利德華福5600kW /10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻
近日，利德華福自主研發生產的第一臺5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器在國內某鋼鐵集團公司順利投入生產運行，此項目是目前我公司功率等級最大的高壓變頻器在現場的成功應用，它的投運標志著利德華福產品技術邁上了一個新的臺階，改變了5000kW以上大功率高壓變頻設備由少數國外企業所壟斷的市場格局。
前言
利德華福5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器用于拖動某鋼鐵廠的帶燒風機，帶燒風機是鐵廠燒結車間燃燒小車工作時的主抽風機。主抽風機既是燒結線的心臟，又是工藝中主要的耗能大戶。主抽風機電機功率5600 kW。對主抽風機進行變頻拖動改造的目的有兩個，一是通過改造降低系統啟動的難度，二是通過改造達到節能降耗。系統采用利德華福的HARSVERT－VA10/410無速度傳感器矢量控制高壓變頻器拖動帶燒風機，不再保留原來水阻柜降壓啟動方案。我們為用戶提供了兩種啟動方案以滿足用戶的不同工況要求，一是正常啟動，即采用V/F技術讓電機在零速時正常啟動，采用該參數設置可以滿足絕大部分情況下的工況要求。且V/F控制輸出波形幾近正玄波，通過界面畫面觀察，輸出波形沒有高頻諧波。二是旋轉啟動，選用該參數設置即采用矢量控制啟動方案。該方案是一種全工況下的應用方案，可以滿足電機零速及正向旋轉時的順利啟動，矢量控制技術減少了原飛車啟動時對電機的機械沖擊。兩種啟動方法均能把電機啟動電流限制在額定電流以下。
產品技術成熟，投運一切順利
2006年5月29日，利德華福3400kW/6kV高壓變頻器在山西漳山電廠投運時，公司對此項目投入了相當多的精力、人力和物力，五大系統全力出動并配合，先在現場多次調研，然后擬定可行性施工方案，再召開公司內各系統會議，在分析項目可行性的基礎上，對從設計到生產再到施工等各方面做全面計劃和縝密安排，最后保證了項目的順利投運。
如今，利德華福有著1200多臺的銷量以及與此相匹配的技術成熟度、生產和服務經驗，所以，5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器無論是設計、生產、安裝，還是調試和投運，一切都顯得既平常，又順利。負責該項目的技術指導——利德華福副總工劉軍和覃正清均表示：我們的產品技術已經很成熟了，調試前沒有過多的擔憂，調試時也如我們所料，一切都很順利，各項指標均正常，各項功能也都得到了驗證，用戶也很滿意。同時，9月底，該產品還通過了國家電控配電設備質量監督檢驗中心的檢驗，由其出具了權威型式試驗報告。
利德華福5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器集產品的所有特點于一身，它的順利投運，代表了利德華福高控制性能產品的所有技術和功能在功率等級最大、電壓等級最高的產品上得到了驗證，反應了利德華福產品的整體技術實力以及工程技術服務配套能力。
新一代產品，融合多項技術和功能
利德華福交流變頻調速產品，以高可靠的高壓大電流驅動、高性能交流電機矢量控制以及高效的能量回饋技術為主要技術特征，實現了更高調速性能、更大功率等級和更高可靠性，從而使國產高壓變頻調速產品的技術實力、品牌形象和競爭力得到提高，應用范圍更廣，將為國產高壓變頻器在與國外產品的市場較量中贏得更為有利的市場競爭局面。
（1）高壓大電流驅動技術
交流調速產品的功率容量等級是衡量高壓變頻器生產企業技術實力的重要指標。誰能做出更可靠、更大功率的產品，誰就有更廣闊的市場和更強大的競爭力。此前，5000kW以上的大功率高壓變頻器由少數國外企業所壟斷，如ABB、西門子、羅賓康和羅克韋爾等，而利德華福5600kW/10kV高壓變頻器的問世打破了這一壟斷。利德華福大功率半導體器件驅動技術、高效的功率模塊散熱結構設計、以及成熟可靠的高壓變頻器生產品質工藝技術，是它成功運行的保證。
?。?）矢量控制技術
