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樹脂擠壓電動機均為直流機。直流機雖然具有良好的起動性能、較強的過載能力，能在很寬的范圍內平滑而經(jīng)濟地調速。但直流機換向器必須經(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樹脂擠壓電動機采用三相鼠籠型感應電動機，并采用變頻調速控制。
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裝置擴容改造必須選用節(jié)能型設備。特別本次新增的ABS樹脂擠壓電機為1630kW，采用節(jié)能方案是必然的要求。
2．2可靠性要求
ABS樹脂擠壓機為本次擴容改造的核心設備，它的不正常運行將導致整條擠壓造粒線停車。為了保證ABS樹脂的正常生產(chǎn)，擠壓電動機必項保證運行可靠。因此，新增的ABS擠壓電動機考慮采用變頻調速方案，并要求變頻調速系統(tǒng)具有高可靠性，對變頻調速系統(tǒng)有以下要求：
1）長周期無故障運行。
2）能在很寬的范圍內平滑而高效地調速。
3）可根據(jù)樹脂聚合物的供給量升降速。
4）具有遠程上位機監(jiān)控功能。
2.3設備選型
對比國內外市場上各個廠商的變頻調速方案，ABB公司的中壓變頻器調速方案以技術先進、性能穩(wěn)定，且在大慶石化公司有成功的案例而中標。本次變壓器、電機和變頻器都采用ABB公司的產(chǎn)品。
3 系統(tǒng)原理概述
3．1變頻器簡述
ACS1000是應用于鼠籠式感應電動機的三相變頻器。采用成熟的微處理器控制技術來監(jiān)控電動機的電磁狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)配合直接轉矩控制技術（DTC）可以達到近乎完美的無傳感器電動機控制。外加脈沖編碼器反饋后，可以應用于精確的速度控制，或長期運行于接近零速區(qū)域的應用場合。ACSl000變頻器的輸出電壓接近正弦，它可以方便的用于現(xiàn)在所使用的標準感應電動機而不需要降容，因此是改造項目的理想選擇。
（1）無熔斷器設計
ACSl000是一種無熔斷器保護的中壓變頻器。這種專利設計采用新型的功率半導體開關元件IGCT作為回路的保護。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特性可以有效的保護變頻免受非正常的操作和設備誤動作所造成的故障和損壞。
（2）控制設備
ACSl000變頻器具有先進的本地控制和遠程控制特性，控制設備集成在變頻器柜體內部，提供基于過程控制、保護和監(jiān)控功能的全數(shù)字和微處理器技術，提供了硬件保護電路的備份。
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）和負直流電壓之間切換。因此，采用DTC技術，就可以對輸出的電壓和頻率在0～最大值之間進行連續(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，輸送給電機的電壓波形接近于正弦波（見圖2）。因此，標準電機可以直接按額定容量使用。該濾波器還消除了dv/dt的影響．因而電機電纜中電壓的反射和電機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。當直流電壓達到79％額定值時，IGCT導通，充電電阻被旁路掉。保護IGCT的主要作用就是在出現(xiàn)故障時迅速關斷，以保護整流橋。逆變器的共模電流由共模電抗器進行限制，并通過共模抑制電阻進行衰減。由于結構的特殊性，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變頻調速可在本機操作，也可在遠程操作。變頻器采用DCS對柜內的開關信號進行邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號協(xié)調，并且可根據(jù)用戶的需要擴展控制開關量，增強系統(tǒng)的靈活性。變頻器可由上位機控制進行調速操作，當進料量大時高速運行，當進料量小時低速運行。完全可以滿足工藝要求。上位機可以遠程監(jiān)控，利于設備的遠程診斷和維護。
3．4設備運行情況
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，減少了對電動機和擠壓機設備的機械沖擊。
4）抗電網(wǎng)波動能力強。當系統(tǒng)電壓有波動時仍能正常運行。
4節(jié)能效果分析
擠壓機的變頻運行能耗
W1=1.732UI1COSφ
=1.732×6×92×0.97=927KW
擠壓機的變頻運行使功率因數(shù)由0.85提高到0.97，如果擠壓電動機在工頻6kV運行，功率因數(shù)只能達0.85。
擠壓機的工頻運行電流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，擠壓機的變頻運行不僅滿足了工藝要求，而且節(jié)約了大量電能。
