變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的選擇及運(yùn)用

何子春，李養(yǎng)俊， 張 強(qiáng)，涂 偉

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的選擇及運(yùn)用

何子春，李養(yǎng)俊， 張 強(qiáng)，涂 偉

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

變頻器由于其獨(dú)特的調(diào)功、調(diào)速優(yōu)點(diǎn)和顯著的節(jié)能效果使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的不同場(chǎng)合。通過某多晶硅廠變頻器的選型實(shí)例，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果為依據(jù)，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上較為全面地分析了變頻器的選型原則和方法，為變頻器選型提供借鑒或參考。

變頻器； 工業(yè)生產(chǎn)； 選擇； 運(yùn)用

0 引言

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，交流調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)，尤其是變頻傳動(dòng)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。變頻器由于在適應(yīng)性強(qiáng)、選擇模式多、功率調(diào)節(jié)平滑、節(jié)能效果好和對(duì)電網(wǎng)的沖擊小等方面的顯著優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了提高變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用效能，有必要對(duì)其選擇和配置做深入的分析和研究。文中列舉了某多晶硅廠釜液泵變頻器的選擇及運(yùn)用實(shí)例，并針對(duì)此變頻器調(diào)試過程中出現(xiàn)的型號(hào)選擇、電源配置和電纜聯(lián)接等問題，進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，也獲得了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 設(shè)備及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某多晶硅廠設(shè)計(jì)有三臺(tái)160kW的釜液泵，三臺(tái)釜液泵采用母管制連通，正常情況下采用“一用兩備”的運(yùn)行模式，即當(dāng)運(yùn)行的泵故障停機(jī)或人為切泵時(shí)，可以隨時(shí)啟動(dòng)其它兩臺(tái)泵中的任一臺(tái)，達(dá)到維持系統(tǒng)穩(wěn)定、保證連續(xù)生產(chǎn)之目的。釜液泵主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 釜液泵主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of fluid pump

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

2.1 原設(shè)計(jì)變頻器技術(shù)參數(shù)

原設(shè)計(jì)選用某公司ACS510-800-04型變頻器，此變頻器主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 變頻器主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters of frequency converter

2.2 變頻器設(shè)置及試驗(yàn)結(jié)果

按變頻器用戶指導(dǎo)書輸入屏蔽泵電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)，并設(shè)置為V/F啟動(dòng)模式，啟動(dòng)時(shí)間暫按30s設(shè)置。啟動(dòng)前先關(guān)閉出口閥并采用就地控制啟動(dòng)方式。啟動(dòng)過程中逐漸開啟出口閥，觀察就地電流表指示和運(yùn)行情況。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 變頻器試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 The test data of frequency converter

試驗(yàn)過程中，屏蔽泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，雖然流量增幅很小，但屏蔽泵電流增幅很大，當(dāng)流量只有額定流量（150m3/h）的1/5左右時(shí)，屏蔽泵的電流達(dá)到甚至超過額定電流（350A）；再增加負(fù)荷，變頻器發(fā)出過載報(bào)警并延時(shí)停機(jī)。經(jīng)多次試驗(yàn)，結(jié)果均大同小異，據(jù)此可做如下判斷：

（1）變頻器的設(shè)計(jì)選型錯(cuò)誤：雖然變頻器的輸出功率與屏蔽泵額定功率（160kW）匹配，但在60Hz（額定轉(zhuǎn)速）時(shí)變頻器的輸出功率無法滿足屏蔽泵的額定工況要求。

（2）變頻器的安裝位置和動(dòng)力電纜設(shè)計(jì)不合理：變頻器距離屏蔽泵太遠(yuǎn)（320m）、動(dòng)力電纜設(shè)計(jì)載流截面小，導(dǎo)致電纜壓降很大（23V），加上雜散電流加大，使得屏蔽泵輸入電壓下降，導(dǎo)致負(fù)荷電流劇增。

為滿足工藝要求，必須更改變頻器的設(shè)計(jì)和選型，安裝位置、電源供給方式也必須做相應(yīng)的調(diào)整。

3 變頻器的選型原則

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，變頻器選型必須從額定輸出功率和輸出電流兩方面加以考慮，參考變頻器相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)[1]和[2]要求，歸納總結(jié)變頻器的選型原則如下：

3.1 變頻器功率匹配原則

（1）對(duì)于運(yùn)行在工頻及以下頻率的電動(dòng)機(jī)，變頻器功率與電動(dòng)機(jī)功率基本相當(dāng)時(shí)，運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)，也利于變頻器高效率運(yùn)行。

（2）當(dāng)變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，變頻器的功率應(yīng)盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。

（3）對(duì)存在頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)工況的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，須選取大一級(jí)的變頻器，如160kW釜液泵宜選擇200kW的變頻器，以適應(yīng)復(fù)雜工況和高可靠性的工藝需求。

