佛朗克高壓變頻器在熱力公司風機上的應用

　　引言

　　設備為630kW/10kV和400KW/10KV主鍋爐風機，電機啟動方式采用水電阻啟動。工藝要求的風量根據進料量進行調節，沒有全負荷生產，若生產量大，進風口擋板開大。根據產量高低，風門開度僅控制在30~35%左右。由于采用進風門擋板調節，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。

　　隨著現代工業的飛速發展及市場競爭的日益加劇，加上能源供應緊張和能源價格不斷攀升，企業采用新技術實現節能降耗、降低生產成本、提高市場競爭力，已是大勢所趨。因此，該單位對給主鍋爐風機進行了改造，改用變頻器對風機進行調速。

　　2、主風機變頻改造方案

　　2.1 變頻器選型

　　一般情況下，變頻器容量應不小于電動機容量，這樣能滿足電機在額定出力內進行不同轉速的調節。但在現實生產工作中，根據實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產需要，又能節省變頻器投資及減少配套設施。電機分別為10kV/630kW和10kV/400kV，滿足50Hz時滿負荷運行要求，我們為其配備了容量為710KVA和500kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉速調節的要求。

　　2.2 系統方案

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

　　變頻調速系統由用戶開關、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”聯鎖要求設計，變頻輸出開關QS2和工頻開關QS3互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。

　　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，無電網污染的調速系統，采用的結構為多單元串聯，輸出為多電平移相式PWM方式。特別適合于風機、泵類工業應用現場，已經被廣大工業用戶接受和充分認可。本項目為10kV系列，變頻器主電路結構見下圖。

　　功率單元電路

　　每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其主電路結構如左圖所示，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控制實現逆變。 功率單元輸出波形如圖：

　　3.2輸入側移相變壓器

　　輸入側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側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近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輸出側結構

　　輸出側由每個單元的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力。

　　4、結論

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