矢量控制是高性能交流電機控制方式的一種。異步電機的矢量控制基于電機的動態數學模型，將定子電流分解為轉矩電流和勵磁電流，分別予以控制，它不僅控制電流的大小，而且控制電流的相位，大大提高了動態性能。與常規恒壓頻比控制方式相比，具有啟動轉矩大、動態響應好、調速精度高、調速范圍寬等優異性能。
利德華福高壓變頻調速產品，采用高速數字信號處理器（DSP）作為主控制芯片，不管是否安裝了速度傳感器，都能實現高性能異步電機矢量控制。另外，還具有異步電動機參數自動整定、高壓掉電恢復自動重啟和旋轉啟動等實用輔助功能。
目前，利德華福產品異步電機無速度傳感器矢量控制性能指標為：調速范圍100:1；穩態轉速精度0.5%；動態轉矩響應時間小于200ms；啟動轉矩不低于150%額定轉矩。在調速精度、轉矩響應要求更高的場合，安裝速度傳感器后，還可進一步提高變頻器的控制精度。
在高性能傳動控制系統中，轉速和位置控制一般都需要在電機軸上安裝速度編碼器。速度編碼器的引入不僅增加了成本，降低了系統的可靠性，還存在安裝的問題。利德華福高壓變頻器產品驅動異步電機時，無需安裝復雜且不易維護的測速裝置，僅需對輸出三相電壓、兩相電流進行檢測，即可根據預先自動測定的電機模型，進行異步電動機的磁通和轉矩解耦控制，實現低速大轉矩負載啟動運行和高性能控制。無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力亦得到改善，同時還可獲得高的啟動轉矩，這在高磨擦與慣性負載的啟動中有明顯的優勢。
（3）異步電機參數自動整定
異步電機矢量控制性能的好壞受電動機參數的影響較大。而電動機參數是根據電動機空載、堵轉試驗的結果再用公式進行計算求出。實現矢量控制的前提是正確設定電動機等效電路的參數，亦即逆變器與電動機參數必須匹配成為一對一的整體。利德華福高壓變頻器可對異步電機自動進行電機學堵轉試驗和空載試驗，實現電機參數的自動整定。
?。?）高壓掉電恢復自動重啟功能
在某些用戶場合，給高壓變頻器供電的工頻電源可能會發生短時電壓跌落或缺失，為了盡可能不影響正常生產，在設定時限內，當工頻電源恢復時，利德華福高壓變頻器能自動快速識別并跟蹤當前電機轉速，恢復正常運行。
（5）異步電機旋轉啟動功能
旋轉啟動功能適用于將已經旋轉的異步電機盡可能快地與高壓變頻器連接，并繼續平穩地工作，對負載或速度帶來盡可能小的影響。
利德華福高壓變頻器在旋轉啟動模式下，接到啟動命令后，開始識別電動機的轉速，使高壓變頻器的初始輸出與旋轉的電機在頻率和相位上保持同步，然后在當時的轉速下與電動機進行電氣連接，并平滑地運行到設定的頻率。這樣就避免了過流跳閘的可能，并縮短電動機到達設定頻率的時間。由于電動機是在自身的旋轉速度下與高壓變頻器進行平滑連接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整個過程中幾乎沒有或很少產生機械沖擊，減小了對用戶生產的影響，提高了生產效率。
?。?）先進的能量回饋技術
電動機在發電狀態下回饋到直流母線的能量處理方式可分為使用制動電阻消耗掉和將能量回饋到電網兩種，在需要頻繁的啟動、制動及礦井提升機的場合，使用制動電阻將會消耗大量的能量，效率低下，生產成本提高。而一般的高壓變頻器由于使用二極管整流，能量無法反饋至電網，只能將電能白白浪費掉。
利德華福新一代高壓變頻器可在功率單元內選裝能量回饋裝置，通過整流側快速實時的電壓電流控制，可實現負載制動能量反饋回交流電網，其優勢為：
功率單元整流側輸入功率因數高，可近似為1。
整流側電流諧波含量低，電網無諧波干擾。
高壓變頻器可四象限運行，應用范圍廣。
節電效果更顯著，高壓變頻器整體效率更高。
?。?）高效的散熱技術
高壓電動機在工礦企業中一般都應用在比較關鍵的場合，所以用戶對高壓變頻器產品的可靠性非常關注，而散熱問題直接影響高壓變頻器的可靠性。雖然高壓變頻器的效率非常高，一般可達95％以上，但由于設備功率大，在正常工作時仍要產生大量的熱量，所以高壓變頻器熱能處理成為制約其向更高功率發展的瓶頸之一。在超大功率高壓變頻調速系統中，普通的風冷技術已不能滿足散熱的要求。
