1、高压变频器在河池铜坑矿同步机带压缩机的应用文/技术工程系统 张凯摘 要：本文就广西南丹县大厂镇铜坑矿的同步机带压缩机改造现场，介绍了高压变频器在矿厂对同步机所带压缩机的应用。关键词： 高压变频器 同步机 往复式压缩机 大幅度波动负载一、项目概况广西南丹县大厂镇铜坑矿是广西华锡集团股份有限责任公司下属的主要矿山企业之一,是广西华锡集团公司主要原材料的生产基地。铜坑矿由长沙有色冶金设计研究院承担设计,七十年代初起进行矿山基本建设,七八年成立铜坑矿,于七九年基本完成建设,八零年完成辅助性工程和试机整改工作,八一年开始正式投产。经过 20 年的开采,铜坑矿已由小变大,由亏损企业变成集团公司盈利大户,已
2、培养出一支能吃苦耐劳、英勇善战的职工队伍,积累了丰富的管理经验和雄厚的技术力量。现在职职工 2324 人,其中各种专业技术人员 296人,具有高级职称的 8 人,中级职称的 105 人,初级职称的 183 人。下列为利德华福高压变频器参数、压缩机参数和同步电机参数和现场设备照片1.1 利德华福高压变频器参数型号 HARSVERT-S06/065输入电压 6kV出厂编号 11149 额定功率 700kVA额定电流 65A 出厂日期 2011/41.2 压缩机参数压缩机型号 D-100/8-e3 电动机型号生产厂家 柳州压缩机总厂制造 生产厂家 柳州电机厂介质 大气 额定功率 Pdn 550kW功
3、率 540 kW 额定转速 n0 500 r/min额定转速 500 r/min 额定电压 U0 6kV额定流量 100 m3/h 额定电流 I0 63.6A额定排气压力 0.8 MPa 额定功率因数 0.9出厂编号 110188 1.3 现场设备照片现场压缩机和同步机现场操作台和出口阀门负荷开关现场的变频器与励磁柜二、现场工艺介绍现场五台同步机带压缩机单独工作，然后通过五个单独的容器罐并联到一条主管道通往井下，压缩机所压缩出来的气体供煤矿井地下生产，主要作为气钻打井生产矿石，在没改造前通过出口阀门负荷开关调节， 只 有 两 个 档 位 为 50%和 100%， 泄 负 荷 都 是 瞬 间完
4、成 ， 在 井 下 用 气 量 少 或 者 交 接 班 时 间 段 井 下 基 本 不 作 业 ，主 管 道 压 力 达 到 6.8MP 时 ， 通 过 检 测 每 台 压 缩 机 的 出 口 气 压来 控 制 每 台 压 缩 机 的 出口阀门负荷开关半 自 动 泄 或 者 全 泄 ， 来达 到 控 制 主 管 道 压 力 的 目 的 。每台压缩机对应的容器罐 现场反馈压力表三、高压变频器与励磁柜协调调试3.1 高压变频器上控制电调试与现场闭环控制变频器上控制电，调试主板 0-5V 的输出电压对应励磁柜与电机的额定励磁电流，低压模拟对应输出励磁电流调试正常；把客户要求给定预期设定值（6.6MP
5、）设进到变频器上。现场反馈的值高于预期设定值时变频器自动降频率，现场反馈的值低于预期设定值时变频器自动加频率。调试结果：控制励磁电流稳定，上控制电调试正常。变频器闭环调试正常。参数如下：3.2 高压变频器带电机调试励磁电流和参数优化调试同步电机的励磁电流一般选为改造前其正常运行时（功率因数为 1）的励磁电流。对于新建项目，一般先取电机额定励磁电流的 85%启动电机，启动后根据电机运行时的电流进行调节。对于活塞式压缩机等功率大幅波动的负载，为了消除正常运行时的过压故障，可以适当降低励磁电流。电机运行时调节励磁电流的方法是：在电机处于较大负载运行的时候，调节励磁电流，使得变频器的输出电流最小，或使
