高压大功率变频器在制药行业的应用

　　1、引言

　　山东齐发药业为山东齐鲁制药厂下属企业，设计有压力东站和压力西站相互配合向发酵罐送风。其中压力东站有四台2800KW/10KV电机分别拖动四台鼓风机，四台电动机分别是水电阻降压启动，启动电流很大，启动电流是额定电流的3—5倍，对电厂高压开关装置 是一个很大的冲击，不能达到安全供电的要求。其中有一台鼓风机通过调节进风口阀门来调节空气压力满足工艺要求，大量电能在阀门上白白浪费。

　　为了改善系统运行的安全性和节能降耗的目的，山东齐发药业经多方调研考察，认为风光JD—BP38型高压大功率变频器为直接高—高，电压源型变频器，采用功率单元串联方式，谐波小，功率因数高，特别在工变频转换过程采用相位调整法控制切换电流，使切换电流所带来的冲击小于额定电流，在双方技术人员的努力配合下，共同制定了西站风机的变频控制方案。

　　2、齐发药业西站设备介绍

　　根据山东齐发药业有限公司的意见，决定将西站1#、2#、3#、4#四台机组采用变频调速改造，采用一拖四的方案。即高压变频器拖动四台机组的任何一台，当运行频率达到50HZ，然后变频器将其切换到网电工频运行；然后再拖动另一台，当运行频率达到50HZ，变频器再把其切换到网电工频运行；最后变频器拖动第三台变频运行，通过调节频率来调整空气压力满足工艺要求。第四台机组作为备用，当其它三台机组有一台出现故障时，把变频器拖动的机组切换到网电工频运行，变频器拖动第四大台变频运行。四台机组同型号同功率。其主要参数如下：

　　（1）电动机

　　型号：Y710—2

　　额定电流：196A

　　额定电压：10KV

　　额定转速：2987r/min

　　额定频率：50HZ

　　功率因数：0.86

　　（2）加速器

　　型号：CYD—350—2800/203

　　主轴转速：2950r/min

　　速比：1：2.035

　　从动转速6005r/min

　　（3）鼓风机

　　型号：DJK800—250/97

　　入口压力：97KP

　　排气压力：250KP

　　入口流量：800m3/min

　　工作转速：6650r/min

　　电机功率：2800KW

　　3、风光牌JD—BP－2800F高压变频器功能介绍

　　（1）主要指标

　　额定输入电压：10KV（-20%—+15%）

　　额定输出电流：202A

　　输入频率：45—55HZ

　　输入方式：36脉冲二极管全波整流输入

　　输出方式：每相13单元 载波移相 正弦波脉宽调制输出

　　输入功率因数 大于0.96（额定负载）

　　效率（含变压器） 不小于96%（额定负载）

　　输出频率：0—60HZ 0—100%连续可调

　　频率分辨率：0.01HZ

　　过载能力 〈105%长期运行 120%—150%一分钟保护 〉150%立即保护

　　控制电源 双路供电 220VAC 10KVA

　　（2）JD—BP38—2800F高压变频器主要技术性能

　　①高—高电压源型变频器，直接10KV输入，直接10KV输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。

　　②输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置。

　　③输出阶梯正弦PWM波形。

　　④高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离安全可靠。

　　⑤完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警。

　　⑥内置PLC，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变要求。

　　⑦采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。

　　⑧采用准优化SPWM调制技术，电压利用率高。

　　⑨采用数字微处理控制器，具有就地监控方式和远程监控方式，在就地监控方式下，通过触摸屏键盘和其显示，可进行就地启动、停止变频器，可以调整频率，控制部分采用全中文操作界面，彩色液晶触摸屏，各种功能参数设定均采用中文，远方监控方式为在控制室配上位机进行变频器的控制，与现场触摸屏相互冗余。

　　（3）变频器系统介绍

　　系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。其结构如图所示：

　　

