高压离心机组变频器改造技术分析

吕强

（北京生物制品研究所有限责任公司，北京 100176）

0 引言

随着我国社会的快速发展，高压离心机组变频器已经运用到各个领域。对高压离心机组变频器进行相应的改造，不仅节能减排，还要促进能源的有效转化，同时对改造项目的投资也能实现预期的经济效益。重视高压离心机组变频器的改造，既可以保证高压离心机组变频器能够更好地应用在各个领域，而且还可以改善这类工程的建设效果，并在使用高压变频器时提高潜在价值，让它在制造实践中可以很好地发展。在实际应用中，高压离心机组变频器复杂性造成其可维护性较差。因此，必须要对高压离心机组变频器进行改造技术分析，寻找良好的改造技术和方法，让高压离心机组变频器能够更好地应用在各个领域，推动高压离心机组变频器的发展。

1 高压变频器的原理分析

在这种耐低温高压强的大功率直流晶体管不断快速发展和广泛应用的市场背景下，许多大型企业都已经开始考虑采用新型高压直流变频器，将一台高压变频电动机与高压变频控制器中的输出信号进行直接并联连接，实现高压电动机转矩与运行速度的自动控制。系统一般采用的是主流旁路工频功率高压直流旁路功率变频器，该高压变压器包括主流高压旁路控制柜、功率柜和高压逆变、蒸馏机和直流变压器等，部分以能够满足不同客户实际应用要求的单元件为主要设计方案基础，配备配套的采用主流高压旁路功率工频高压切换柜，一旦主流高压旁路变频器在正常工作运行中系统发生故障出现主流旁路工频问题，可以及时重新启动旁路切换柜或返回到采用主流旁路工频高压旁路平台运行。功率开关控制电路单元开关器件主要包括了IGBT三相逆向开关电变桥、滤波器和开关电容器、三相逆变桥式开关电源管和整流器等，也就是可以直接涉及由它的开关光纤通信数据通信、信号处理数据采集、功率控制单元以及器件的开关电源和驱动等组成相关功率控制电路。高压变频器的特点如下：①变频调速范围内启动时间短，启动电流小并且启动平稳，真正实现零到全速的平滑无极调速，对电网及电机无冲击，可减少机械磨损，延长机械使用寿命；②操作方便维护简单，无需设置调节挡板、节流阀，避免了节流带来的能量损耗，只要调节频率即可改变电动机转速；③采用变频调速不仅降低风机、水泵设备的故障率，减少维修费用的投入，同时也提高了系统调节品质，并且节电效果明显。

2 离心机组变频器配套设计及运行状况

离心机组变频器的夏季运行总负荷量的配置综合设计，一般来说都是按照夏季每条生产线最大运行程度负荷变化运行时的工况，并且还需要同时预留一定最大程度的能裕量的总负荷情况作为设计依据来进行综合设计的，设计者同时来说还要根据夏季每条生产线每个夏季运行工况周期程度负荷运行工况程度变化时的负荷情况及每个夏季运行程度周期负荷工况程度负荷变化等级评定中的负荷特殊要求等因素来综合考虑夏季负荷量的配置。在实际的现代工业生产以及工业应用过程管理操作过程中，冷水机组的内部整体工作运行和热处理负荷长期处于较大动态变化。如每天早晚，每季每月季节交替，每年每月每季轮回，环境以及室内气温都有季节性的变化等各种因素对变频机组的动力设备正常运行量和设备负荷量的变化速度影响很大。因此，离心机组变频器的设计至关重要，能够决定该设备是否能够抵御各种因素的干扰，从而能够更好地保证电力的正常供给。离心机组变频器的设计和运行状况十分重要，关乎着离心机组变频器的安全运行。必须要加强对离心机组变频器技术的研究，提高离心机组变频器抗干扰能力，保证离心机组变频器能够安全、稳定地运行。电机都长期固定在高速进行工频冷水运转时的状态下全速定向旋转自动运行，尽管两种控制传动系统主要分别采用了自动切换扇门和高速换档电路板自动节流运行控制两种方式，但这种自动扇门式可调节自动节流控制方式仅仅只是为了有效改变工频冷水设备流通的一定流动性和阻力，其大部分设备工作负载时间段的正常运行效率和管理效率相对较低，造成大量的人力资源、能量消耗或者浪费，如果一些新能源机釆厂没能及时采取有效节流控制措施，提高工频冷水控制设备的正常工作运行效率和管理效率，减少这部分的用电能源的损耗，则一定会使其收到很大的经济节能环保效果[1]。