（4）若電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有裕量，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要保證啟動(dòng)電流不致變頻器過載保護(hù)動(dòng)作。

3.2 變頻器容量匹配方法

3.2.1 公式計(jì)算法

變頻器電流選擇可按經(jīng)驗(yàn)公式：

式中 Icn—變頻器最大輸出電流，A；

k—可靠系數(shù)，通常取1.05-1.1；

In—電機(jī)額定電流，A。

變頻器功率選擇可按經(jīng)驗(yàn)公式：

式中 η—電動(dòng)機(jī)效率，通常取0.9；

Scn—變頻器容量，kVA；

Pn—電動(dòng)機(jī)功率，kW；

cos?—功率因數(shù)，通常取0.8。根據(jù)公式（1）和公式（2），可計(jì)算所選釜液泵變頻器額定電流和額定功率，即Icn=368A，Scn=200kW，能夠滿足釜液泵額定電流350A和額定功率160kW的技術(shù)指標(biāo)，從而說明此變頻器的選型是科學(xué)合理的。

3.2.2 電機(jī)額定電流法

變頻器容量選擇力求變頻器的輸出電流與電機(jī)的負(fù)載電流最佳匹配，一般較安全實(shí)用的辦法是：變頻器的輸出電流稍大于或等于電機(jī)的額定電流（取1.05-1.1In）。對(duì)超過工頻（50Hz）運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備，首先要滿足變頻器輸出電流大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流的選擇條件，其次再考慮功率匹配問題。

4 變頻器變更方案及試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 變頻器變更方案

考慮到釜液泵介質(zhì)密度大（1.4左右），運(yùn)行工況復(fù)雜，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝的產(chǎn)量、質(zhì)量、連續(xù)性和可靠性影響巨大，按照3.1、3.2小節(jié)所述的選型原則，經(jīng)過咨詢比對(duì)，最后選定MICRO MASTER440 6SE6440-2UD42-0GA0 型 變 頻 器 （In：370A，Pn：200kW），且將變頻器移至釜液泵近旁（電纜長度50m左右，距離400V配電室320m），動(dòng)力電纜改用三根ZR-YJV-3×120+2×70電纜。新改型變頻器主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 新改型變頻器主要技術(shù)參數(shù)Tab.4 Main technical parameters of new inverter

變頻器采用V/F啟動(dòng)方式，恒轉(zhuǎn)矩控制方式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.5 Load test data

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）在釜液泵的額定流量工況下變頻器輸出電壓與泵的銘牌額定電壓（380V）基本一致，但輸出電流小于變頻器額定輸出電流（370A），與銘牌參數(shù)比較還留有5.7%的電流裕度。

（2）變頻器工頻電源輸入電纜截面增大，使得電纜壓降大幅減小（5V），而且變頻器輸出電纜長度的縮短，雜散電流變小，使得釜液泵輸入電源電纜壓降也大幅減小，釜液泵也未發(fā)生過載現(xiàn)象。

綜上可以判斷，此型變頻器與釜液泵負(fù)載電流及功率匹配良好，參數(shù)設(shè)置恰當(dāng)，實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與釜液泵的銘牌數(shù)值較為符合，完全能夠滿足釜液泵額定工況運(yùn)行的要求，而且還留有適當(dāng)?shù)倪^載裕量，所以變頻器的選型和系統(tǒng)聯(lián)接均是科學(xué)合理的。

5 結(jié)語

變頻器的科學(xué)合理選型決定了其在工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。文中針對(duì)變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提出了幾種匹配選型方法，供相關(guān)從業(yè)者參考。至于其它特殊用途的變頻器還應(yīng)根據(jù)特定工況要求，權(quán)衡利弊，科學(xué)選配，以發(fā)揮其最大安全經(jīng)濟(jì)效能。

[1]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005：56-83．

[2]李方圓.變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：中國電力出版社，2006：107-131．

Selection and Application of Frequency Converter in Industrial Production

HE Zichun， LI Yangjun， ZHANG Qiang， TU Wei（Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030,China）

Frequency converter is widely used in industrial production because of its unique characteristics of power regulation,speed regulation and remarkable energy saving effect.This paper takes the selection of frequency converterin a polycrystalline silicon plantas an example.Based on analyzing the test data and field operation results and summingup experience,itcomprehensively analyzed the selection principle and method which can be used as reference for the selection of frequency converter.

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TN773

B

2095-3429（2017）05-0069-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.017

2017-07-31

何子春（1971-），男，甘肅慶陽人，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，長期從事高低壓電氣試驗(yàn)和發(fā)電廠啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)工作，目前主要從事技術(shù)監(jiān)督管理工作；

李養(yǎng)俊（1985-），男，甘肅慶陽人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事電氣試驗(yàn)和技術(shù)監(jiān)督管理工作。