佛朗克高压变频器在热力公司风机上的应用

　　引言

　　设备为630kW/10kV和400KW/10KV主锅炉风机，电机启动方式采用水电阻启动。工艺要求的风量根据进料量进行调节，没有全负荷生产，若生产量大，进风口挡板开大。根据产量高低，风门开度仅控制在30~35%左右。由于采用进风门挡板调节，大部分的能量都被消耗在挡板上了，且挡板的开度越小则耗能就更多。

　　随着现代工业的飞速发展及市场竞争的日益加剧，加上能源供应紧张和能源价格不断攀升，企业采用新技术实现节能降耗、降低生产成本、提高市场竞争力，已是大势所趋。因此，该单位对给主锅炉风机进行了改造，改用变频器对风机进行调速。

　　2、主风机变频改造方案

　　2.1 变频器选型

　　一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。但在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。电机分别为10kV/630kW和10kV/400kV，满足50Hz时满负荷运行要求，我们为其配备了容量为710KVA和500kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。

　　2.2 系统方案

　　改造遵循了“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，考虑到变频器退出运行后，为了不影响生产，确保系统正常工作，配置工频旁路，当变频器出现故障时，将电机投切到工频下运行。

　　变频调速系统由用户开关、手动旁路柜、FRHV5000系列高压变频器、高压电机组成。手动旁路柜是由三个真空高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。电机以变频方式运行时， QS1、QS2闭合，QS3断开;电机以工频方式运行时，QS3闭合， QS1、QS2断开。变频与工频之间切换手动完成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频输出开关QS2和工频开关QS3互锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

　　3、 高压变频器的组成和原理

　　高压变频器是采用德国佛朗克先进的控制技术，无电网污染的调速系统，采用的结构为多单元串联，输出为多电平移相式PWM方式。特别适合于风机、泵类工业应用现场，已经被广大工业用户接受和充分认可。本项目为10kV系列，变频器主电路结构见下图。

　　功率单元电路

　　每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其主电路结构如左图所示，为基本的交-直-交电路，图中通过三相全桥方式整流，整流后给滤波电容充电，确定母线电压， 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现逆变。 功率单元输出波形如图：

　　3.2输入侧移相变压器

　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流、1/10的相电压、1/30的输出功率。30个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。

　　本机中移相变压器的副边绕组分为三组，构成60脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于3%,低于国家标准。

　　3.3输出侧结构

　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图5所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造;同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

　　4、结论

　　佛朗克电气对该热力主锅炉风机实施了变频改造后，节约了大量的电能，改善了工艺过程，电机实现了软启动，延长设备的使用寿命，减少维修量，取得了预期的效果。