3 离心式冷水机组变频器节能原理分析

变频器调速是一种高效而又节能的可调速变频装置，应用广泛，在不同的变频应用和场合中它可以同时体现不同的调速功能，以便于达到不同的使用目的，同时还可以有效提高变频设备的精确度和控制能力并有效节约剩余电能，延长变频设备产品使用寿命，降低生产经营成本。变频器除了在环保节能上的巨大优势外，它的高速启动控制性能也十分优异。在起动电机的软启动工作过程中，用高压变频器驱动实现电机软启动，可以有效克服新型工频机车起动时电机引起的大电流功率过大振动造成的内部机械振动冲击，并大大减少了对进入电网及起动电机本身的机械冲击，对供电设备的安全保护及保证电网的稳定正常运行都可以起到很大的促进作用。离心式高压冷水机组可以采用离式变频器快速拖动，主要从2个功能方面可以实现快速节能：一则是部分较大负荷冷水运行正常状态下的快速节能；二则是低温度冷却水一定温度下的快速节能。

3.1 部分负荷状态下运行的节能

离心式高压冷水机组几乎已经有九成的设备运行是长时间在部分额定负荷正常工况下的状态下运行的。一般而言，在部分较大负荷工作状态下，离心式高压冷水机组就是可以直接用来调节风扇导流量和叶片风扇开度的一种方式，调节整个离心式冷水机组的实际制冷量。在70-90%部分时间负荷的温度时，其能耗可以直接达到最高的时间制冷散热效率，当部分负荷温度降低，则每个单位时间制冷量的实际能耗将小幅度地上升。通过配合使用高压变频器的调速控制装置，能有效优化导流电机叶片转速和降低导流电机叶片的转动开度，让一台离心式高压冷水机组的正常运行电机转速尽可能地降低，而使它的节能环保效率同时达到最高，减小电源能耗[2]。

3.2 离心机组变频器节能改造分析

许多大中型发电厂已经使用频率转换技术来创建节能技术的变体。不仅实际节能效果明显，而且系统安全性得到改善，没有操作风险。本文研究了由节能技术转换器原理、先进技术、移相变压器、控制器等国家能源技术有限公司生产的LOVOL系列智能高压节能装置（逆变器）的成熟稳定性。高压驱动器提供模块化设计，出色的兼容性、可维护性，低噪音，并且不会引起电机转矩波动，对电动机没有特殊要求。

4 变频器应用于电机驱动节能原理及效率

机械设备在对其本体进行部件加工或在设计配套专用驱动器的部件及其专用驱动器的特殊工作专用电机及其动力时，都首先应该充分考虑到它是按照其实际要求进行最大化的额定特殊工作专用电机在其动力负荷承载下的负荷、在最复杂的特殊额定操作电机工况下的额定工作电机动力承载条件下，再适当根据实际需要事先为其预留一定的特殊工作电机动力承载负荷及其余量后再配套为其专用驱动器的部件加工设计[3]。在这种没有家用电机频繁快速直接频繁启动的正常实际使用条件情况下，若家用能源电机系统设备没有采用大型直流电源工频器或高压起动交流电源直接使用起动电机进行频繁快速起动时，因频繁启动时的电机额定电流一般大约为普通家用电机频繁起动时时额定电流的6～7倍，导致额定电流一方面严重的损失会直接浪费电源系统设备整机起动额定设备电力，增加系统整机家用电源系统设备电能损耗，另一方面也对整个家用配电站的系统电源设备和其他大型家用配电站的专用无线网络连接造成较大的磁动和冲击，影响整个配电系统设备的正常运行使用寿命。而且在实际当中运用一台自动调速变频器时就同样也可以随着作为一台电机启动快速电机的额定电流启动工作频率不断加速而随时都可以有这种相应性直接的自动，同时提高额定电流启动快速电机工作频率和额定停机工作电压，启动快速电机上的额定电流被直接地应用于容量限制在150%左右的一台启动电机快速启动系统额定电流下，实现一台启动电机平滑快速启动电机额定启动，启动快速电机上的额定电流大约可以限制在作为一台启动电机快速启动系统额定电流的1.2～1.5倍，启动转矩为70%～120%额定转矩。对于那些需要具有完全采用带转矩自动高速高频差流稳压电容增加电流变频器的负载和带启动转矩功能的高速差流电压增加变频器，启动转矩一般可以控制范围为100%以上，还同样由于可以轻松实现具有带全转矩驱动增加负载高速变频启动[4]。

5 结语

离心式高压冷水机组系统采用高速变频自动调速机电控制驱动方式并经改造后，通过对不同的高温季节冷水气温及不同的设备生产负荷效率需求而及时自动作出相应自适应的变速调节，节能运行效果显著，同时也间接性地提高了冷水设备节能运行管理性能，主要表现以下几个方面：①在生产负荷效率低于70%时的工况节能运行，设备节能运行管理效率及资源节能利用效果显著，经济效益十分明显；②不断提高电网设备的电流启动维护性能及最大功率驱动因数，避免大量的电流设备启动对整个配电站及网络设备造成巨大冲击，减少对各配电网设备容量的维护投入[5]；③为了提高冷水设备正常运行的噪声机械振动性能，消除传统离心式高压冷水机组设备运行在低温度负荷区域所产生的振动噪声及机械喘振，延长冷水设备的连续使用寿命，间接减少了冷水设备检修维护费用，充分满足了设备生产工艺中的要求。