焦爐除塵風機高壓變頻器的應用

本文著重引見國產高壓變頻器在某公司的使用狀況，變頻器現(xiàn)場運轉狀況標明焦化行業(yè)采用國產高壓變頻器對焦爐除塵風機停止調速節(jié)能，改造是成功的，節(jié)能效果分明。節(jié)電率在70%以上，全年節(jié)省電費在80萬左右。

1.前言

某公司1#2#3#爐原配有一套除塵零碎，設備運轉參數(shù)爲：630KW/10KV離心引風機，風機型號爲DAY-1A-210。額外風量250000m3/h，額外風壓5500Pa，額外轉速960r/min；電動機型號YKK5004-6電機額外功率是630KW電機額外電流是46.1A額外轉速是960r/min，功率因數(shù)0.86，零碎爲液力耦合器控制。

1.1 液力耦合器的任務原理

液力耦合器是一種以液體爲任務介質，應用液體傳遞能量的傳動安裝，經(jīng)過改動液力耦合器任務腔內的充溢度，就可以改動液力耦合器所傳遞的轉矩和輸入軸的轉速，使液力耦合器電機端和風機端轉速不分歧，從而再電機不改動速度的條件下對風機停止調速，完成調理風量的目的。

1.2 液力耦合器調速的缺乏

由于液力耦合器在調理進程中要發(fā)生轉擦功率損耗，容積損耗，機器損耗，這些損耗所發(fā)生的熱量需求少量的冷卻介質來冷卻，而液力耦合器的傳動效率等于轉速，速度越低效率越低，液力耦合器的節(jié)能效果不理想，以上要素決議液力耦合器效率低損耗大，調速精度低，速度呼應慢，轉速不波動，需裝備相應的油零碎調理零碎，糜費動力。

2.高壓變頻器節(jié)電原理，技術要求及改造方案

2.1 節(jié)電原理

所謂節(jié)能不只是節(jié)省能耗，還包括不糜費動力，經(jīng)過流膂力學的定律可知，風機、泵類、設備均屬于平方轉矩負載，其轉速n及流量Q壓力H以及軸功率P具有以下關系：

Q∝n，H∝n2，P∝n3，在實踐消費中，往往應用調理風機的轉速來調理零碎的風量，而隨著轉速的降低，風機在維持效率不變的情況下，軸功率則轉速的立方關系下降，電機耗費的電能急劇減小，例如風量下降到80%，轉速也下降到80%，軸功率則下降到額外功率的51%，風量下降到50%，軸功率則下降到額外功率的13%，其節(jié)電潛力十分大。

2.2 技術要求

除塵風機室除塵污染零碎的動力中樞，一旦除塵不能正常停止，不但影響消費，形成宏大的經(jīng)濟損失，還凈化環(huán)境，另外調速零碎任務環(huán)境比擬惡劣，同時焦爐又不定古裝煤和推焦，所以和除塵風機配套的調速零碎要求極高的牢靠性，基于以上任務特點，對變頻調速零碎的次要要求如下：

（1）要求變頻器要有高的牢靠性

（2）要求變頻器要有旁路功用

（3）調速范圍大，效率要高

（4）具有邏輯控制才能

2.3 改造方案

針對原有設備運轉狀況，依據(jù)電機額外參數(shù)選有北京樂普四方方圓科技股份公司自主研發(fā)和消費合適驅動高壓異步電機的變頻設備LPH-10-650，額外輸入電流47A，適配電機功率650KW，裝備一臺手動旁路柜，當變頻器呈現(xiàn)毛病或需求檢修時，手動切換到旁路，保證零碎正常運轉，旁路與下級高壓斷路器有連鎖關系，旁路柜隔分開關未合到位，不允許下級高壓斷路器合閘，下級高壓斷路器合閘時，相對不允許操作隔分開關，避免拉弧景象，確保平安。

