摘 要：本文介绍了风光牌高压变频器在淄博锦江环保能源有限公司锅炉引风机上的应用情况，介绍了电机变频调速的原理以及其节能原理，对节能效果进行了分析。

1 引言

　　2006年淄博市与杭州锦江集团达成合作协议，锦江集团采用BOT形式投资2.7亿元建设了淄博锦江环保能源有限公司，2007年3台循环流化床垃圾焚烧锅炉和2台发电机组安装到位，建成并进入了运行阶段。目前，该公司每天处理来自张店区和高新区的生活垃圾，日处理量可达1000吨，全市除了博山区、沂源县因路途较远外，其他区县都将把生活垃圾运抵垃圾焚烧发电厂集成处理。届时，淄博市的垃圾无害化处理率将达到90%以上。目前日发电量可达50万度、项目采用国内外先进的技术，可有效减少污染物的排放。

　　在热电厂发电过程中锅炉风机是耗能的主要负载。所以为了实现发电过程中电能的合理节约，希望可以将1#锅炉通过变频装置进行节能拖动。

2 电机变频调速以及节能原理

　　根据电机的转速特性n=60f(1-s)/p可以得出，改变电机的转速，基本上有三个方法：改变频率，改变转差率或改变磁极对数。转差率是电动机的定子磁场转速与转子转速的差与定子磁场的转速的比值

　　由风机的压力—风量特性曲线如下图：

图1 风压于风量的关系曲线

　　在图中R1、R2为管路特性曲线，N1、N2为风机转速。

　　根据现场情况，为了保持风量保持Q2不变，先将风门完全打开，此时管路特性曲线由R1变为R2，即由A点变为B点，这样风量变大，为Q1，同时在转速配合下调整风量，使风量由Q1变回Q2，这样可使在同样的风量消耗最小的功率，但此时风量不变风压减小。

　　根据风机特性可知：

　　风量与转速成正比，即Q1/Q2=N1/N2

　　风压与转速的平方成正比，即H1/H2=(N1/N2)²

　　风机的轴功率与转速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

　　假设现场情况原风门开度为30℅，改造后需调为100℅，即风门完全打开，根据风量与转速的关系有：Q1/Q2=10/3 ，根据实际和经验我们知道，实际风量并不是原来的三倍，而小于三倍，大约为2.8倍左右，由此N1/N2=1/2.8，如果调整转速，我们知道电机转速与电机输入的电源频率基本成比例，中间存在转差率的关系，基本上有f1/f2=1/2.8，即使用变频时，假设原来运行工频50Hz，变频运行到18Hz即可达到同样的风量。考虑到电机和风机间的传动效率和变频器的现场使用经验，频率一般需要调整到30Hz左右，能使变频器达到较佳状态。

　　相对工频节能计算为：

　　(P1-P2)/P1=1-P2/P1

　　根据上述可知功率与转速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

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

　　看出转速调节的节能空间很大。

3 现场负载情况

　　3.2引风机工艺要求

　　引风机是热电厂的锅炉生产工艺中重要的组成部件。引风机输送的介质是烟气，最高温度一般不得超过250度。锅炉结构复杂，还有烟气的除尘、脱硫设备，烟气阻力较大，利用引风机排烟才能排除烟气，同时引风机也造成锅炉本体的燃烧室的需要的负压。

　　所以，一方面生产工艺要求变频器必须安全可靠运行稳定，连续不间断正常运行;操作简单，可以实现远程DCS控制;频率可调度2-50Hz;适应电网电压波动能力强;保护功能完善;要求节能效果明显。另一方面，负载为离心式引风机，要求变频器启动和停止时能适应离心式引风机的较大的转动惯性，减小对电网电压的影响，对电机有必要的保护，有助于延长电机的使用寿命。

　　1#锅炉的引风机用变频器控制，希望达到节能的目的。经多方调研，最终选用国产变频器中国名牌产品——风光牌高压变频器。

4 风光JD-BP37系列高压变频器结构

　　风光JD-BP37系列高压变频器输入侧由移相变压器给每个单元供电，每相5个单元组成，每个功率单元都承受电机电流、1/5的相电压、1/15的输出功率。15个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，可实现多重化，降低了输入电流的谐波成分。

　　输入移相变压器的副边绕组分为三组，构成 36脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1， 输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于4%。

　　控制器核心由高速 32 位 DSP 芯片和嵌入式工控机协同运算来实现，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。嵌入式工控机提供友好的全中文 WINDOWS 监控和操作人机界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。可编程控制器(PLC)用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。其结构如图2所示。

图2 高压变频器系统结构图

　　功率单元电路采用交—直—交逆变电路，整流侧为六支二极管实现三相全波整流，逆变侧由四支IGBT组成全桥逆变电路，通过SVPWM控制方法，控制两路IGBT 逆变桥实现直流到交流的逆变过程。电路结构如图 3 示。

图3 功率单元主电路结构图

　　功率单元的结构都如上图所示，完全一样，可以互换。这不但调试、维修方便，而且备份也十分经济。假如一单元发生故障，该单元的输出端能自动通过可控硅旁路而整机可以暂时降额工作，直到缓慢停止运行。

　　每个单元的 U 、V 输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的 PWM 波形进行重组，可得到如图 4 所示的阶梯 PWM 波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造;同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

图4 变频器输出的相电压阶梯PWM波形图

5 节电率计算

　　通过调节风门的出口挡板调节风量来满足生产工艺要求，大量电能白白浪费在阀门上。采用变频器拖动电机的方式，阀门调到全开的位置，通过改变电机输入电压的频率来调节电机的转速，消除了消耗在阀门上的能量。

　　电厂用电率是发电厂重要的经济指标之一, 降低电厂用电率可以降低发电成本, 提高发电厂的经济效益, 引风机电动机这类大功率高压电气设备,往往能耗大, 效率低, 直接影响厂用电率的高低。

　　根据其生产工艺实际运行情况调节阀门后，工频时电机运行的平均电流在 59A左右，电机本身的功率因数是0.82。

　　工频运行的平均功率计算：

　　P工 =1.732×6×59×0.82=502.76KW

　　W工=451.64×24=12066.36 KW·h 。

　　变频方式拖动电机时，将风门全部打开，变频器运行在输出频率30Hz已经达到同样的工艺要求。变频器的输入电流平均值为 35A 左右。变频器的功率因数是0.98。

　　变频运行的平均功率计算：

　　P变 =1.732×6×35×0.98=356.45KW

　　W变=356.45×24=8554.69 KW·h

　　节电率计算：

　　( P工 -P 变 ) / P 工 =29.1% 。

6 结束语

　　近4个月的运行情况来看，山东新风光电子科技发展有限公司生产的 JD-BP37 -710F 高压大功率变频器性能优越，可靠性高，节能效果显著，变频系统满足了连续生产的需要，并展现了其性能具有无可比拟的优越性。

参考文献

　　[1] 山东新风光电子使用手册 [Z]. 山东新风光电子科技发展有限公司。

　　[2] 山东新风光电子 JD-BP37-710F 高压变频调速系统调试大纲。