利德華福新一代高壓變頻器可根據用戶需求，為用戶設計空-水冷卻系統，空-水冷卻系統（簡稱空冷器）是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統。
從高壓變頻器出來的熱風，經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33℃的冷水，熱風經過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風從散熱片吹出，熱量被循環冷卻水帶走，保證了高壓變頻器控制室內的溫度恒定。
空水冷卻系統的優點：
設備安裝簡單、快捷；
設備使用壽命長、故障率低、性能可靠；
設備的運營成本低；
室內密閉冷卻、干凈衛生，無需慮網清洗、維護量低；
事故情況下可采用通風冷卻，不影響設備安全，可靠性高；
冷卻功率留有裕量。
?。?）同步電機控制
對于同步電機，由于電樞反應電勢的存在，在負載轉矩不同時，需要的勵磁電流也不相同，因此需要對勵磁電流進行自動調節。
對于恒壓頻比控制的同步電機，可直接測量其定子側功率因數或者無功功率，對勵磁電流進行調節：當功率因數或者無功功率超前時，適當降低勵磁電流；當功率因數或無功功率滯后時，適當增加勵磁電流。
利德華福新一代高壓變頻器可驅動同步電機調速，并具有輸出功率因數閉環控制功能，能自動調節勵磁電流，使同步電機運行在用戶設定的功率因數附近。
結束語
利德華福新一代高壓變頻器具有豐富的功能和靈活的電機控制方式，能適應大部分高中低端高壓大容量交流調速場合，可廣泛應用于電力、冶金、石化、市政供水和采礦等行業，還能適應低速大轉矩、重載啟動及需要能量回饋的場合，如球磨機、傳送帶、礦井提升機、絞車等，應用場合十分廣泛，能滿足用戶最大的需求，自投入現場運行以來，性能穩定可靠，獲得用戶高度評價。
以5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制為代表的利德華福新一代高壓變頻器的順利投運，增強了國內用戶對國產產品的信心，確立了我公司在大功率、高性能、高電壓產品技術上的領先地位，表明了利德華福矢量控制技術進一步走向成熟。利德華福新一代產品的高性價比，必將在高壓變頻調速領域發揮重要的作用，隨著利德華福綜合品牌實力和核心競爭力的逐步提升，公司將在節能、環保領域大顯身手，將國產高壓變頻器事業做大做強，成為行業的領頭人！
前言
利德華福5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器用于拖動某鋼鐵廠的帶燒風機，帶燒風機是鐵廠燒結車間燃燒小車工作時的主抽風機。主抽風機既是燒結線的心臟，又是工藝中主要的耗能大戶。主抽風機電機功率5600 kW。對主抽風機進行變頻拖動改造的目的有兩個，一是通過改造降低系統啟動的難度，二是通過改造達到節能降耗。系統采用利德華福的HARSVERT－VA10/410無速度傳感器矢量控制高壓變頻器拖動帶燒風機，不再保留原來水阻柜降壓啟動方案。我們為用戶提供了兩種啟動方案以滿足用戶的不同工況要求，一是正常啟動，即采用V/F技術讓電機在零速時正常啟動，采用該參數設置可以滿足絕大部分情況下的工況要求。且V/F控制輸出波形幾近正玄波，通過界面畫面觀察，輸出波形沒有高頻諧波。二是旋轉啟動，選用該參數設置即采用矢量控制啟動方案。該方案是一種全工況下的應用方案，可以滿足電機零速及正向旋轉時的順利啟動，矢量控制技術減少了原飛車啟動時對電機的機械沖擊。兩種啟動方法均能把電機啟動電流限制在額定電流以下。
產品技術成熟，投運一切順利
2006年5月29日，利德華福3400kW/6kV高壓變頻器在山西漳山電廠投運時，公司對此項目投入了相當多的精力、人力和物力，五大系統全力出動并配合，先在現場多次調研，然后擬定可行性施工方案，再召開公司內各系統會議，在分析項目可行性的基礎上，對從設計到生產再到施工等各方面做全面計劃和縝密安排，最后保證了項目的順利投運。
