交直流调速方案优缺点浅析.docx

交直流调速方案优缺点浅析发布日期：2011-09-1660-100万吨棒材生产机组传动控制系统交直流调速方案优缺点浅析随着国民经济的日益发展及国家“十二五”规划的要求，市场对螺纹钢、圆钢等的需求越来越多，近几年国内各企业拟建或在建的60-100万吨/年棒材机组有数十条，其中18机架主轧机电机及控制方案的选型对整条机组的造价及日后的机组产量、质量、产品精度及运行的综合成本至关重要，先对目前国内外流行的直流调速和交流变频调速系统的优缺点做一个简单的概述及分析，不足之处请给予批评指教：一、直流调速方案：1、直流电机及控制系统的优缺点：◇调速性能好、调速范围广，易于平滑调节◇起动、制动转矩大，易于快速起动、停车◇过载能力强、能承受较频繁的冲击负荷◇线路简单、控制方便、◇电控系统总体造价（包括直流电机及其配套的直流调速装置）相对较低，设计、制造、调试周期短◇国内外控制方案成熟、工程应用广泛鉴于以上优点，加之晶闸管技术的高速发展，在冶金工业领域、特别是对速度控制要求迅速、准确调整的带钢冷连轧机组等一些高性能的电气传动系统中，晶闸管整流供电的直流传动系统一直被长期、广泛地采用，以满足和实现工艺对电机的调速性能要求。虽然直流传动有以上诸多优点，但仍有不足之处，主要表现在：◆由于采用相控整流技术，在晶闸管换向时会产生谐波，污染电网，须对谐波进行治理◆在低速启动时，因为晶闸管导通角α，导致功率因数较低，无功分量较大，须对功率因数进行补偿◆与同容量、转速的交流电机相比，直流电机的造价高、体积大、重量重、转动惯量大◆日常维护量大，须定期检查、更换炭刷，整流子表面保养◆由于换向的限制，在结构发展上欲制造大容量、高电压及高转速的直流电机工艺上比较困难。现阶段直流电机单机容量最大只能达到11000kw左右，电压也只能做到1200V左右，这样一些大容量的不得不做成双电机、三电机甚至四电机结构，直接影响了直流电机的广泛应用，发展交流变频势在必行2、 西门子/ABB等国外原装产品与DB系列扩容全数字直流控制器在控制精度及造价方面的比较鉴于直流电机的以上优缺点，目前国内还是有许多厂家（特别是一些民营企业和一些中小型国企）在新建项目时，为了节省投资、压缩工期，还是选择主传动系统采用直流方案（特别是单台功率≥600-800KW）据初步统计，目前已经建成的棒材机组有近60% 采用的是直流方案（因为一般情况下此类机组初轧、预精轧、精轧电机功率均在900-1300KW），目前国内大部分厂家选择的直流控制器为西门子公司的6RA70系列（60%左右）、ABB公司的DCS600系列（25%左右）和其他的一些国外品牌。随着国内晶闸管器件及其组成的整流系统的制造技术已经成熟，对这些大功率直流电机的晶闸管整流部分采用国产系统，其可控硅功率单元由国内制造，控制核心（包括控制板、通讯板等）还是采用国外产品，即目前所说的“扩容或小托大”，这种方式不仅控制性能与国外同类产品几乎完全相同，但价格、供货周期等优势明显，经过10余年的运行已得到国内大部分厂家（90%）的认可，广泛应用于国内冶金行业，已基本完全替代国外原装产品，二者对比情况如下：?序号?比较内容?国外原装?国产扩容?备注?1?控制精度?静态速度稳定精度≤0.1％动态速度稳定精度≤1％?通讯板、控制板采用国外原装（西门子/ABB），功率部分国内配套，各项指标与原装相近?扩容系统目前国内各企业广泛应用??2设备造价?价格昂贵原装造价的0.3-0.5倍???3供货周期?6-8周，大容量10-12周?4-6周?西门子6RA70原装装置已很少采用，接近淘汰??4备品备件?很难采购方便采购?3、 直流调速方案所需的配套设备：1）谐波治理：由于直流调速控制原理采用的是相控整流技术，避免不了对电网产生谐波污染，高次谐波不仅对电网质量造成影响。最直接的表现可能使变压器、电缆、电动机发热、破坏绝缘，更有甚者可能会影响电气设备的使用寿命，造成不安全隐患，现在国家越来越重视此方面的预防和治理工作，不久的将来各地供电部门必会将谐波的治理作为各企业的动力部门的重要考核指标（像考核功率因数那样）而在全国范围内全面推广！2）功率因数补偿设备：因直流电机在低速启动时，要求的晶闸管导通角α较大，导致功率因数较低（cosα），无功分量较大，须对功率因数进行补偿，否则当地供电部门将进行罚款！我公司与国内知名院校联合开发的有源无功补偿及滤波装置，采用高性能数字处理器（DSP）和现代测控技术，在低压侧与用电设备并联运行，既实现功率因数的就地动态补偿，又可对用电设备产生的5、7、11次谐波进行滤波处理，特别适合于功率因数变化范围大的用电设备，性能优越。按照60万吨/年的产量，全部电控设备的装机容量在20000KW左右，需要无功补偿容量18000-22000Kvar此部分的预算投资