摘 要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在淄博錦江環(huán)保能源有限公司鍋爐引風機上的應用情況，介紹了電機變頻調(diào)速的原理以及其節(jié)能原理，對節(jié)能效果進行了分析。

1 引言

　　2006年淄博市與杭州錦江集團達成合作協(xié)議，錦江集團采用BOT形式投資2.7億元建設了淄博錦江環(huán)保能源有限公司，2007年3臺循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐和2臺發(fā)電機組安裝到位，建成并進入了運行階段。目前，該公司每天處理來自張店區(qū)和高新區(qū)的生活垃圾，日處理量可達1000噸，全市除了博山區(qū)、沂源縣因路途較遠外，其他區(qū)縣都將把生活垃圾運抵垃圾焚燒發(fā)電廠集成處理。屆時，淄博市的垃圾無害化處理率將達到90%以上。目前日發(fā)電量可達50萬度、項目采用國內(nèi)外先進的技術，可有效減少污染物的排放。

　　在熱電廠發(fā)電過程中鍋爐風機是耗能的主要負載。所以為了實現(xiàn)發(fā)電過程中電能的合理節(jié)約，希望可以將1#鍋爐通過變頻裝置進行節(jié)能拖動。

2 電機變頻調(diào)速以及節(jié)能原理

　　根據(jù)電機的轉速特性n=60f(1-s)/p可以得出，改變電機的轉速，基本上有三個方法：改變頻率，改變轉差率或改變磁極對數(shù)。轉差率是電動機的定子磁場轉速與轉子轉速的差與定子磁場的轉速的比值

　　由風機的壓力—風量特性曲線如下圖：

圖1 風壓于風量的關系曲線

　　在圖中R1、R2為管路特性曲線，N1、N2為風機轉速。

　　根據(jù)現(xiàn)場情況，為了保持風量保持Q2不變，先將風門完全打開，此時管路特性曲線由R1變?yōu)镽2，即由A點變?yōu)锽點，這樣風量變大，為Q1，同時在轉速配合下調(diào)整風量，使風量由Q1變回Q2，這樣可使在同樣的風量消耗最小的功率，但此時風量不變風壓減小。

　　根據(jù)風機特性可知：

　　風量與轉速成正比，即Q1/Q2=N1/N2

　　風壓與轉速的平方成正比，即H1/H2=(N1/N2)²

　　風機的軸功率與轉速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

　　假設現(xiàn)場情況原風門開度為30℅，改造后需調(diào)為100℅，即風門完全打開，根據(jù)風量與轉速的關系有：Q1/Q2=10/3 ，根據(jù)實際和經(jīng)驗我們知道，實際風量并不是原來的三倍，而小于三倍，大約為2.8倍左右，由此N1/N2=1/2.8，如果調(diào)整轉速，我們知道電機轉速與電機輸入的電源頻率基本成比例，中間存在轉差率的關系，基本上有f1/f2=1/2.8，即使用變頻時，假設原來運行工頻50Hz，變頻運行到18Hz即可達到同樣的風量。考慮到電機和風機間的傳動效率和變頻器的現(xiàn)場使用經(jīng)驗，頻率一般需要調(diào)整到30Hz左右，能使變頻器達到較佳狀態(tài)。

　　相對工頻節(jié)能計算為：

　　(P1-P2)/P1=1-P2/P1

　　根據(jù)上述可知功率與轉速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

　　(P1-P2)/P1=1-P2/P1=1-(N2/N1)³=1-(30/50)³=78.4℅

　　看出轉速調(diào)節(jié)的節(jié)能空間很大。

3 現(xiàn)場負載情況

　　3.2引風機工藝要求

　　引風機是熱電廠的鍋爐生產(chǎn)工藝中重要的組成部件。引風機輸送的介質(zhì)是煙氣，最高溫度一般不得超過250度。鍋爐結構復雜，還有煙氣的除塵、脫硫設備，煙氣阻力較大，利用引風機排煙才能排除煙氣，同時引風機也造成鍋爐本體的燃燒室的需要的負壓。

