Analyse van technische oplossingen voor frequentiegestuurd starten van hoogspanningsmotoren

Variabele frequentie starttechnologie voor hoogspanningsmotoren, die zacht starten, zacht stoppen en traploze snelheidsregeling bereikt door de ingangsspanning en frequentie van motoren aan te passen, is een kerntechnologie geworden voor het verbeteren van de operationele efficiëntie van apparatuur en het verminderen van energieverbruik in de moderne industrie. De volgende analyse behandelt vier belangrijke dimensies: technische principes, kernvoordelen, typische toepassingsscenario's en technische selectieaanbevelingen.

I. Technische principes en implementatiepaden

Hoogspanningsvariabele frequentie starten is gebaseerd op het AC-DC-AC conversieprincipe, waarbij het kernproces in drie stappen is verdeeld:

1. Gelijkrichtfase: Hoogspanningswisselstroom (bijv. 6kV/10kV) wordt omgezet in hoogspanningsgelijkstroom via hoogvermogen diode- of thyristor-gelijkrichterbruggen, wat een stabiele stroombron levert voor de daaropvolgende inversie.
2. Filterfase: Een filtercircuit bestaande uit condensatoren of inductoren elimineert harmonischen in de gelijkstroom, waardoor een gladde golfvorm en hoogwaardige gelijkstroominvoer voor de inversiefase worden gegarandeerd.
3. Inversiefase: Snelle schakelapparaten zoals IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors) zetten de gelijkstroom om in regelbare frequentie en spanning driefasige wisselstroom. PWM (Pulse Width Modulation) technologie regelt de uitgangsgolfvorm nauwkeurig om de motor naar behoefte aan te sturen.

Besturingskern: DSP's (Digital Signal Processors) of microprocessors bewaken de operationele status van de motor in real-time en passen de uitgangsfrequentie en -spanning dynamisch aan om gesloten-lus snelheidsregeling te bereiken. Bijvoorbeeld, bij een condensatorpomp variabele frequentie retrofit, levert een druksensor voor het waterpeil real-time feedback over het vloeistofniveau in de voorbaai, waardoor de ingebouwde PID-controller van de variabele frequentie aandrijving automatisch de uitgangsfrequentie kan aanpassen voor nauwkeurige niveauregeling.

II. Kernvoordelen en technische waarde

1. Zacht starten en zacht stoppen:
   • Elimineert inschakelstroom tijdens direct starten (die 4-7 keer de nominale stroom kan bereiken), waardoor de levensduur van motoren en netwerkapparatuur wordt verlengd.
   • Vermindert mechanische schokken, beschermt motorlagers, tandwielen en andere transmissiecomponenten en verlaagt de onderhoudskosten.
   • Xi'an Xima Electric's hoogspanningsvariabele frequentie startsysteem stelt motoren bijvoorbeeld in staat om te starten bij nominale stroom en koppel, waardoor spanningsschommelingen worden geëlimineerd en de betrouwbaarheid van de apparatuur aanzienlijk wordt verbeterd.
2. Energiebesparing en verbruiksvermindering:
   • Traploze snelheidsregeling zorgt voor een optimale vermogensafstemming tussen motoren en belastingen, waardoor inefficiëntie van "te grote motoren" wordt voorkomen.
   • Empirische gegevens geven aan dat variabele frequentie snelheidsregeling minimaal 30% energiebesparing oplevert. Tianjin Datang International Panshan Power Generation Company heeft bijvoorbeeld condensatorpompen op 600MW-eenheden geretrofit, waardoor het stroomverbruik van een enkele motor daalde van 2.500kW naar het werkelijke operationele niveau, wat aanzienlijke energiebesparingen opleverde.
3. Procesoptimalisatie en automatisering integratie:
   • Hoge precisie snelheidsregeling voldoet aan complexe procesvereisten, zoals gesloten-lusregeling van vloeistofniveaus in de voorbaai in as-slurrypompen en stabiele drukregeling in luchtcompressoren.
   • Naadloze integratie met DCS (Distributed Control Systems) verbetert de automatisering van de eenheid. Na het retrofitten van as-slurrypompen in een energiecentrale onder de Guodian Group, bereikte de ingebouwde digitale PID-controller in de variabele frequentie aandrijving automatische vloeistofniveauregeling, waardoor de productieprocessen werden geoptimaliseerd.
4. Verbeterde netwerk aanpasbaarheid:
   • Werkt onafhankelijk van de netwerkcapaciteit, waardoor stabiel starten van grote motoren mogelijk is, zelfs onder slechte netwerkomstandigheden.
   • Biedt reactieve vermogenscompensatie, waardoor de arbeidsfactoren van het net worden verbeterd en lijnverliezen worden verminderd. Xi'an Xima Electric's VSV-technologie maakt bijvoorbeeld dual-mode schakelen mogelijk tussen variabele frequentiebedrijf en reactieve vermogenscompensatie, waardoor de benutting van apparatuur wordt verbeterd.

