高压_一拖二_变频软启动系统应用浅析

刘伟 宋刚 鞍钢集团工程技

术有限公司 辽宁鞍山 114021

【摘要】介绍了高压“一拖二”变频软启动系统的组成及工作原理， 对变频器的性能进行了分析研究,通过现场实际应用展望了此技术的发展 方向。

【关键词】高压变频软启动；一拖二变频器；励磁装置

的

引言

鞍钢炼铁总厂新烧分厂2#烧结机于19年投产，主抽风机风量 为23000m3/min，配电机为7600kW。在实际运行过程中，由于主抽风 机配电机功率偏小，启动困难，且电机经常过载，影响烧结生产的稳 定运行。特别是近几年，因电动机老化，原有引进的模拟系统启动装置 不稳定，发生电动机启动不了，甚至烧毁现象。本项目为现有风机主电 机和变频装置更新改造,在原有土建基础不动的前提下更换主电机为 8000kW和一套电压型变频软起装置。

1、系统概述

鞍钢烧结风机同步电机高压变频软启动系统技术方案是采用高压

一套“一拖二”变频软启动系统，用以解决电机直接启动对电网和风机 造成巨大冲击的问题。同时，该系统通过内置同步切换装置，在电机与 电网频率和相位同步后，自动将电机平滑无冲击地切换到电网运行。

变频器(软启动)采用一拖二方式;电动机润滑站及温度检测等在控 制系统中统一考虑.风门关闭不严10%开度情况下能够满足正常启动。

2、主传动电气控制方案

对于此烧结变频软启系统,西门子提供完美无谐波系列变频器,其

采用多电平串联技术,36脉冲整流电压源设计,确保电网侧的谐波满足 GB的标准,由于是电压源设计,确保整个启动过程中电网的功率因数保 持不变，变频器选型具有足够的裕量,适合大惯量烧结风机的启动,该系 列变频器在鞍钢有着良好和广泛的应用业绩，由于内置的同步传输功能 更适合大型同步机及异步机的启动应用。

2．1变频软启动系统组成及工作原理 高压变频软启动系统由高压变频器、升压变压器、同步电机（包括 励磁装置）和高压开关等设备组成。

高压变频软启动系统的基本工作原理以SM#1为例说明如下： (1)确保#1风机重载启动；(2)合开关MBC#1和开关MBM#1，变 频器驱动SM#1电机开始工作，其输出频率从0Hz逐步升到50Hz（时 间可设定），同时，变频器的输出电压（升压变压器后）对应的从0V升 到10KV，SM#1电机开始在额定转速下运行；(3)变频器检测电网电压 的频率、相位和幅值，并调整其输出电压逐步达到和输入电网电压同 频同相；(4)变频器确认输出电压和电网电压同频同相并锁相后合开关 MBL#1——由于这时电机的频率和相位与电网一致，切换过程对电网 没有任何冲击；(5)切换过程中电机由变频器和电网共同供电，变频器逐 步将电机的负载由变频器转移到电网，最后变频器断开开关MBM#1； (6)最终电机SM#1负载由电网承担，启动过程完毕。

高压变频软启动系统中的高压变频器采用西门子完美无谐波系 列(PerfectHarmony)高压变频器。该系列高压变频器采用若干个低压 PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，具有对电网谐波污 染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附 加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性。

变频器的功率单元为模块化设计，可以从机架上抽出，移动和更 换，所有单元可以互换，更换单元不须专用工具，更换一个单元的时间 一般小于10分钟。逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件，保证良好

相电压为13电平，线电压为25电平。系统一体化设计，包括输入干式隔 离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高 压输出、低压控制电源和控制信号线即可。36脉冲整流输入满足并优于 IEEE519~1992及GB/T14519~93标准对电压失真和电流失真小于等于 3%。由于是电压源设计，因此在30~100%的负载变化情况内达到或超过

0.95的功率因数(无需功率因数补偿装置)。无需滤波器变频器就可输出 正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步 电机，电机不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的 电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行。变频装置输出波形不会引 起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%，变频器有共振点频率跳跃功能。变 频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的 影响。变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有高 压情况下用低压电进行空载调试。控制采用无速度传感器矢量控制，起 动转矩可达100%。变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在±10% 范围内变频器能满载工作，在35%的电压下降情况下变频器能继续运行 而不跳闸(降载运行)。满载时变频器部分效率为97%以上。控制系统采 用全数字微机控制，有自诊断功能。电机参数自动检测、控制系统参数 自动优化。变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有很高的 通信速率和抗干扰能力，安全性好。控制系统具有在线检测变频器输入 电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因素、累计用电量、输 出电压、电流、功率、频率、电机转速等。

2.2同步电动机励磁装置

励磁装置兼具变频起动变频运行和工频起动工频运行的要求，同 时可满足变频起动工频运行的要求。在电机工频异步起动和工频输出波形。输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。整个 变频系统采用空冷，带有防护滤网。 变频装置有过电压，过电流，欠电

压，缺相，变频器过载，变频器过 热，电机过载，输出接地，输出短路等保护功能。变频装置有隔离变压 器的各种保护。变频器带转速跟踪再起动功能。变频器为高-高结构， 10kV直接输入和7.2kV输出，输出为单元串联移相式PWM方式，输出 运行 过程中，对电机进行有效的励磁控制、及保护，并实现调节，设有 恒励磁电流、恒功率因数和恒无功功率等自动调节手段；在电机变频起 动和变频运行过程中完全受变频器控制，设有恒励磁电流自动调节方 式。

2.3PLC控制柜

启动过程中需要一套PLC控制柜完成启动过程中的逻辑连锁,通过 与变频器本省的信号交换来控制个断路器的闭合和开启。

2.4整流变压器

该变频软启系统需提供三种形式的变压器,其中变频器配套的变 压器已随变频器一起提供。此外由于电机电压为10KV,变频器输出为 7.2KV,因此在变频器输出与电机之间需增加一台升压变压器.此外对于 每套励磁系统,需要提供一台整流变压器。

3、电动机速度控制

变频器采用矢量控制系统对电动机进行速度控制,从静止状态克服

静阻力矩加速直至达到额定速度,完成空载启动过程中电动机的速度 控制。

4、变频器控制器专有的特殊功能介绍

变频器自身软件中包含同步传输控制软件,不需要外部的同期控制

设备。在电机同步电网过程中利用锁相功能瞬间可使电机同时连接在变 频输出及电网上,确保电机无扰可靠并网,如果并网失败,变频器可抓住 电机进行下一次并网。

5、结束语

变频型软启动控制器及电动机自投入生产以来，运行安全、平稳可

靠，各项性能均优于改造前技术指标，受到用户的好评，也在鞍钢得到 了进一步的应用和推广。

参考文献

[1]西门子软启动装置用户手册 作者简介

刘伟，1959年8月出生，男，汉族，辽宁省鞍山市人，高级工程 师，从事电气传动及自动化设计工作30年。