6、变频器人机界面显示的输出功率因数为 1。人机界面显示的输出功率因数后方显示“超前”时，应减小励磁电流；人机界面显示的输出功率因数后方没有显示“超前”时，应增大励磁电流。另外，原先励磁柜上的功率因数表的显示值变成变频器的输入功率因数，与电机无关，因此注意不要根据该表的显示值调节励磁电流。正常启动后正常运行，保证电机的定子电流也就是变频器的输出电流尽量最小。理论上是当输出功率因数为时的输出电流最小，但是需要励磁控制柜进行自动调节，使电机的励磁电流随变频器的控制进行不断调整，以使电机的定子电流最小。调试结果证明：通过调节励磁电流可以使同步的定子电流输出在最优化，输出有功率因数接近在 0.95-1 之
7、间。变频器同步电机参数如下：3.3 高压变频器的带电机启动运行与正常停机调试变频器带电机和带负载启动运行并带电机运行到 50HZ；变频器带电机和负载减速到最低频率 15HZ 与正常停机调试调试结果：变频器启动与运行到 50HZ 变频器正常，变频器带电机减速到最低频率 15HZ 运行正常，再次加速运行到 50HZ，点击停机按钮，变频器带电机停机正常。 3.4 变频器运行过程中出现故障保护与灭磁同步电机的励磁装置均内设有灭磁功能，在变频器入口侧的高压断路器分断时，立即进入灭磁状态，将同步电机的励磁电流迅速降为零。因此在故障情况下，变频器自动分断入口侧的断路器，即实现了灭磁保护功能。当同步电机运行时
8、人为向变频器发出“急停”命令时，变频器立即封锁脉冲，停止输出。此时，励磁装置仍向同步电机输出设定的励磁电流。如果当前转速下同步电机在定子绕组上感应出的电压较低，则不会对设备的安全造成影响，无需灭磁，但需要注意的是此时变频器的输出端是带有高压电的；如果当前转速下同步电机在定子绕组上感应出的电压较高，则经过较短的时间后，变频器会检测到功率模块过压故障，自动分断其入口侧的断路器，励磁装置自动进入灭磁状态，即实现了灭磁保护功能。调试结果：满足故障停机控制及励磁控制要求。3.5 变频器带负载运行调试（1） 大幅度波动负载调试注意事项活塞式压缩机（往复式压缩机）是同步电机驱动的一类重要的轴负载。其特点是在
9、活塞的每个行程内，压缩机的轴转矩大幅波动（可能有数倍的波动范围） 。这一转矩波动作用于同步电机的转子，会导致转子角（转子磁极与定子磁极的夹角）大幅摆动。当转子角摆动至极小点时，同步电机可能处于瞬时发电状态，向变频器反灌能量，导致变频器的过压故障。一般的，降低电机运行时的磁通，即降低励磁电流和变频器输出电压可以削弱电机的功率摆动幅度，解决变频器运行时过压的问题。但将电机的磁通降得过低将导致电机能够输出的最大转矩不足，容易导致同步电机失去同步速，表现为变频器的过流故障。因此应谨慎选择运行时的励磁电流和变频器的基准电压参数。（2）变频器带负载实际调试情况。带负载调试启动和正常停机都正常，但由于变频器
10、带负载在 0.5-38HZ 之间的稳定运行中，压缩机突然瞬间泄负荷突变引起同步机处于发电状态模块报过压跳闸，这是由于现场工艺操作引起。负载突变在 40HZ 以后不会引起模块过压跳闸，最终和客户协商变频器最低频率设为 40HZ，运行正常。四、总结本文主要介绍了利德华福公司高压变频器在矿厂对同步机所带压缩机的应用；在调试同步机中，主要设计与励磁柜的相关参数，对大幅波动的特殊负载，一定要了解现场的生产工艺和在工频运行前的工况及操作方法，使变频器控制达到最优化，满足了对大幅度波动负载控制的特殊要求，为高压变频器在矿业上新领域应用中迈出了坚强有力的一步。随着高压变频器对同步机控制领域市场的进一步成熟，将会有更多同步机设备列入改造之列，为国家的节能减排作出新贡献。参考资料：1.高性能 DSP 控制高压变频器.pdf;2. 同步电机调速现场调试培训.ppt；3.同步机调试指导书.doc；4.同步机和异步机的区别倚鹏.pdf。