III. Typische toepassingsscenario's en casestudies

1. Energie-industrie:
   • Condensatorpomp variabele frequentie retrofit: Een "één-aandrijving-twee-pompen"-schema (een enkele variabele frequentie-eenheid die twee pompen aandrijft) realiseert energiebesparing en redundantie. Na het retrofitten bij Panshan Power Generation Company daalde de bedrijfsstroom van condensatorpompen van 250,5A naar dynamisch aangepaste waarden tijdens variabele frequentiebedrijf, met een energiebesparingspercentage van meer dan 30%.
   • As-slurrypomp snelheidsregeling optimalisatie: De motorsnelheid wordt dynamisch aangepast op basis van de vloeistofniveaus in de voorbaai, waardoor frequente starts/stops en de bijbehorende motorbelasting worden verminderd. Na het retrofitten in een energiecentrale van de Guodian Group verbeterde de operationele stabiliteit van as-slurrypompen aanzienlijk, waardoor de onderhoudskosten werden verlaagd.
2. Petrochemische en metallurgische industrieën:
   • Luchtcompressor energiebesparende upgrades: Een "één-aandrijving-twee-compressoren" variabele frequentie softstarter maakt wanordelijk starten en naadloos schakelen tussen twee compressoren mogelijk. New Wind Light Electronic's JD-BP38 serie variabele frequentie softstarter gebruikt bijvoorbeeld neutral point shifting-technologie om een evenwichtige uitgangsspanning te garanderen tijdens eenheidsfouten, waardoor de systeemstabiliteit wordt gegarandeerd.
   • Snelheidsregeling voor ventilatoren en pomplasten: Variabele frequentie aandrijvingen realiseren gesloten-lusregeling van flow en druk in ventilatoren en pompen, waardoor smoorverliezen worden geëlimineerd en de systeemefficiëntie wordt verbeterd.
3. Lucht- en ruimtevaart- en militaire industrieën:
   • Hoge betrouwbaarheid startvereisten: Xi'an Xima Electric's hoogspanningsvariabele frequentie startsysteem is gecertificeerd door militaire luchtvaartonderzoeksinstituten, voldoet aan strenge motorstartvereisten in zware omgevingen en demonstreert technische volwassenheid en betrouwbaarheid.

IV. Technische selectie en implementatie aanbevelingen

1. Selectie van variabele frequentie aandrijving topologies:
   • Drie-niveau neutral point clamped structuur: Geschikt voor scenario's met hoog vermogen (bijv. motoren boven 570kW), met minder schakelapparaten, sterke overstroomcapaciteit en een eenvoudige, betrouwbare structuur. De as-slurrypomp retrofit van de Guodian Group selecteerde bijvoorbeeld een IGCT-gebaseerde drie-niveau topologie om aan de vereisten voor vliegwielstart en overbelastingsbeveiliging te voldoen.
   • Cell-Series Multilevel structuur: Ideaal voor scenario's met strenge netwerkharmonische vereisten, waardoor de noodzaak voor uitgangsfilters wordt geëlimineerd en direct aandrijven van standaard asynchrone motoren mogelijk wordt gemaakt. New Wind Light Electronic's variabele frequentie softstarter neemt bijvoorbeeld deze structuur aan voor een lage harmonische output.
2. Configuratie van de besturingsfunctie:
   • Gesloten-lus regelmogelijkheid: Geef prioriteit aan variabele frequentie aandrijvingen die PID-regeling en gesloten-lusregeling van druk/vloeistofniveaus ondersteunen om aan de behoeften van procesoptimalisatie te voldoen.
   • Communicatie-interfaces en protocollen: Zorg voor compatibiliteit met gangbare protocollen zoals Modbus en Profibus voor naadloze integratie met DCS/PLC-systemen.
   • Beschermingsfuncties: Voorzie van overstroom-, overbelastings-, onderspannings-, overspannings-, faseverlies- en kortsluitingsbeveiliging om de systeemveiligheid te verbeteren.
3. Thermisch beheer en milieubescherming ontwerp:
   • Koelsystemen: Hoogspanningsvariabele frequentie aandrijvingen genereren aanzienlijke warmte en vereisen geforceerde luchtkoeling of waterkoelsystemen om de omgevingstemperaturen onder de 40°C te houden. Panshan Power Generation Company voorzag bijvoorbeeld zijn variabele frequentie aandrijvingsruimte van een koelsysteem met behulp van koelplaten en circulerend koelwater om warmte af te voeren.
   • Beschermingsgraden: Selecteer variabele frequentie aandrijvingen met een IP54 of hogere beschermingsgraad om bestand te zijn tegen zware industriële omgevingen.