K0爲變頻器供電的高壓真空斷路器，K1，K2爲高壓變頻器控制真空斷路器，K3爲工頻旁路斷路器，K4爲水阻柜控制斷路器，M爲保存原異步電機，K5爲水阻控制斷路器。

2.4 除塵風機工藝要求

2.4 除塵風機工藝要求

A點爲推焦時給定信號；

A到B爲風機升速工夫，定爲5s可以調理；

C到D爲推焦工夫，定爲20s，可以調理；

F點回到低速運轉，完成一個任務周期。

假設兩個爐推焦堆疊，在高速1的根底上跳轉到高速2。

高速1的轉速爲780轉/分，高速2的轉速爲840轉/分，低速時的轉速爲290轉/分。

2.5 施工留意事項

施工圖設計時需求留意以下幾個方面：在提出土建材料時，必需參考商品的詳細材料，依據(jù)變頻器的裝置尺寸、荷載、電纜途徑等提出適宜、合理的土建材料，隔離變壓器，應盡量靠經(jīng)變頻器布置，同時在布置室內外電纜溝或橋架時，盡量讓變頻器的進出線電纜運用獨自的途徑，特別是要避開控制及信號電纜，這樣可盡量增加變頻器任務時發(fā)生的電磁攪擾。在停止電氣室布置時，必需思索高壓變頻器的任務環(huán)境成績。由于變頻器是電子安裝，內含電解電容、電路板、芯片等電子元件，假如環(huán)境溫度太高或含塵量太大都會影響其壽命及波動性。所以盡能夠設置獨自的變頻器室，同時停止散熱及防塵處置。

2.6 維護功用

變頻安裝有過電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機過載等維護功用。

（1）過載維護。電機額外電流的120%，每10min允許1min，超越則維護。

（2）過流維護。電機額外電流的150%，超越則立刻維護。變頻器輸入電流超越電機額外電流的200%，在10μs內維護。

（3）過壓維護。檢測每個功率模塊的直流母線電壓，假如超越額外電壓的115%，則變頻器維護。

（4）欠壓維護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓。

（5）過熱維護：包括兩重維護：在變頻調速零碎，假如低于設定的數(shù)值，則變頻器先降壓再維護。另外，在次要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超越極限溫度就維護。

（6）缺相維護：缺相維護設置在每一個功率模塊上。當變頻器輸出側掉相或功率模塊的保險熔芯熔化時，會收回報警信號并維護。

3.詳細完成進程

采用高壓變頻調速零碎對除塵風機停止高壓變頻改造詳細完成進程如下：變頻器操作采用自動控制，風機電機提速信號取自五大車連鎖的推焦信號，電機空載時290轉/分，加載時780轉/分，假如兩座焦爐同時推焦速度跳轉到840轉/分，由原來的980轉/分降到空載時290轉/分，推焦時780轉/分，完成全自動化。 　　4.設備運轉狀況

（1）運轉波動，平安牢靠。

（2）節(jié)能效果顯著，大大降低了噸焦電耗。

（3）電動機完成了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供應電機的無諧波攪擾的正弦波電流，降低了電機的毛病次數(shù)。

（4）變頻器本身維護功用完善，同原來繼電維護比擬，維護功用更多，更靈敏，大大增強了對電機的維護。

（5）變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足消費的需求，現(xiàn)場信號接入靈敏，變頻器依照節(jié)點的形態(tài)自動高速、低速往復運轉。

（6）順應電網(wǎng)電壓動搖才能強，有時電網(wǎng)電壓高達10.7KV，變頻器仍能正常運轉。

（7）同液力巧合器比擬，在減速時期大大增加了噪聲，減弱了噪聲凈化。

4.節(jié)能剖析

4.1 正常消費時1#2#3#爐每天出爐186爐，推焦工夫爲：40S

加載功耗時：40*186=7440S

所占工夫比爲：7440/（24*3600）*100%=8.6%

空載工夫比爲：1-8.6%=91.4%

4.2 改造前（依據(jù)改造前記載的數(shù)據(jù)，空載電流爲：16A，推焦時爲：23A，功率因數(shù)爲：0.86，計算免費爲：0.5371元/千瓦時）

P1=1.732*10*0.86*（23*8.6%+16*91.4%）=247.3KW，

全年電費爲：

247.3*24*365*0.5371=1163545元

4.3 改造后（依據(jù)改造后記載的數(shù)據(jù)，空載電流爲：3A，推焦時爲：9A，功率因數(shù)爲：0.96，計算免費爲：0.5371元/千瓦時）：P變=1.732*10*0.96*（9*8.6%+3*91.4%）=58.5KW

節(jié)能安裝自身損耗爲：4KW

合計爲：58.5KW+4KW=62.5KW

全年電費爲：

62.5*24*365*0.5371=294062元

4.4 節(jié)電率

（P1-P變）/P1=（247.3-62.5）/247.3 *100%=74%

年浪費電費爲：

1163545-294062=869483

5.結論

綜上所述，某公司的節(jié)能的潛力還比擬大，特別是在某些環(huán)保節(jié)能設備的使用，改動了過來粉塵雖然減排了，但耗能和運轉費用糜費了太多，形成企業(yè)的減排擔負過重的景象，爲當前企業(yè)的下一步節(jié)能任務，提供了思緒。（論文網(wǎng)）

