佛朗克高壓變頻器在熱力公司風(fēng)機上的應(yīng)用

　　引言

　　設(shè)備為630kW/10kV和400KW/10KV主鍋爐風(fēng)機，電機啟動方式采用水電阻啟動。工藝要求的風(fēng)量根據(jù)進料量進行調(diào)節(jié)，沒有全負荷生產(chǎn)，若生產(chǎn)量大，進風(fēng)口擋板開大。根據(jù)產(chǎn)量高低，風(fēng)門開度僅控制在30~35%左右。由于采用進風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)，大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開度越小則耗能就更多。

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展及市場競爭的日益加劇，加上能源供應(yīng)緊張和能源價格不斷攀升，企業(yè)采用新技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高市場競爭力，已是大勢所趨。因此，該單位對給主鍋爐風(fēng)機進行了改造，改用變頻器對風(fēng)機進行調(diào)速。

　　2、主風(fēng)機變頻改造方案

　　2.1 變頻器選型

　　一般情況下，變頻器容量應(yīng)不小于電動機容量，這樣能滿足電機在額定出力內(nèi)進行不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但在現(xiàn)實生產(chǎn)工作中，根據(jù)實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省變頻器投資及減少配套設(shè)施。電機分別為10kV/630kW和10kV/400kV，滿足50Hz時滿負荷運行要求，我們?yōu)槠渑鋫淞巳萘繛?10KVA和500kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求。

　　2.2 系統(tǒng)方案

　　改造遵循了“最小改動，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟性”原則，考慮到變頻器退出運行后，為了不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，配置工頻旁路，當變頻器出現(xiàn)故障時，將電機投切到工頻下運行。

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、手動旁路柜、FRHV5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。手動旁路柜是由三個真空高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成。電機以變頻方式運行時， QS1、QS2閉合，QS3斷開;電機以工頻方式運行時，QS3閉合， QS1、QS2斷開。變頻與工頻之間切換手動完成。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻輸出開關(guān)QS2和工頻開關(guān)QS3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。

　　3、 高壓變頻器的組成和原理

　　高壓變頻器是采用德國佛朗克先進的控制技術(shù)，無電網(wǎng)污染的調(diào)速系統(tǒng)，采用的結(jié)構(gòu)為多單元串聯(lián)，輸出為多電平移相式PWM方式。特別適合于風(fēng)機、泵類工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場，已經(jīng)被廣大工業(yè)用戶接受和充分認可。本項目為10kV系列，變頻器主電路結(jié)構(gòu)見下圖。

　　功率單元電路

　　每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)如左圖所示，為基本的交-直-交電路，圖中通過三相全橋方式整流，整流后給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制實現(xiàn)逆變。 功率單元輸出波形如圖：

　　3.2輸入側(cè)移相變壓器

　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，每個功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

　　本機中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成60脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于3%,低于國家標準。

　　3.3輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

　　輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖5所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。

　　4、結(jié)論

　　佛朗克電氣對該熱力主鍋爐風(fēng)機實施了變頻改造后，節(jié)約了大量的電能，改善了工藝過程，電機實現(xiàn)了軟啟動，延長設(shè)備的使用壽命，減少維修量，取得了預(yù)期的效果。