HD93系列10MVA高压变频器在大功率同步机上的应用

关键词：10MVA、大功率同步机、烧结主抽、冶金
摘要：本文主要介绍了大功率电励磁同步机的基本特点、变频改造的难点分析，以及汇川技术大传动产品线针对电励磁同步电机的解决方案，通过公司HD93系列10MVA产品目前的现场应用，了解同步机变频改造需注意的关键点以及改造效果分析。

一、概述
国家“十二五”规划明确提出了关于节能减排的规范文件，如未能采取更加有效的应对措施，我国面临的资源环境约束将日益强化。从国内看，随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约，我国经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出，节能减排工作难度不断加大。从国际看，围绕能源安全和气候变化的博弈更加激烈。一方面，贸易保护主义抬头，部分发达国家凭借技术优势开征碳税并计划实施碳关税，绿色贸易壁垒日益突出。另一方面，全球范围内绿色经济、低碳技术正在兴起，不少发达国家大幅增加投入，支持节能环保、新能源和低碳技术等领域创新发展，抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈。
规划中提出对电机系统实施变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造，优化系统运行和控制，提高系统整体运行效率。变频调速尤其在大功率风机类平方转矩负载场合应用效果尤为明显。
冶金行业向来是耗能大户，尤其在目前产能过剩、利润低的情况下，节能显得尤为重要，钢铁行业中的大功率电动机耗费了大量的电费，由于实际过程导致工频运行大马拉小车现象严重，变频改造成了不二之选。
目前钢铁行业中的烧结主抽风机，功率一般为整个钢铁厂除了高炉鼓风机第二大功率的设备，而且多为大功率同步机驱动，同步机的变频改造一直以来就是一大技术难点，下面将介绍一下同步机的改造方案及应用效果。

二、同步机及烧结工艺介绍
1、大功率同步机变频改造难点
同步机相比于异步机有诸多优点：
（1）对转矩扰动具有更强的承受能力，动态响应快；
（2）在极低电源频率下也能运行，调速范围宽；
（3）通过改变励磁电流，功率因数可调；
（4）稳定性高，转矩与端电压成正比；
上述的诸多优点使得其使用越来越广泛，但是大功率同步机变频控制技术一直是高压变频领域的一大难点，各厂家技术参差不齐，导致其最终的控制效果差距较大，以下为有刷同步电机变频改造需要注意的事项：
（1）同步电机的起动问题：电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步；
（2）同步电机调速期间和励磁装置的协调问题，防止正常调速期间同步机失步；
（3）同步电机正常停机和故障灭磁问题。
2、汇川技术HD93同步机控制技术
汇川依据自身多年同步机控制经验，在高压大功率同步机控制方面，通过我们大量的仿真实验以及现场实验分析，研发了适用于高压大功率领域同步机的矢量控制方案，依托于磁链闭环矢量控制（SFOC）这一平台，实现了真正的同步机变频无速度传感器矢量控制技术启动方式（SVC），整个启动过程平滑、无冲击，不存在启动整步问题，并且控制精度高、转矩响应快，稳定性好。

图1：汇川同步机磁链闭环矢量控制原理图

图2：汇川同步机变频启动过程图
基于电机d - q轴 系数学方程，对电机的磁链、电流进行解耦控制，具有磁链、电压闭环特点。

通过汇川多个大容量同步机变频改造应用现场的调试运行情况来看，汇川同步机控制方案还具有调试简单、调试时间短，以及运行稳定的众多优点，得到了用户的一直好评，汇川的同步机控制技术已经在国内建立了绝对的领先地位。
3、烧结工艺简介

图3：烧结工艺
烧结工艺是指根据原料特性所选择的加工程序和烧结工艺制度，它对烧结生产的产量和质量有着直接而重要的影响。按照烧结过程的内在规律选择合适的工艺流程和操作制度，利用现代科学技术成果，强化烧结生产过程，能够获得先进的技术经济指标，保证实现高产、优质、低耗。本生产工艺流程有原料的接受，兑灰，拌合，筛分破碎及溶剂燃料的破碎筛分，配料，混料，点火，抽风烧结，抽风冷却，破碎筛分，除尘等环节组成。目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如上图所示。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。

三、客户现场改造方案
1、项目背景
本次我司HD93产品改造对象为河北省武安市某钢铁集团烧结厂烧结主抽风机，此烧结线为220m2规模烧结线，配备有8000kW功率烧结主抽一台，是整个烧结厂的最大耗电设备，在整个钢厂也属于耗能大户，工频运行采用水阻启动方式，启动冲击大，所以每次启动此电机都比较困难，另外由于要根据生产情况调节风量，平时采用风门调节的方式进行，风门一般在60%~80%调节，能量浪费严重，所以节能改造迫在眉睫。

2、设备参数介绍