系统的运行稳定性提高，从根本上解决风冷变频调速驱动系统故障率高的问题。

附图说明

图1为现有技术直接空冷风机变频调速驱动系统运行图；

图2为交流电机典型扭矩特性曲线图；

图3为空冷电机的实际工作电压和频率特性曲线图；

图4为空冷风机功率和频率非线性特性图；

图5为空冷电机工作电流快速增加曲线图。

具体实施方式

附图为本发明的实施例

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：

参照图1所示，该系统基本由供电变压器，断路器，进线交流滤波器，变频器，出线交流滤波器，供电电缆，驱动电机，减速箱，风机相互连接构成，系统运行参数优化的方法按下述步骤进行：

1)、根据直接空冷风机变频调速驱动各种工况条件下散热系统对风量的要求，确定冷却风机额定扭矩、最大扭矩，确定冷却风机额定转速、最大转速；

2)、根据冷却风机额定扭矩、最大扭矩，额定转速、最大转速的要求，确定减速箱减速比、输入、输出扭矩、减速机效率，选择电机额定扭矩、转速、功率；

3)、根据系统供电电压，电机额定扭矩、转速、功率确定电机型号；

4)、考虑到驱动电机的输出效率、散热条件、传输线路损耗，确定变频器容量；

5)、加装输入交流滤波器，保证母线谐波电压满足标准(GB/T14549电能质量公用电网谐波)要求；

6)、加装输出交流滤波器，满足在输出电缆长达300m左右时的输出谐波及dv/dt值满足标准(GB12326电能质量电压允许波动和闪动)要求，保证电机的安全运行；

7)、调整供电变压器，保证输出电压满足电动机额定电压Ued的1.05～1.15倍的电压要求；

8)、设定变频器输入电压Uc设定为电动机额定电压Ued的1.05～1.15倍；

9)、设定变频器输出频率为50Hz时的输出电压Ud设定为电动机额定电压Ued的1.03～1.1倍；

10)、设定变频器输出频率为44Hz～47Hz时对应风机额定转速；

11)、设定变频器输出频率为48Hz～51Hz时对应风机最大转速。

图2所示可以看到，电机的最大扭矩在45Hz左右，50Hz时扭矩下降8％左右，55Hz时扭矩下降约16％左右。这样，对应风机最大转速，电机的工作频率在55Hz，此时电机的输出扭矩已下降近20％；实际输出能力为电机最大扭矩的80％。

图3所示，空冷厂家设计时一般设定变频器输入电压Uc等于电机额定电压Ued，变频器输出电压Ud在50Hz时一般设定对应电机额定电压Ued；通过模拟试验和实际测量，考虑到变频器输出交流电抗器和输出电缆的影响，在变频器输出频率达到50～55Hz时，电机的实际工作电压约为360VAC；

电机转速和频率的关系如下

      n＝60*f*(1-s)/p

式中  f—输入电源频率

      S—电机转差率

      P—电机极对数

电机输出轴扭矩      $T=K*\frac{s*R*U^2}{R+{(s*X)}^2}$

式中    K—常数

        s—电机转差率

        R—电机绕组电阻

        U—电机相间电压

        X—电机绕组感抗

由上式可知空冷电机的输出扭矩与其工作电压的平方成正比，因而，此时的电机输出扭矩下降了，这与我们的实际测试结果相吻合。

图4所示，空冷电机输出频率在50～55Hz时表现为恒功率特性，实测结果如图所示。

因为电机输入功率为       

电机输出扭矩可表示为     

由上式可知电机输出扭矩T和输入电压U及输入电流I均成正相关关系，为保证电机有足够的扭矩输出，必须对变频器的输出电压或是输出频率进行必要调整。

图5所示，经过测试，当电机工作频率在50Hz～55Hz时，电机工作电流快速增加，工作电流的增加对变频器正常工作是极为不利的，容易导致变频器过热，引起故障；采用提高变频器输出电压的策略则可以较好的解决问题，既可以保证提供足够的扭矩，又保证变频器输出电流处于合理的范围内，对设备损害减到最低。

实施例1

某电厂的直接空冷变频调速驱动系统部分参数如下：

变频电机(进口品牌)技术参数：

额定功率：Ped＝110KW

额定电压：Ued＝380VAC

额定电流：Ied＝205A

额定扭矩：T_N＝1051Nm

额定转速：n_ed＝991rpm

夏季高温季节时，环境温度高(≥35℃)，空冷系统出力不足，冷却效果不佳，将导致汽轮机组背压高，威胁到机组的正常运行。

常规运行参数调整方式如下(仅考虑变频器方面)：

调整变频器输出频率为55Hz，风机以110％转速运行以提高冷却效果。

此状态下电机处于恒功率运行状态，由于电机输入电压Uf低(实测约为361VAC)，由恒功率特性可知，为保证输出功率，变频器本体输出电流大幅升高(实测为250A以上)，此数值超出额定值21.9％。电机及主回路器件发热较为严重，变频调速驱动系统运行稳定性差，系统易出现保护性报警导致停止运行。

参数优化后的调整方式如下：

1)调整供电变压器输出电压确保变频器输入电压为400～437VAC；

2)风机额定转速运行时，设定变频器输出频率为45Hz；

此状态下的电机输入电压为360VAC，输入电流约为180A，电机处于恒扭矩工况，输出扭矩大，可以满足工艺运行要求。

3)风机最大转速运行时，设定变频器输出频率为48Hz。

此状态下的电机输入电压为376VAC，输入电流约为210A，此电流基本和额定电流吻合，变频器及电机处于正常工作状态，温升符合要求，运行稳定。

综上所述，本发明所述1～6的步骤为发电厂建厂时由设计单位根据系统所使用的设备进行选型及参数计算，这些设备已经完成安装，是电厂固有的系统，该系统是发明人无法改变的，但该系统在实际运行过程中又存在运行电流大，变频器发热量大；变频器因过热保护性报警导致系统停机现象时有发生；系统中变频器、输出电抗器、连接电缆、变频电机烧损现象又较严重。为此，本发明为了解决上述存在的缺陷，本发明的发明点所述7～11的步骤对运行系统参数进行了调整和优化，从而保证变频调速驱动系统工作在其较佳的工况区间内；提高了系统供电电压，减小了系统工作电流和系统内各主要器件的负载压力，减小了系统发热量，节约了电能，电机输出扭矩满足工艺运行要求，整个空冷系统的运行稳定性提高，从根本上解决风冷变频调速驱动系统故障率高的问题，达到经济运行。

Claims (1)

1、一种直接空冷风机变频调速驱动系统运行参数优化的方法，该系统由供电变压器，断路器，进线交流滤波器，变频器，出线交流滤波器，供电电缆，驱动电机，减速箱，风机相互连接构成，其特征在于系统运行参数优化的方法按下述步骤进行：

(1)设定变频器输入电压Uc为电动机额定电压Ued的1.05～1.15倍；

(2)设定变频器输出频率为50Hz时的输出电压Ud为电动机额定电压Ued的1.03～1.1倍；

(3)设定变频器输出频率为44Hz～47Hz时对应风机额定转数；

(4)设定变频器输出频率为48Hz～51Hz时对应风机最大转速。

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