中压变频器V/F曲线频率与电压调整节能应用

杨春华

摘要：钦州天亿石化有限公司成立于2017年1月10日，位于钦州港金谷石化产业园内，现有员工200人，一期投资建设液化气综合利用15万吨MTBE装置，10万脱氢装置，15万吨异构装置，项目点占地200亩，总投资5亿元人民币;主要产品有MTBE，异丁烷等。企业总用电负荷达到10MW，厂内最大的一台设备3400KW，每月耗电量较大，占企业成本开支比重相对大;自国家推行产业节能政策以来，国家对企业能耗管理越来越重视，相关政策不断出台;节约能源对企业也是一种效益，减少企业成本，为此设备工程师对很多重要能耗设备通常采取变频控制，以达到节能目的，国内企业对变频控制要求精要求越来越高。

关键词：变频器;调整;节能

一、概述

随着经济技术发展，中压变频器使用越来越普遍;中压变频器大家都公认是节能产品，使用不但调控方便，还可产生节能效益，但如果使用不当，节能效果将大打节扣。本论文将通过实际节能操作案例，通过调整中压变频器输出电压，改变频器在不同频率状态下运行曲线以达到提升变频性能从而达到节能目的。本文将对中压变频节能控制性能进行论述，如何将设备性发挥到极致，为公司创造更好效益。首先带领大家对中压变频器性能特点进行详细了解，只有详细了解设备才能更好使用设备，当然客户选用设备时还要选用一款国内外知名的变频厂家品牌使用，技术实力较差的厂家可能产品性能难以保证。

二、品牌中压变频器性能特点：

1、变频器高可靠性：

中压变频器关键器件选用国际知名厂家的高品质器件，执行高标准器件降额设计。如选用了1700V高压IGBT，EBM风扇等;专利设计的变压器，可利用控制电源通过变压器自身绕组对功率单元充电，减少合闸时对变压器的冲击;控制电源三级冗余，保证变频器不间断工作，系统掉电时控制参数和故障信息可靠保存;能够适应适应恶劣的输入电压波动，可以在+15%～-45%输入电压范围内工作;具有瞬间掉电不停机功能，在输入电源发生瞬时降压或停电的情况，变频器不停机。在电源电压恢复后立即重新加速，并恢复原状;独特的散热、防尘设计，最高工作环境温度可达55℃;主控系统采用三核控制架构，运算速度快，抗干扰能力强;主控与功率单元采用塑料光纤通讯，高速而可靠;主回路大容量设计，可达到180%的过载能力;产品设计满足比IEC标准要求更为苛刻的指标，能够在海拔高度至1000m 的高原环境输出10kV额定电压;具有过压、过流、过载、欠载等完善的保护功能;通过了CE 认证和“国家电控配电设备质量监督检验中心” 10kV/1000kW以上容量输出高压变频器型式试验;中压变频器采用模块组合工作模式，经过滤波处理后，输出接近正弦波，谐波少，对设备稳定运行有好处。

2、变频器高性能：

具有无速度传感器/有速度传感器控制模式，能够实现转矩控制，可实现转矩控制和闭环控制切换;控制精度高，速度控制精度可达0.05%，调速范围1：100，转矩响应小于150ms，转矩控制精度±3%;

能够实现无障碍飞速启动，快速准确停机，加速曲线可设置为S加减速;具有直流制动，励磁制动功能，能够快速实现制动，快速准确停机;能够自动辨识电机参数;内置闭环控制（PID）功能;

3、变频器高效率：

48/30脉冲整流，输入电流为正弦波，无需输入滤波;功率因数大于0.96，无需要功率补偿;通过空间矢量和注入谐波分量，提高直流电压利用率同时改善输出波形质量;输出接近正弦波，达到IEEE-519（1992）所规定的高次谐波电流输出限制标准，无需输出滤波，输出电缆长度几乎没有限制;专利的变压器设计，更低的铜损和铁损，整机效率高达97%;