如今，利德華福有著1200多臺的銷量以及與此相匹配的技術成熟度、生產和服務經驗，所以，5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器無論是設計、生產、安裝，還是調試和投運，一切都顯得既平常，又順利。負責該項目的技術指導——利德華福副總工劉軍和覃正清均表示：我們的產品技術已經很成熟了，調試前沒有過多的擔憂，調試時也如我們所料，一切都很順利，各項指標均正常，各項功能也都得到了驗證，用戶也很滿意。同時，9月底，該產品還通過了國家電控配電設備質量監督檢驗中心的檢驗，由其出具了權威型式試驗報告。
利德華福5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制高壓變頻器集產品的所有特點于一身，它的順利投運，代表了利德華福高控制性能產品的所有技術和功能在功率等級最大、電壓等級最高的產品上得到了驗證，反應了利德華福產品的整體技術實力以及工程技術服務配套能力。
新一代產品，融合多項技術和功能
利德華福交流變頻調速產品，以高可靠的高壓大電流驅動、高性能交流電機矢量控制以及高效的能量回饋技術為主要技術特征，實現了更高調速性能、更大功率等級和更高可靠性，從而使國產高壓變頻調速產品的技術實力、品牌形象和競爭力得到提高，應用范圍更廣，將為國產高壓變頻器在與國外產品的市場較量中贏得更為有利的市場競爭局面。
（1）高壓大電流驅動技術
交流調速產品的功率容量等級是衡量高壓變頻器生產企業技術實力的重要指標。誰能做出更可靠、更大功率的產品，誰就有更廣闊的市場和更強大的競爭力。此前，5000kW以上的大功率高壓變頻器由少數國外企業所壟斷，如ABB、西門子、羅賓康和羅克韋爾等，而利德華福5600kW/10kV高壓變頻器的問世打破了這一壟斷。利德華福大功率半導體器件驅動技術、高效的功率模塊散熱結構設計、以及成熟可靠的高壓變頻器生產品質工藝技術，是它成功運行的保證。
?。?）矢量控制技術
矢量控制是高性能交流電機控制方式的一種。異步電機的矢量控制基于電機的動態數學模型，將定子電流分解為轉矩電流和勵磁電流，分別予以控制，它不僅控制電流的大小，而且控制電流的相位，大大提高了動態性能。與常規恒壓頻比控制方式相比，具有啟動轉矩大、動態響應好、調速精度高、調速范圍寬等優異性能。
利德華福高壓變頻調速產品，采用高速數字信號處理器（DSP）作為主控制芯片，不管是否安裝了速度傳感器，都能實現高性能異步電機矢量控制。另外，還具有異步電動機參數自動整定、高壓掉電恢復自動重啟和旋轉啟動等實用輔助功能。
目前，利德華福產品異步電機無速度傳感器矢量控制性能指標為：調速范圍100:1；穩態轉速精度0.5%；動態轉矩響應時間小于200ms；啟動轉矩不低于150%額定轉矩。在調速精度、轉矩響應要求更高的場合，安裝速度傳感器后，還可進一步提高變頻器的控制精度。
在高性能傳動控制系統中，轉速和位置控制一般都需要在電機軸上安裝速度編碼器。速度編碼器的引入不僅增加了成本，降低了系統的可靠性，還存在安裝的問題。利德華福高壓變頻器產品驅動異步電機時，無需安裝復雜且不易維護的測速裝置，僅需對輸出三相電壓、兩相電流進行檢測，即可根據預先自動測定的電機模型，進行異步電動機的磁通和轉矩解耦控制，實現低速大轉矩負載啟動運行和高性能控制。無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力亦得到改善，同時還可獲得高的啟動轉矩，這在高磨擦與慣性負載的啟動中有明顯的優勢。
（3）異步電機參數自動整定
異步電機矢量控制性能的好壞受電動機參數的影響較大。而電動機參數是根據電動機空載、堵轉試驗的結果再用公式進行計算求出。實現矢量控制的前提是正確設定電動機等效電路的參數，亦即逆變器與電動機參數必須匹配成為一對一的整體。利德華福高壓變頻器可對異步電機自動進行電機學堵轉試驗和空載試驗，實現電機參數的自動整定。
?。?）高壓掉電恢復自動重啟功能
在某些用戶場合，給高壓變頻器供電的工頻電源可能會發生短時電壓跌落或缺失，為了盡可能不影響正常生產，在設定時限內，當工頻電源恢復時，利德華福高壓變頻器能自動快速識別并跟蹤當前電機轉速，恢復正常運行。
（5）異步電機旋轉啟動功能
旋轉啟動功能適用于將已經旋轉的異步電機盡可能快地與高壓變頻器連接，并繼續平穩地工作，對負載或速度帶來盡可能小的影響。
