1 引言
在大慶石油化工總廠化工廠5萬t/年ABS樹脂裝置中，5臺ABS樹脂擠壓電動機(jī)均為直流機(jī)。直流機(jī)雖然具有良好的起動性能、較強(qiáng)的過載能力，能在很寬的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速。但直流機(jī)換向器必須經(jīng)常檢查和維修，碳刷必須定期更換，因此維檢工作量大。由于擠壓電動機(jī)直流控制系統(tǒng)為日本大林公司產(chǎn)品，備品備件價格十分昂貴，致使維修費用增高。為了解決這個問題，在5萬/T年ABS樹脂裝置增容為10萬T/ABS樹脂裝置的改造中，新增的ABS樹脂擠壓電動機(jī)采用三相鼠籠型感應(yīng)電動機(jī)，并采用變頻調(diào)速控制。
2 系統(tǒng)要求及方案確定
2．1節(jié)能要求
電氣節(jié)能是國家節(jié)能戰(zhàn)略的重要組成部分。因此本次ABS裝置擴(kuò)容改造必須選用節(jié)能型設(shè)備。特別本次新增的ABS樹脂擠壓電機(jī)為1630kW，采用節(jié)能方案是必然的要求。
2．2可靠性要求
ABS樹脂擠壓機(jī)為本次擴(kuò)容改造的核心設(shè)備，它的不正常運行將導(dǎo)致整條擠壓造粒線停車。為了保證ABS樹脂的正常生產(chǎn)，擠壓電動機(jī)必項保證運行可靠。因此，新增的ABS擠壓電動機(jī)考慮采用變頻調(diào)速方案，并要求變頻調(diào)速系統(tǒng)具有高可靠性，對變頻調(diào)速系統(tǒng)有以下要求：
1）長周期無故障運行。
2）能在很寬的范圍內(nèi)平滑而高效地調(diào)速。
3）可根據(jù)樹脂聚合物的供給量升降速。
4）具有遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控功能。
2.3設(shè)備選型
對比國內(nèi)外市場上各個廠商的變頻調(diào)速方案，ABB公司的中壓變頻器調(diào)速方案以技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定，且在大慶石化公司有成功的案例而中標(biāo)。本次變壓器、電機(jī)和變頻器都采用ABB公司的產(chǎn)品。
3 系統(tǒng)原理概述
3．1變頻器簡述
ACS1000是應(yīng)用于鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)的三相變頻器。采用成熟的微處理器控制技術(shù)來監(jiān)控電動機(jī)的電磁狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)配合直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）可以達(dá)到近乎完美的無傳感器電動機(jī)控制。外加脈沖編碼器反饋后，可以應(yīng)用于精確的速度控制，或長期運行于接近零速區(qū)域的應(yīng)用場合。ACSl000變頻器的輸出電壓接近正弦，它可以方便的用于現(xiàn)在所使用的標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電動機(jī)而不需要降容，因此是改造項目的理想選擇。
（1）無熔斷器設(shè)計
ACSl000是一種無熔斷器保護(hù)的中壓變頻器。這種專利設(shè)計采用新型的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件IGCT作為回路的保護(hù)。置于直流回路和整流橋之間的IGCT不同于傳統(tǒng)的熔斷器，它可以在25微秒內(nèi)直接將逆變部分和整流部分快速隔離，其快速性是熔斷器的1000倍。
ACSl000變頻器所具備的硬件和軟件保護(hù)特性可以有效的保護(hù)變頻免受非正常的操作和設(shè)備誤動作所造成的故障和損壞。
（2）控制設(shè)備
ACSl000變頻器具有先進(jìn)的本地控制和遠(yuǎn)程控制特性，控制設(shè)備集成在變頻器柜體內(nèi)部，提供基于過程控制、保護(hù)和監(jiān)控功能的全數(shù)字和微處理器技術(shù)，提供了硬件保護(hù)電路的備份。
CDP312控制盤是基本的用戶接口，用戶可以通過它監(jiān)控，修改參數(shù)和控制ACS1000變頻器的運行。
3．2系統(tǒng)控制原理
（1）系統(tǒng)構(gòu)成
三相交流電源通過三繞組變壓器對整流橋供電。為了獲得12脈波整流，變壓器兩個副邊繞組之間必須存在30°的相位差。副邊一個繞組為星形接法，另一個繞組為角形接法。
為進(jìn)行三電平切換運行，三相逆變器的每個橋臂由2個IGCT組成：IGCT的輸出電壓在正直流電壓、中性點（NP）和負(fù)直流電壓之間切換。因此，采用DTC技術(shù)，就可以對輸出的電壓和頻率在0～最大值之間進(jìn)行連續(xù)的控制。
在變頻器的輸出需要加LC濾波器，用于減小輸出電壓中的諧波含量。采用該濾波器之后，輸送給電機(jī)的電壓波形接近于正弦波（見圖2）。因此，標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)可以直接按額定容量使用。該濾波器還消除了dv/dt的影響．因而電機(jī)電纜中電壓的反射和電機(jī)絕緣的損害影響都完全被消除了。
充電電阻在變頻器上電時限制直流回路的電流。當(dāng)直流電壓達(dá)到79％額定值時，IGCT導(dǎo)通，充電電阻被旁路掉。保護(hù)IGCT的主要作用就是在出現(xiàn)故障時迅速關(guān)斷，以保護(hù)整流橋。逆變器的共模電流由共模電抗器進(jìn)行限制，并通過共模抑制電阻進(jìn)行衰減。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，共模電抗器可以對通過變壓器副邊電纜、直流回路、輸出濾波器和變頻器內(nèi)部接地母排流動的共模電流提供全面的抑制。另一方面，對于主同路直流電流幾乎沒有任何限制，主電流可以自由通過。
3．3變頻器的操作和監(jiān)控
ACSl000變頻調(diào)速可在本機(jī)操作，也可在遠(yuǎn)程操作。變頻器采用DCS對柜內(nèi)的開關(guān)信號進(jìn)行邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號協(xié)調(diào)，并且可根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。變頻器可由上位機(jī)控制進(jìn)行調(diào)速操作，當(dāng)進(jìn)料量大時高速運行，當(dāng)進(jìn)料量小時低速運行。完全可以滿足工藝要求。上位機(jī)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。
3．4設(shè)備運行情況
通過7個多月的運行，ACSl000變頻器表現(xiàn)出以下優(yōu)點：
1）性能穩(wěn)定。運行期間沒發(fā)生因變頻器故障而停車的情況，為ABS裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保證。
2）節(jié)能明顯，大大降低了電能損耗。
3）真正實現(xiàn)了軟起動、軟停機(jī)，減少了對電動機(jī)和擠壓機(jī)設(shè)備的機(jī)械沖擊。
4）抗電網(wǎng)波動能力強(qiáng)。當(dāng)系統(tǒng)電壓有波動時仍能正常運行。
4節(jié)能效果分析
擠壓機(jī)的變頻運行能耗
W1=1.732UI1COSφ
=1.732×6×92×0.97=927KW
擠壓機(jī)的變頻運行使功率因數(shù)由0.85提高到0.97，如果擠壓電動機(jī)在工頻6kV運行，功率因數(shù)只能達(dá)0.85。
擠壓機(jī)的工頻運行電流I2
I2=W1÷1.732÷U÷0.85=105A
I3=I2-I1=13A
實際節(jié)能W3
W3=1.732UI3cosφ8160h
=1.732×6×13×0.97×8160=1068960kW•h
綜上所述，擠壓機(jī)的變頻運行不僅滿足了工藝要求，而且節(jié)約了大量電能。