4、变频器易调试

具备调试模式，在不连接高压输入情况下利用380V低压电通过输入移相变压器的辅助绕组升至10KV，进行主功率的空载调试;强大的后台调试软件可大大缩短调试时间;输出输出端子可编程，能够方便的实现用户要求的功能;

三、新技术在中频变频器应用

①、双核控制器设计，系统更可靠中压变频器主控制板采用2块DSP加1块FPGA作为主控制芯片：一片DSP实现逻辑控制，另一片实现算法控制，两片主控制芯片通过双口RAM实现数据交换。控制系统逻辑运行和算法控制独立完成，其运算速度更快，抗干扰能力更强。

②、更宽的电压工作范围中压变频器对电网电压在±10%范围内波动，变频器能满载输出;电网电压短时下降至额定电压的55%时，可继续降额运行，不进行保护。

③、变压器辅助绕组专利化设计

中压变频器通过变压器自身专利化设计的380V辅助绕组，利用控制电源对功率单元先预充电，预充电完成后再合闸主电源，可减少合闸时对变压器的冲击，大大提高了变压器的使用寿命。另外利用此绕组在只通控制电源情况下就可以对变频器功率回路进行空载调试，大大简化了调试过程。

④、更可靠控制电源冗余设计

中压变频器控制回路采用一路现场提供控制电源AC380V，一路专门设计的变压器输出电源AC380V，实时冗余热备份，两路控制电源之间无切换时间。只要主电源存在变频器就会保持持续工作，不会因控制电源掉电而停机。当控制电源和高压主电源均掉电后，系统仍然能够通过超级电容供电保证变频器安全停止，最大限度提高系统的可用性。

四、实施案例

天亿石化工厂有一台3400KW电机，负载为离心压缩机，平常在40-45HZ之间调控，表现有转矩不足，电流偏高缺陷。控制配套变频器采用艾默生中压变频器。工厂电气工程师在了解中压变频器具体性能后，选择对中压变频输出电压进行调整（调整V/F曲线），达到调整转矩特性，以达到最佳节能效果;本次针对负载特性，把V/F电压3调到90%，V/F3频率调到日常运行频率43.69Hz，提高日常运行频率下性能曲线。电气工程师分别对调整前后进行记录对比。变频器参数调整前日常运行工况监控屏幕参数记录如下图1：

调整前图中显示，输入电流183.5A（选L2相进行论述）;输出电流222.4A（对应按V相论述）;输入电压10.19KV（L2L3相）;输出电压8.67KV（对应VW相）;运行频率43.69Hz。

经过参数调整后，运行参数监控屏幕变成下图2显示的参数，

调整后图中显示，输入电流174.2A（对L2相）;输出电流204.7A（对应V相）;输入电压10.15KV（L2L3相）;输出电压8.98KV（VW相）;运行频率43.69Hz。

通过上面两张载图，可以发现运行频率同样是43.69Hz;输入电压相差值为：0.04KV（属于电网电压波动），输出电压相差值为：0.31KV（扣除电网电压波动0.04KV（约12.9%），最终值选为：0.27KV）;输出电流相差值为：17.7A，如果扣除相应电网波动影响12.9%则得值15.4A，输入电流相差值为：9.3A，扣除电网波动12.9%，实采用值为：8.1A。

根据上述运行参数，依据当地供电部门电价可计算出节能经济效益如下（功率因数取0.96，变频器功率因数）：

有功功率=I×U×cosφ=8.1×10.15×0.96=78.93KW;

每天24小时可节能：

78.93×24=1894.32KWH;

每年可节能（按8000小时计算）：

78.93×8000=631440KWH;

按当地实际电价0.67元度电主算，经济效益：

631440×0.67=423064.80元;

五、总结

综上所述企业从该项整改中每年可收益42万多元，节能效果明显，同时改变了变频运行性能，值得广大用户推广。经过向兄弟单位天恒石化推行使用，每天可增加产能50吨，每年可产生5百万以上元效益，由于效益显著，公司也对个人进行2万元嘉奖。

参考文献

[]行業标准 DLT593-2006 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求

[2]行业标准 DLT994-2006 火电厂风机水泵用高压变频器