利德華福高壓變頻器在旋轉啟動模式下，接到啟動命令后，開始識別電動機的轉速，使高壓變頻器的初始輸出與旋轉的電機在頻率和相位上保持同步，然后在當時的轉速下與電動機進行電氣連接，并平滑地運行到設定的頻率。這樣就避免了過流跳閘的可能，并縮短電動機到達設定頻率的時間。由于電動機是在自身的旋轉速度下與高壓變頻器進行平滑連接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整個過程中幾乎沒有或很少產生機械沖擊，減小了對用戶生產的影響，提高了生產效率。
?。?）先進的能量回饋技術
電動機在發電狀態下回饋到直流母線的能量處理方式可分為使用制動電阻消耗掉和將能量回饋到電網兩種，在需要頻繁的啟動、制動及礦井提升機的場合，使用制動電阻將會消耗大量的能量，效率低下，生產成本提高。而一般的高壓變頻器由于使用二極管整流，能量無法反饋至電網，只能將電能白白浪費掉。
利德華福新一代高壓變頻器可在功率單元內選裝能量回饋裝置，通過整流側快速實時的電壓電流控制，可實現負載制動能量反饋回交流電網，其優勢為：
功率單元整流側輸入功率因數高，可近似為1。
整流側電流諧波含量低，電網無諧波干擾。
高壓變頻器可四象限運行，應用范圍廣。
節電效果更顯著，高壓變頻器整體效率更高。
?。?）高效的散熱技術
高壓電動機在工礦企業中一般都應用在比較關鍵的場合，所以用戶對高壓變頻器產品的可靠性非常關注，而散熱問題直接影響高壓變頻器的可靠性。雖然高壓變頻器的效率非常高，一般可達95％以上，但由于設備功率大，在正常工作時仍要產生大量的熱量，所以高壓變頻器熱能處理成為制約其向更高功率發展的瓶頸之一。在超大功率高壓變頻調速系統中，普通的風冷技術已不能滿足散熱的要求。
利德華福新一代高壓變頻器可根據用戶需求，為用戶設計空-水冷卻系統，空-水冷卻系統（簡稱空冷器）是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統。
從高壓變頻器出來的熱風，經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33℃的冷水，熱風經過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風從散熱片吹出，熱量被循環冷卻水帶走，保證了高壓變頻器控制室內的溫度恒定。
空水冷卻系統的優點：
設備安裝簡單、快捷；
設備使用壽命長、故障率低、性能可靠；
設備的運營成本低；
室內密閉冷卻、干凈衛生，無需慮網清洗、維護量低；
事故情況下可采用通風冷卻，不影響設備安全，可靠性高；
冷卻功率留有裕量。
?。?）同步電機控制
對于同步電機，由于電樞反應電勢的存在，在負載轉矩不同時，需要的勵磁電流也不相同，因此需要對勵磁電流進行自動調節。
對于恒壓頻比控制的同步電機，可直接測量其定子側功率因數或者無功功率，對勵磁電流進行調節：當功率因數或者無功功率超前時，適當降低勵磁電流；當功率因數或無功功率滯后時，適當增加勵磁電流。
利德華福新一代高壓變頻器可驅動同步電機調速，并具有輸出功率因數閉環控制功能，能自動調節勵磁電流，使同步電機運行在用戶設定的功率因數附近。
結束語
利德華福新一代高壓變頻器具有豐富的功能和靈活的電機控制方式，能適應大部分高中低端高壓大容量交流調速場合，可廣泛應用于電力、冶金、石化、市政供水和采礦等行業，還能適應低速大轉矩、重載啟動及需要能量回饋的場合，如球磨機、傳送帶、礦井提升機、絞車等，應用場合十分廣泛，能滿足用戶最大的需求，自投入現場運行以來，性能穩定可靠，獲得用戶高度評價。
以5600kW/10kV無速度傳感器矢量控制為代表的利德華福新一代高壓變頻器的順利投運，增強了國內用戶對國產產品的信心，確立了我公司在大功率、高性能、高電壓產品技術上的領先地位，表明了利德華福矢量控制技術進一步走向成熟。利德華福新一代產品的高性價比，必將在高壓變頻調速領域發揮重要的作用，隨著利德華福綜合品牌實力和核心競爭力的逐步提升，公司將在節能、環保領域大顯身手，將國產高壓變頻器事業做大做強，成為行業的領頭人！
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