高壓變頻器在風機泵類使用技術方案討論

風機泵類高壓輔機采用變頻調速技術完成節(jié)能運轉是我國節(jié)能的一項重點推行技術。目前，國際外廠家消費的高壓變頻器已在各工礦企業(yè)引風機、送風機、一次風機、排風機、給水泵、凝泵等風機泵類設備上投入運轉，獲得了較好的節(jié)能效果，最間接的是廠用電量分明降低。但是，運轉中軸承、動葉發(fā)生裂紋，變頻工頻切換失敗，變壓器或模塊過熱跳閘等異常狀況時有發(fā)作，給企業(yè)平安消費、經(jīng)濟效益帶來不利影響。爲此，把相關成績提出來停止討論，希望對高壓變頻器節(jié)能技術的經(jīng)濟、平安、成熟、規(guī)范化使用起到積極的作用。

二、經(jīng)濟性、平安性剖析

思索高壓變頻器節(jié)能使用時，最先關懷的就是經(jīng)濟性、平安性，沒有節(jié)能效果或節(jié)能效果不分明，以及沒有平安運轉保證，根本感動不了決策層的心。

高壓變頻器節(jié)能使用的經(jīng)濟性剖析，應依據(jù)企業(yè)實踐狀況停止迷信的、量化的、綜合的剖析，避免呈現(xiàn)復雜的統(tǒng)計就得出節(jié)能效果很棒，很快回收投資甚至發(fā)生很大經(jīng)濟效益的結論。其實，變頻器自身并不是一個節(jié)能設備，相反，它是一個耗能設備（設計值5%左右）。變頻器是一個方便而精準的調速設備，在風機與泵類輔機的調理上，它的節(jié)能量較大，但靜調風機的靜葉全開，節(jié)能效果就未必最好。有人反駁說，即便滿負荷時工頻運轉的電機供電電流也比同工況同容量電機變頻運轉的供電電流大許多。這次要是由于選擇的電機額外容量大于實踐需求的電機功率。

高壓變頻器的使用，尤其是變頻改造項目，在項目籌劃時要停止嚴厲的平安性評價，對同類型風機或泵類輔機在其他火電廠的使用狀況停止收資，理解變頻器運轉能否發(fā)作軸承、動葉裂紋、變頻工頻切換失敗、變頻器模塊損壞等設備異常，掌握變頻器設計、裝置、調試及投運思索的平安成績，需求停止哪些實驗，以及日常維護應該怎樣做等等。最好，請有資質和才能的科研單位停止相應項目測試及出具評審報告。

高壓變頻器不是節(jié)能使用獨一選擇，要經(jīng)過綜合的經(jīng)濟、平安目標剖析，來確認高壓變頻器節(jié)能使用是某個詳細項目的優(yōu)先選擇。

三、設備選型與國商品牌的開展

理解國產、國際高壓變頻器品牌、商品、技術現(xiàn)狀，滿足平安、技術要求的前提下，選擇性價比高的國商品牌，爲支持鼓舞國商品牌開展壯大、走向國際市場奉獻力氣。我國高壓大功率變頻器消費廠家，次要有合康變頻、西方日立、成都佳靈、中山明陽、廣州智光、上?？七_、山西風光、九洲電氣等。在國度節(jié)能政策的鼓舞和扶持下，隨著科研的進一步深化，實際上和功用上國產高壓變頻器逐步可以與出口變頻器相媲美，但變頻器中運用的功率半導體、驅動電路、電解電容等關鍵器件完全依賴出口，而且在將來相當長工夫內情況不容易改動。在自動化商品構造上絕對比擬單一，次要是“商品推行”的推廣戰(zhàn)略，商品開展與銷售有一定優(yōu)勢。

國外主流供給廠商次要有西門子、利德華福（施耐德）、羅賓康、羅克韋爾(AB)及ABB等。以西門子爲代表的國外品牌占據(jù)大容量和爲大型工程配套的高端市場。他們均構成了系列化的商品，簡直一切的商品均具有矢量控制功用，工藝程度也比擬完善。品牌廠商多爲綜合自動化公司，擁有多種自動化商品的品牌關聯(lián)效應，這種關聯(lián)還表現(xiàn)在其他資源的共享上，這樣的“品牌推行”對商品開展、銷售都有很棒的推進作用。

雖然，國外品牌在元器件質量、超大功率商品上劣勢比擬大，也應該看到國商品牌經(jīng)過技術自主化研討與使用，差距逐步減少。而且，國商品牌價錢劣勢宏大，性價比高。另外，國商品牌在設備異常剖析、毛病處置、備品備件推銷、技術培訓等方面的方便快捷也是應該思索的要素。決策層的思想不能停留在選擇國際大品牌高端商品就不會負什麼責任的行爲上。

