眾所周知，水泥建材行業是國民經濟生產中的耗能大戶。在水泥生產過程中，風機的耗電量占其成本的比例非常高。近幾年，國家實行節能減排政策，針對水泥行業等耗能大戶重點改造;通過幾年的發展和總結，現國產高壓變頻器在風機水泵負載上的節能技術日趨成熟，節能減排效果明顯 。

■ 方案描述

現場描述

      循環風機為礦渣微粉生產線中Zui重要的設備之一，在整個過程中占據了Zui重要的位置，唐山某客戶現場磨機為立磨機，所配備循環風機為630kW異步電機，電壓等級10kV，額定電流45.3A，風機設計余量大，節能空間很可觀。

      原系統采用工頻直接啟動的方式，啟動沖擊大，在原工頻運行工況下，風機采用擋板調節風量的方式進行，平常開度主要在60%左右，能源浪費嚴重，且運行過程中要實時的調節開度以保證微粉的正常收集，自動化水平很低，所以決定進行變頻改造，以達到節能和提高自動化水平的目的。

變頻方案

      根據現場負載情況，配置由匯川公司生產的高壓變頻器HD90-J100/800-DB,該產品具有矢量控制、控制性能好、過載能力強，操作方便，質量可靠、節電率高等優點。

(1)一次系統方案組成

      此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3和高壓開關QF1、電動機M組成(見上圖)。要求QS2和QS3之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合;工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。高壓開關QF、電機M為現場原有設備。

(2)HD90控制原理及技術特點

      電網電壓經主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯星接后形成三相變頻電源給高壓電動機供電。根據串聯單元級數的不同，產品分為3kV、6kV、10kV三個系列。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流Zui嚴格的諧波失真要求。無需任何功因補償和諧波抑制裝置。變頻器輸出采用多重化PWM技術，輸出為近乎完美的正弦波，無須加輸出濾器。電動機諧波損耗小，轉矩脈動小，無明顯電動機噪聲。電動機不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動機無附加電應力損害。

圖二：產品原理圖

      功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經IGBT H橋逆變后輸出脈寬調制(PWM)電壓。功率單元控制板由IGBT驅動電路和監測保護電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運行zhonggong率單元故障時，變頻器可將故障單元自動旁路并繼續運行，等情況允許時再停機排除故障。

      匯川公司HD90采用功率單元級聯式技術路線，矢量控制高壓變頻器，控制核心采用DSP+ARM+FPGA組成，指令在納秒級完成，因此控制波形和逆變波形可以實時校驗。具有國際lingxian的技術!

      公司所有高壓產品均進行滿載72小時測試，除一些保護功能外，磁鏈閉環矢量控制技術、高頻技術、快速疊頻技術、Syn-transfer技術、非對稱旁路技術、雙路控制電源等功能，這些功能技術上處于國際lingxian水平。

      公司的電力電子，自動控制和計算機等領域具有理論水平和實踐經驗的youxiu科研隊伍，長期致力于電力電子領域各類產品的開發研制，對于關系產品質量的生產工藝也作了大量的完善和改進，如：其中層疊直流母線的制作工藝保證了直流母線的分布電感Zui小，有效抑制了功率器件在開關過程中的di/dt電壓尖峰;高密度FPGA貼片工藝保證了控制器在惡劣環境下能夠長期穩定運行;整流橋、功率器件和電解電容的安裝工藝使整個系統的離散性達到Zui小，保證質量和性能的高度一致性。為保障質量和效率，公司還研制了各類具有特色的和方便使用的工藝調試工裝，建全了相應的質量管理體系。

1)矢量控制技術

      HD90系列高壓變頻器具備通用矢量控制技術，基于電機d-q軸數學方程式解析，對電機定子電流解耦成勵磁分量電流和轉矩分量電流，并分別加以控制，以達到模擬自然解耦的直流電動機的控制效果。

2)非對稱旁路技術

      HD90系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，在單元配備旁路功能(可選)的情況下，通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。HD90的非對稱技術可以實現比傳統旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3)飛車啟動功能

      HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對生產的影響以及對電網的沖擊。

4)雙路控制電源

      HD90控制系統采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作;一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時平滑無擾動。

5)來電自啟動功能

      電網瞬間跌落或波動時，系統可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機，連續生產提高系統生產效率。

6)高可靠性器件

      核心器件IGBT、整流二極管、高品質電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質器件，保證了運行的高可靠性，生命周期長。

7) 遠程監控方案

      在無線通訊模式中，通過3G技術的支持，數據中心可以24小時對工藝運行過程中變頻調速系統相關數據進行實時采集、監控。具有以下優勢：故障報警及時，安全系數高;減少了現場維護數據采集、監控的工作量：數據記錄準確：網絡無線監控，降低了客戶在OSI網絡架構物理層建設的投入。

(3)現場應用

      根據現場實際運行效果來看，電機運行平穩，無波動，客戶能夠實時根據不同工況要求進行調速，并且匯川HD90 系列高壓變頻器內置有多段速功能，通過提前對多段速進行設置，方便了客戶的使用。

      現場所配變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機械接觸器方式進行，能夠保證在單元出現故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機的運行，且軟件上具有非對稱旁路技術，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。