高壓變頻器在SO2風機中的應用
高壓變頻器在SO2風機中的應用，由于生產(chǎn)過程中系統(tǒng)煙氣量波動較頻繁，且波動范同較大，為達到調(diào)節(jié)準確、減小對電網(wǎng)的沖擊、節(jié)省能源的目的，在S02風機中采用了高壓變頻調(diào)速技術。從3個方面論述了變頻調(diào)速的技術方案的優(yōu)缺點，從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結構、控制系統(tǒng)組成等方面闡述了高壓變頻器的技術特點．從而論證了高壓變頻器在使用中的優(yōu)越性及顯著的節(jié)電效果。
近年來．高壓變頻調(diào)速技術已越來越多的應用在各行各業(yè)，以達到節(jié)約電能、改善電機系統(tǒng)壽命、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的高壓變頻器在全世界的應用比低壓變頻器晚．其主要原岡是受逆變器開關器件制造水平的制約近十年來．隨著新器件的問世．器件耐壓水平不斷提高．高壓變頻器得到了迅速發(fā)展和廣泛應用[1]。按我國的電壓標準．通常把額定電壓3kv以上的電機稱為高壓電動機．其主要電壓等級為3、6、10kV等，文中將用于這些電壓等級電動機的變頻器稱為高壓變頻器。
應用高壓變頻器的優(yōu)勢
高壓變頻器在SO2風機中的應用，某企業(yè)生產(chǎn)裝置中有一臺1400kW、l0kV的S0，風機，其是丁藝流程中的關鍵設備。由于生產(chǎn)過程中系統(tǒng)炯氣量波動較頻繁．且波動范圍較大．如果川傳統(tǒng)的前導可調(diào)機構來調(diào)節(jié)風機的流量和壓力，淵節(jié)范圍受到限制．一般在40%～100%．且調(diào)節(jié)線性太差．跟不上工況變化速度，故能耗很高：而用變頻調(diào)節(jié)響應極快．基本與工況變化同步．可滿足工藝的需要，且風機啟動運行平滑，不會對電機、軸承、風機產(chǎn)生較大的沖擊．可達到調(diào)節(jié)準確、節(jié)省能源的目的。
根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式：n＝60f（1一s）/p，可以看出．轉(zhuǎn)差率s變化不大，可視為恒定，一旦電機制造完成電機極對數(shù)p也是常數(shù)．所以電機轉(zhuǎn)速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機轉(zhuǎn)速．當頻率廠在0～50Hz之間變化時，電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍是非常寬的根據(jù)流體力學流量與風機轉(zhuǎn)速的關系可知．電機功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比．隨著轉(zhuǎn)速的降低。電機功率以轉(zhuǎn)速的3次方關系遞減因此隨著電機轉(zhuǎn)速的降低．電機消耗的電能下降幅度很大?？梢?，使用高壓變頻器對SO2風機調(diào)速的節(jié)電效果將非常顯著．經(jīng)估算．2～3年就可以收回成本。
高壓變頻器在SO2風機中的應用，變頻調(diào)速技術方案
變頻調(diào)速一般有以下3種方案可以實施應用：①高一高方式，即采用10kv（6kv）電壓等級的變頻器，直接由電網(wǎng)l0kV（6kV）供電，電機選用高壓電機；②高一低一高方式，就是先將高壓電源變成低壓電源．采用低壓變頻器變頻后再升壓．電機選用高壓電機；③高一低方式，就是用一臺單獨的變壓器，將l0kV（6kv）高壓降至380V，采用低壓變頻器，用低壓電動機。
對比3個方案．使用高一高變頻器．在變頻器故障時可以直接啟動．有定型產(chǎn)品．性能良好，穩(wěn)定可靠，但費用較高：高一低一高方式無定型產(chǎn)品．要重新設計電路，電路煩瑣龐大．要增加兩臺變壓器．費用也較高；高一低方式中變頻器直接使用低壓電源，需要設一臺降壓變壓器當降壓變壓器的容量比較小時，在變頻器故障后，電機不能直接啟動。如果降壓變壓器容量過大．會增加增容費用同時變壓器還有一定的電能損耗從經(jīng)濟的角度出發(fā)．對于800～1000kW以上的風機、水泵等電機．建議采用6kv或10kV直接高一高方式的高壓變頻器：對于40O～800kW的電機．建議采用6kV/660v進線變壓器、660V高壓變頻器及660V電動機：對于400kW以下的電動機．宜采用高一低方案．即采用6kV/380V降壓變壓器．380V級變頻器及380V電動機．在某企業(yè)工程中，S0風機為l400kW．電網(wǎng)電壓為10kV，綜合比較，選擇了直接高一高變頻調(diào)速方案為了充分保證系統(tǒng)的可靠性．變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常，不能正常運行時．電機可以自動切換到工頻運行狀態(tài)下運行．以保證生產(chǎn)的需要．其一次系統(tǒng)接線圖見圖1。
QF為用戶側高壓開關柜內(nèi)斷路器，K1、K2、K3為同一柜內(nèi)真空接觸器；QS1、QS2為同一柜內(nèi)隔離開關，與變頻器配套提供。K2、K1電氣互鎖，以防止高壓工頻電反送人高壓變頻器。
在變頻運行時，手動合隔離開關OS1、OS2，此時高壓變頻器輸出開關接點允許用斷路器QF合閘。QF合閘后，在DCS（或PLC）上可啟動高壓變頻器，高壓變頻裝置自動合K1、K2真空接觸器。
當高壓變頻裝置本體故障（如每相故障單元數(shù)大于2、高壓變頻器功率單元超溫、散熱冷卻風機故障），高壓變頻器自動分開K1、K2，待電機電壓衰減到額定電壓的1O%左右，延時合K3高壓變頻裝置自動切換到工頻繼續(xù)運行．以提高系統(tǒng)的可靠性變頻到工頻切換大約在3s以內(nèi)完成。
當高壓變頻器檢測到電機故障（如三相電流不平衡、三相電壓不平衡、過流、過載），高壓變頻器自動封鎖脈沖停止輸出，并跳開真空接觸器K1、K2、K3，同時輸出跳閘接點用于跳開斷路器QF。
高壓變頻器在SO2風機中的應用，高壓變頻器技術特點