　　每相采用低压功率单元串接组成，功率单元由一个绕组的隔离移相变压器供电，每相由低压叠加而产生所需要的高压输出，以高速微处理器实现控制和子微处理器进行通信，风光JD－BP38－2800F高压变频器，变压器有39组副边绕组，分为13个功率单元/相，三相共39个单元，采用36脉冲整流，每个功率单元结构上完全一致，可以互换，输入输出谐波均能满足国家标准，GB/T14549－93对电压和电流失真的要求，对电网污染小，输入电流谐波小于4%，噪音低，温升低，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。

　　4、系统控制方案

　　（1）一拖四电气系统主回路接线图如下：

　　

　　QF：变频器高压断路器

　　1QF1、2QF1、3QF1、4QF1：原工频高压断路器

　　K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9：隔离开关

　　KM1、KM2、KM3、KM4：变频器输出真空接触器

　　1QF2、2QF2、3QF2、4QF2：原水阻起动柜检修断路器

　　1QS、2QS、3QS、4QS：原水阻起动柜隔离开关

　　1SR、2SR、3SR、4SR：原水电阻

　　PT1、PT2：高压互感器

　　其中KM1、KM2、KM3、KM4相互互锁，K2、K4、K6、K8相互互锁，KM1与1QF1互锁，KM2与2QF1互锁，KM3与3QF1互锁，KM4与4QF1互锁。

　　（2）工变频转换过程，（以转换M1电动机为例）变频器送上控制电源，把K1K2K3合上，合上星点1QF2，从高配室把QF闭合，1QF1储能处在合闸状态，这时KM1闭合，变频器处于就绪状态，可以开机运行，根据现场可以选择就地或是上位机开机，变频器开机后按设定上升时间上升到50HZ，同时给出转工频信号，提示现场工作人员可以切换到工频，如果操作人员根据现场状况判断可以切换，则按“转工频”按钮，系统将自动断开KM1,合上1QF1的合闸线圈，转工频完成，变频器自动停下来。变频器通过PT1、PT2来检测变频器的相位和工频相位，通过调整变频器的输出相位，使其输出相位与工频相位一致。

　　5、变频器运行情况

　　2006年12月，山东齐发药业有限公司与山东新风光电子签定了一套一拖四高压变频器，于2007年3月完成了变频器系统的安装调试工作，于2007年4月正式投入运行，高压变频器与原系统相比较，主要有以下优点：

　　（1）运行稳定、安全可靠。从变频器顺序投入运行半年以来，对变频器功率单元温升、输入变压器温升、输出电压、输出电流等各项参数通过定期巡检，均正常。变频器运行十分稳定，为药业生产提供了强有力的保证。

　　（2）电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求，在整个运行范围内电机运行平稳，温升、振动正常，风机启动时噪音和启动电流在额定电流以内，保护了电厂高压开关，延长了高压开关的使用寿命。

　　（3）工变频转换无冲击。变频器拖动一台电机运行到50HZ时，转换到工频运行，在切换过程中，切换电流与正常运行电机电流几乎一样，对电网的冲击大大减小，提高了系统的安全性，也提高了电机的使用寿命。

　　（4）节能效果显著，大大降低了电耗。为了对系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析，变频改造前后工况相同，随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行，采用阀门调节风量，网侧计量耗电量，然后将系统切换变频运行，计量耗电量，具体数据如下表：

　　

　　通过上表可以看出，系统改种过前后节电量每天6100KWH，节能交果显著。

　　6、结束语

　　总之，山东新风光电子科技发展公司生产的JD－BP38－2800F高压变频器在药业西站风机改造是成功的，减小了原系统的冲击电流，达致函安全供电的要求，并且节能效果显著，使用表明JD－BP38系列高压大功率变频器具有巨大的推广使用价值。

　　作者：

　　1、张丙建，男，工程师，山东新风光电子科技发展有限公司副总工助理。

　　2、张向阳，男，工程师，浙江易嘉节能设备有限公司技术部经理。

　　参考文献：

　　1、山东新风光电子JD－BP38－2800F高压变频器调速系统齐发药业送风系统调试大纲。

　　2、JD－BP38－2800F高压变频器运行报告。