同步變頻調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)場應用

摘 要：本文綜述了隆橋化工空壓機的使用工況及變頻節(jié)能的原理，重點闡述同步電機變頻調(diào)速原理、同步電機變頻調(diào)速現(xiàn)場應用情況及調(diào)試情況及同步電機變頻改造的注意事項。 關(guān)鍵字：同步電機、空壓機、變頻、調(diào)速
一、前言
四川隆昌隆橋化工有限公司是以天然氣為主要原料的化工企業(yè)，其前身是四川省隆昌縣氮肥廠，始建于1970年，占地面積達76600平方米，至今有30多年的化工生產(chǎn)經(jīng)營歷史。目前公司系列化工產(chǎn)品生產(chǎn)能力達到：合成氨6萬噸，農(nóng)用碳酸氫氨10萬噸，工業(yè)用特種氨水3萬噸，高純度食品添加劑二氧化碳2萬噸，塑料制品1000噸，合資生產(chǎn)復混肥料5萬噸。
目前大型空氣壓縮機是該公司化工生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，其單機耗電量占到企業(yè)總電能消耗的1/3以上。因此，為降低單位產(chǎn)能的耗電量，提高生產(chǎn)效率，響應國家政府節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策,必須采用新技術(shù)來改善生產(chǎn)工藝，對傳統(tǒng)型的生產(chǎn)機組進行節(jié)能改造。其關(guān)鍵技術(shù)就在于，對帶動大型空壓機的高壓同步電機進行變頻調(diào)速技術(shù)改造，通過改變壓縮機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)工藝空氣的流量，達到供需平衡，從而節(jié)省單位生產(chǎn)的耗電量，而且操作方便有效。
隆橋化工公司于2007年6月，投入了北京合康億盛HIVERT-T06/077（800kVA/6kV）的高壓變頻器一臺,專用于高壓同步電動機調(diào)速，電機參數(shù)見下表。該同步電動機投入高壓變頻器后，無大電流沖擊,負載運行平穩(wěn),運行頻率連續(xù)可調(diào)。高壓變頻器投入后節(jié)能效果明顯,在滿負荷運行下節(jié)能效果可達到15%以上。

表1：設(shè)備參數(shù)表


二、活塞式空氣壓縮機的工作原理
當曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞做往復運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞從氣缸蓋處開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關(guān)閉；活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當活塞再次反向運動時，上述過程重復出現(xiàn)。總之，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。如下圖所示。
三、空壓機工頻定速運行工況介紹
隆橋化工廠的工藝空氣由兩臺活塞式空壓機并網(wǎng)供給，空氣壓縮機采用四氣缸三段式運行，壓力在1.2MPa左右。生產(chǎn)的工藝空氣分別供給四個負載使用，全負荷的工藝空氣流量為6800Nm³／h，根據(jù)生產(chǎn)需要,平均工藝空氣的需求量在6000-6500Nm³／h之間。變頻器改造前工頻運行時，通過調(diào)節(jié)放空閥門開度來改變主管網(wǎng)所需工藝空氣流量,正常運行時的放氣閥開度為10-35%。工頻運行時，壓縮機始終工作在滿轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，多余的工藝空氣將通過放空閥排空，從而造成大量能源的浪費，并且也縮短了設(shè)備的使用壽命。

HIVERT—T06/077型同步電機用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路見下圖，由隔離變壓器和功率單元二大部分組成。6kV高壓電經(jīng)過變壓器降壓、移相、隔離后分配給各個功率單元。功率單元為三相輸入全橋整流，通過IGBT逆變后單相輸出，每相相鄰功率單元輸出端串接起來，三相接成星接，實現(xiàn)變頻后的高壓正弦波輸出，直接驅(qū)動高壓同步電機。