目前高壓變頻器的主電路拓撲方面主要有3電平（或更多電平）電壓型高壓變頻器和單元串聯(lián)多電平電壓型高壓變頻器。羅賓康HARMONY系列、國產(chǎn)高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平電壓型高壓變頻器，現(xiàn)以其為例．闡述高壓變頻器技術特點變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成[1]。
?。?）系統(tǒng)結構：高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結構見圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。如：10 kV系列有24個功率單元．每8個功率單元串聯(lián)構成一相。每個功率單元結構上完全一致，可以互換。其電路結構見圖3，其為基本的交一直一交單相逆變電路．整流側為二極管三相全橋．通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。
（2）輸入側結構：輸入側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為3組，根據(jù)電壓等級和模塊串聯(lián)級數(shù)，一般由24脈沖系列、3O脈沖系列、42脈沖系列、48脈沖系列等構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網(wǎng)側的電流波形（網(wǎng)側電壓電流諧波指標滿足IEEE 519一l992和GBT/14549-93的要求）．使其負載下的網(wǎng)側功率因數(shù)接近1，無需任何功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。由于變壓器副邊繞組的獨立性．使每個功率單元的主回路相對獨立．類似于常規(guī)低壓變頻器．便于采用現(xiàn)有的成熟技術。
（3）輸出側結構：輸出側由每個功率模塊的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．可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好dv/dt?。畬﹄娎|和電機的絕緣無損壞．無須輸出濾波器就可以延長輸出電纜長度．可直接用于普通電機。同時．電機的諧波損耗大大減少．消除負載機械軸承和葉片的振動。當某一個功率模塊出現(xiàn)故障時．通過控制使輸出端子短路．可將此單元旁路退出系統(tǒng)．變頻器可降額運行．由此可避免很多場合下停機造成的損失。
（4）控制器：控制器由高速單片機、嵌入式人機界面和PLC共同構成 單片機實現(xiàn)PWM控制、嵌人式人機界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面．同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制內(nèi)置PLC則用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理．可以和用戶現(xiàn)場靈活接口．滿足用戶的特殊需要。
變頻器可運行于閉環(huán)模式或開環(huán)模式。在開環(huán)模式下．運行頻率南界面設定或通過DCS（或PLC）設定（數(shù)字方式或模擬方式） 在閉環(huán)模式下?？梢栽O定并調(diào)節(jié)被控量（比如壓力）的期望值．變頻器根據(jù)被控量的實際值自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率．控制電機的轉(zhuǎn)速．使被控量的實際值自動逼近期望值控制器可與上級DCS系統(tǒng)直接連接．對變頻器進行啟動、停車、急停、報警或設定運行頻率。
應用效果
主要應用效果如下：①使用變頻器后風機可以實現(xiàn)變頻軟起動．避免了起動電流的沖擊．不僅對電網(wǎng)沒有任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止；②使用變頻器后，風機的送風量不再需要由風門來調(diào)節(jié)．而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)．調(diào)節(jié)范圍可以從0%～l00%．可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風量，減少了不必要的浪費：③變頻節(jié)能運行，節(jié)約了大量能源 使用變頻器后．不再使風機一直處于滿負荷工作狀態(tài)．節(jié)能率非常高：④ 由于高壓變頻器能平滑調(diào)節(jié)電機負載的轉(zhuǎn)速．使之與原來相比在較低轉(zhuǎn)速下運行．從而大大減少了負載以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設備的使用壽命：⑤ 高壓變頻器為高一高電壓源型單元串聯(lián)多電平結構．功率因數(shù)可高達0.95．不僅無需功率補償．還可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)．減少了無功損失．減少了線損：⑥系統(tǒng)完善的監(jiān)控性能和高可靠性提高了工作效率．可實現(xiàn)參數(shù)的實時恒定運行．提高了系統(tǒng)運行的**穩(wěn)定性．減少了檢修和維護的工作量。
高壓變頻器的使用不僅能取得顯著直接的經(jīng)濟效益，還具有較好的間接經(jīng)濟效益。從節(jié)能角度看．在SO2風機中采用高壓變頻器調(diào)速．年節(jié)電率能達到30%以上。目前在各行各業(yè)．如火力發(fā)電、城市供水、石油、化工、冶金、水泥等行業(yè)也越來越多的得以應用，應用前景十分廣闊。PLC控制技術、Profibus總線技術和高壓變頻技術的**結合．使得集成自動化程度高．運行穩(wěn)定，操作簡單，節(jié)能效果更加明顯。