　　所以，一方面生產(chǎn)工藝要求變頻器必須安全可靠運行穩(wěn)定，連續(xù)不間斷正常運行;操作簡單，可以實現(xiàn)遠程DCS控制;頻率可調(diào)度2-50Hz;適應電網(wǎng)電壓波動能力強;保護功能完善;要求節(jié)能效果明顯。另一方面，負載為離心式引風機，要求變頻器啟動和停止時能適應離心式引風機的較大的轉動慣性，減小對電網(wǎng)電壓的影響，對電機有必要的保護，有助于延長電機的使用壽命。

　　1#鍋爐的引風機用變頻器控制，希望達到節(jié)能的目的。經(jīng)多方調(diào)研，最終選用國產(chǎn)變頻器中國名牌產(chǎn)品——風光牌高壓變頻器。

4 風光JD-BP37系列高壓變頻器結構

　　風光JD-BP37系列高壓變頻器輸入側由移相變壓器給每個單元供電，每相5個單元組成，每個功率單元都承受電機電流、1/5的相電壓、1/15的輸出功率。15個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，可實現(xiàn)多重化，降低了輸入電流的諧波成分。

　　輸入移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成 36脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數(shù)接近1， 輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于4%。

　　控制器核心由高速 32 位 DSP 芯片和嵌入式工控機協(xié)同運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。嵌入式工控機提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作人機界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制?？删幊炭刂破?PLC)用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性。其結構如圖2所示。

圖2 高壓變頻器系統(tǒng)結構圖

　　功率單元電路采用交—直—交逆變電路，整流側為六支二極管實現(xiàn)三相全波整流，逆變側由四支IGBT組成全橋逆變電路，通過SVPWM控制方法，控制兩路IGBT 逆變橋?qū)崿F(xiàn)直流到交流的逆變過程。電路結構如圖 3 示。

圖3 功率單元主電路結構圖

　　功率單元的結構都如上圖所示，完全一樣，可以互換。這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟。假如一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動通過可控硅旁路而整機可以暫時降額工作，直到緩慢停止運行。

　　每個單元的 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，可得到如圖 4 所示的階梯 PWM 波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

圖4 變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形圖

5 節(jié)電率計算

　　通過調(diào)節(jié)風門的出口擋板調(diào)節(jié)風量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費在閥門上。采用變頻器拖動電機的方式，閥門調(diào)到全開的位置，通過改變電機輸入電壓的頻率來調(diào)節(jié)電機的轉速，消除了消耗在閥門上的能量。

　　電廠用電率是發(fā)電廠重要的經(jīng)濟指標之一, 降低電廠用電率可以降低發(fā)電成本, 提高發(fā)電廠的經(jīng)濟效益, 引風機電動機這類大功率高壓電氣設備,往往能耗大, 效率低, 直接影響廠用電率的高低。

　　根據(jù)其生產(chǎn)工藝實際運行情況調(diào)節(jié)閥門后，工頻時電機運行的平均電流在 59A左右，電機本身的功率因數(shù)是0.82。

　　工頻運行的平均功率計算：

　　P工 =1.732×6×59×0.82=502.76KW

　　W工=451.64×24=12066.36 KW·h 。

　　變頻方式拖動電機時，將風門全部打開，變頻器運行在輸出頻率30Hz已經(jīng)達到同樣的工藝要求。變頻器的輸入電流平均值為 35A 左右。變頻器的功率因數(shù)是0.98。

　　變頻運行的平均功率計算：

　　P變 =1.732×6×35×0.98=356.45KW

　　W變=356.45×24=8554.69 KW·h

　　節(jié)電率計算：

　　( P工 -P 變 ) / P 工 =29.1% 。

6 結束語

　　近4個月的運行情況來看，山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP37 -710F 高壓大功率變頻器性能優(yōu)越，可靠性高，節(jié)能效果顯著，變頻系統(tǒng)滿足了連續(xù)生產(chǎn)的需要，并展現(xiàn)了其性能具有無可比擬的優(yōu)越性。

參考文獻

　　[1] 山東新風光電子使用手冊 [Z]. 山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。

　　[2] 山東新風光電子 JD-BP37-710F 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試大綱。