高壓離心機組變頻器改造技術分析

呂強

（北京生物制品研究所有限責任公司，北京 100176）

0 引言

隨著我國社會的快速發展，高壓離心機組變頻器已經運用到各個領域。對高壓離心機組變頻器進行相應的改造，不僅節能減排，還要促進能源的有效轉化，同時對改造項目的投資也能實現預期的經濟效益。重視高壓離心機組變頻器的改造，既可以保證高壓離心機組變頻器能夠更好地應用在各個領域，而且還可以改善這類工程的建設效果，并在使用高壓變頻器時提高潛在價值，讓它在制造實踐中可以很好地發展。在實際應用中，高壓離心機組變頻器復雜性造成其可維護性較差。因此，必須要對高壓離心機組變頻器進行改造技術分析，尋找良好的改造技術和方法，讓高壓離心機組變頻器能夠更好地應用在各個領域，推動高壓離心機組變頻器的發展。

1 高壓變頻器的原理分析

在這種耐低溫高壓強的大功率直流晶體管不斷快速發展和廣泛應用的市場背景下，許多大型企業都已經開始考慮采用新型高壓直流變頻器，將一臺高壓變頻電動機與高壓變頻控制器中的輸出信號進行直接并聯連接，實現高壓電動機轉矩與運行速度的自動控制。系統一般采用的是主流旁路工頻功率高壓直流旁路功率變頻器，該高壓變壓器包括主流高壓旁路控制柜、功率柜和高壓逆變、蒸餾機和直流變壓器等，部分以能夠滿足不同客戶實際應用要求的單元件為主要設計方案基礎，配備配套的采用主流高壓旁路功率工頻高壓切換柜，一旦主流高壓旁路變頻器在正常工作運行中系統發生故障出現主流旁路工頻問題，可以及時重新啟動旁路切換柜或返回到采用主流旁路工頻高壓旁路平臺運行。功率開關控制電路單元開關器件主要包括了IGBT三相逆向開關電變橋、濾波器和開關電容器、三相逆變橋式開關電源管和整流器等，也就是可以直接涉及由它的開關光纖通信數據通信、信號處理數據采集、功率控制單元以及器件的開關電源和驅動等組成相關功率控制電路。高壓變頻器的特點如下：①變頻調速范圍內啟動時間短，啟動電流小并且啟動平穩，真正實現零到全速的平滑無極調速，對電網及電機無沖擊，可減少機械磨損，延長機械使用壽命；②操作方便維護簡單，無需設置調節擋板、節流閥，避免了節流帶來的能量損耗，只要調節頻率即可改變電動機轉速；③采用變頻調速不僅降低風機、水泵設備的故障率，減少維修費用的投入，同時也提高了系統調節品質，并且節電效果明顯。

2 離心機組變頻器配套設計及運行狀況

離心機組變頻器的夏季運行總負荷量的配置綜合設計，一般來說都是按照夏季每條生產線最大運行程度負荷變化運行時的工況，并且還需要同時預留一定最大程度的能裕量的總負荷情況作為設計依據來進行綜合設計的，設計者同時來說還要根據夏季每條生產線每個夏季運行工況周期程度負荷運行工況程度變化時的負荷情況及每個夏季運行程度周期負荷工況程度負荷變化等級評定中的負荷特殊要求等因素來綜合考慮夏季負荷量的配置。在實際的現代工業生產以及工業應用過程管理操作過程中，冷水機組的內部整體工作運行和熱處理負荷長期處于較大動態變化。如每天早晚，每季每月季節交替，每年每月每季輪回，環境以及室內氣溫都有季節性的變化等各種因素對變頻機組的動力設備正常運行量和設備負荷量的變化速度影響很大。因此，離心機組變頻器的設計至關重要，能夠決定該設備是否能夠抵御各種因素的干擾，從而能夠更好地保證電力的正常供給。離心機組變頻器的設計和運行狀況十分重要，關乎著離心機組變頻器的安全運行。必須要加強對離心機組變頻器技術的研究，提高離心機組變頻器抗干擾能力，保證離心機組變頻器能夠安全、穩定地運行。電機都長期固定在高速進行工頻冷水運轉時的狀態下全速定向旋轉自動運行，盡管兩種控制傳動系統主要分別采用了自動切換扇門和高速換檔電路板自動節流運行控制兩種方式，但這種自動扇門式可調節自動節流控制方式僅僅只是為了有效改變工頻冷水設備流通的一定流動性和阻力，其大部分設備工作負載時間段的正常運行效率和管理效率相對較低，造成大量的人力資源、能量消耗或者浪費，如果一些新能源機釆廠沒能及時采取有效節流控制措施，提高工頻冷水控制設備的正常工作運行效率和管理效率，減少這部分的用電能源的損耗，則一定會使其收到很大的經濟節能環保效果[1]。

3 離心式冷水機組變頻器節能原理分析

變頻器調速是一種高效而又節能的可調速變頻裝置，應用廣泛，在不同的變頻應用和場合中它可以同時體現不同的調速功能，以便于達到不同的使用目的，同時還可以有效提高變頻設備的精確度和控制能力并有效節約剩余電能，延長變頻設備產品使用壽命，降低生產經營成本。變頻器除了在環保節能上的巨大優勢外，它的高速啟動控制性能也十分優異。在起動電機的軟啟動工作過程中，用高壓變頻器驅動實現電機軟啟動，可以有效克服新型工頻機車起動時電機引起的大電流功率過大振動造成的內部機械振動沖擊，并大大減少了對進入電網及起動電機本身的機械沖擊，對供電設備的安全保護及保證電網的穩定正常運行都可以起到很大的促進作用。離心式高壓冷水機組可以采用離式變頻器快速拖動，主要從2個功能方面可以實現快速節能：一則是部分較大負荷冷水運行正常狀態下的快速節能；二則是低溫度冷卻水一定溫度下的快速節能。

3.1 部分負荷狀態下運行的節能

離心式高壓冷水機組幾乎已經有九成的設備運行是長時間在部分額定負荷正常工況下的狀態下運行的。一般而言，在部分較大負荷工作狀態下，離心式高壓冷水機組就是可以直接用來調節風扇導流量和葉片風扇開度的一種方式，調節整個離心式冷水機組的實際制冷量。在70-90%部分時間負荷的溫度時，其能耗可以直接達到最高的時間制冷散熱效率，當部分負荷溫度降低，則每個單位時間制冷量的實際能耗將小幅度地上升。通過配合使用高壓變頻器的調速控制裝置，能有效優化導流電機葉片轉速和降低導流電機葉片的轉動開度，讓一臺離心式高壓冷水機組的正常運行電機轉速盡可能地降低，而使它的節能環保效率同時達到最高，減小電源能耗[2]。

3.2 離心機組變頻器節能改造分析

許多大中型發電廠已經使用頻率轉換技術來創建節能技術的變體。不僅實際節能效果明顯，而且系統安全性得到改善，沒有操作風險。本文研究了由節能技術轉換器原理、先進技術、移相變壓器、控制器等國家能源技術有限公司生產的LOVOL系列智能高壓節能裝置（逆變器）的成熟穩定性。高壓驅動器提供模塊化設計，出色的兼容性、可維護性，低噪音，并且不會引起電機轉矩波動，對電動機沒有特殊要求。

4 變頻器應用于電機驅動節能原理及效率

機械設備在對其本體進行部件加工或在設計配套專用驅動器的部件及其專用驅動器的特殊工作專用電機及其動力時，都首先應該充分考慮到它是按照其實際要求進行最大化的額定特殊工作專用電機在其動力負荷承載下的負荷、在最復雜的特殊額定操作電機工況下的額定工作電機動力承載條件下，再適當根據實際需要事先為其預留一定的特殊工作電機動力承載負荷及其余量后再配套為其專用驅動器的部件加工設計[3]。在這種沒有家用電機頻繁快速直接頻繁啟動的正常實際使用條件情況下，若家用能源電機系統設備沒有采用大型直流電源工頻器或高壓起動交流電源直接使用起動電機進行頻繁快速起動時，因頻繁啟動時的電機額定電流一般大約為普通家用電機頻繁起動時時額定電流的6～7倍，導致額定電流一方面嚴重的損失會直接浪費電源系統設備整機起動額定設備電力，增加系統整機家用電源系統設備電能損耗，另一方面也對整個家用配電站的系統電源設備和其他大型家用配電站的專用無線網絡連接造成較大的磁動和沖擊，影響整個配電系統設備的正常運行使用壽命。而且在實際當中運用一臺自動調速變頻器時就同樣也可以隨著作為一臺電機啟動快速電機的額定電流啟動工作頻率不斷加速而隨時都可以有這種相應性直接的自動，同時提高額定電流啟動快速電機工作頻率和額定停機工作電壓，啟動快速電機上的額定電流被直接地應用于容量限制在150%左右的一臺啟動電機快速啟動系統額定電流下，實現一臺啟動電機平滑快速啟動電機額定啟動，啟動快速電機上的額定電流大約可以限制在作為一臺啟動電機快速啟動系統額定電流的1.2～1.5倍，啟動轉矩為70%～120%額定轉矩。對于那些需要具有完全采用帶轉矩自動高速高頻差流穩壓電容增加電流變頻器的負載和帶啟動轉矩功能的高速差流電壓增加變頻器，啟動轉矩一般可以控制范圍為100%以上，還同樣由于可以輕松實現具有帶全轉矩驅動增加負載高速變頻啟動[4]。

5 結語

離心式高壓冷水機組系統采用高速變頻自動調速機電控制驅動方式并經改造后，通過對不同的高溫季節冷水氣溫及不同的設備生產負荷效率需求而及時自動作出相應自適應的變速調節，節能運行效果顯著，同時也間接性地提高了冷水設備節能運行管理性能，主要表現以下幾個方面：①在生產負荷效率低于70%時的工況節能運行，設備節能運行管理效率及資源節能利用效果顯著，經濟效益十分明顯；②不斷提高電網設備的電流啟動維護性能及最大功率驅動因數，避免大量的電流設備啟動對整個配電站及網絡設備造成巨大沖擊，減少對各配電網設備容量的維護投入[5]；③為了提高冷水設備正常運行的噪聲機械振動性能，消除傳統離心式高壓冷水機組設備運行在低溫度負荷區域所產生的振動噪聲及機械喘振，延長冷水設備的連續使用壽命，間接減少了冷水設備檢修維護費用，充分滿足了設備生產工藝中的要求。