四、變頻器與電動機銜接方式選擇

變頻器與電動機銜接方式次要有以下幾種。

(1)-拖一固定銜接，見圖1：

(2)-拖一旁路銜接，見圖2：

(3)-拖二旁路銜接，見圖3：

其中，帶旁路的接線方式又分手動切換和自動切換方式。如圖二就是手動切換旁路的接線方式，-QS1、-QS2、-QS3均爲隔離閘刀。將隔離閘刀換成高壓斷路器就可以完成自動切換旁路運轉。

接線方式的選擇取決于高壓電動機在零碎中的運轉方式。如火電廠一臺機組裝置兩臺凝結水泵，正常一臺運轉，一臺備用，就可以選擇一拖二手動切換旁路的接線方式，一臺變頻運轉，另一臺工頻備用，變頻器毛病時，凝結水零碎切換到備用泵工頻運轉。而引風機就不同，機組正常運轉兩臺引風機同時運轉，普通選擇一拖一自動切換旁路的接線方式，這樣正常兩臺引風機均變頻運轉，任一臺引風機變頻器毛病時，本臺引風機自動切至旁路工頻運轉，保證引風機運轉。

五、繼電維護配置方案討論

目前，國際外高壓變頻器廠家對變頻器、變壓器自身提供的維護配置根本分歧，依照《DLT994-2006火電廠風機水泵用高壓變頻器》零碎集成和技術要求，次要有輸出瞬態(tài)過電壓維護、輸出工頻過電壓維護、欠電壓維護、輸出過電流維護、輸入瞬態(tài)過電壓維護、輸入過電壓維護、輸入過電流維護、輸入短路維護、輸入電壓三相不均衡維護、輸入電流三相不均衡維護、變壓器超溫維護、冷卻零碎毛病維護，以及控制零碎毛病維護等。

從用戶的角度動身，希望電力科研設計單位、相關院校及設備廠家能注重高壓變頻器+電動機零碎繼電維護配置成績，在以下兩個方案中給出明白的結論：一是開關柜綜合維護只作爲高壓電纜的主維護及變頻器和電動機的后備維護，變壓器和電動機由變頻器自帶維護完成主維護功用，但必需滿足靈敏度要求。二是研發(fā)“頻率跟蹤智能式變頻運轉自順應”維護安裝，維護安裝能自動跟蹤變頻器兩側電源幅值、頻率、相角變化并自動均衡補償，經(jīng)模仿運算把不同電源復原爲實際相反電源，從而采用差動維護；維護范圍涵蓋從開關柜到電動機、包括變頻器、隔離變壓器及變頻器兩側電纜等電動機的全回路；工頻變頻運轉無需切換完全自順應。

六、共振、扭振損壞設備如何防止

變頻調速使用后，電動機和負載的運轉頻率不再固定爲工頻50HZ，可以是從0~50HZ的恣意一點，電動機輸出電流是變頻器輸入的包括高次諧波重量的綜合電流。電動機及負載軸系、葉片共振，軸系扭振損壞設備的景象時有發(fā)作，如圖4、圖5。

如何防止呢？剖析緣由，明白措施

(1)軸系或支撐零碎徑向共振

由電機和負載工頻向心力鼓勵，且運轉在軸系或支撐零碎共振頻率時所致。

此類振動機理復雜（與汽輪發(fā)電機組運轉于其臨界轉速相當）、景象分明、處置容易。

措施：變頻器投運前做共振頻率測試實驗，設置頻率騰躍區(qū)域避開共振頻率。

(2)軸系改變共振

由PWM制式變頻器輸入電流惹起的基動搖扭矩鼓勵。此類振動機理較復雜、現(xiàn)場因無監(jiān)測而景象不分明，原先對定速運轉影響不分明的要素開端對變速工況下的振動形態(tài)表現(xiàn)得十分敏感。

措施：運轉人員應特別留意電機及負載的振動成績，如有異常應及時匯報并停止參數(shù)剖析，同時檢修人員也必需愈加留意大小修對設備的反省處置。

(3)動葉共振

由PWM制式變頻器輸入電流惹起的6X諧動搖扭矩鼓勵。此類振動機理較復雜、現(xiàn)場無任何景象（風機調頻運轉中凡運轉可監(jiān)視參數(shù)都正常，等到毛病形成葉片斷裂引發(fā)電機和負載振動大時才會被發(fā)現(xiàn)）。其鼓勵源爲變頻器輸入的電流高次諧波（6n次），其最次要成分頻率爲風機變頻運轉轉速對應頻率（轉頻）與電機磁極對數(shù)的乘積再乘以6，其頻率范圍爲100。300Hz。其作用機理爲：諧波電流惹起風機軸系發(fā)作1∞~300Hz的小幅扭振，這種扭振因幅值較小對軸系沒有分明影響，但會與動葉的固有頻率合拍而惹起其共振，并在較短工夫內（變頻運轉1~3個月）使葉片發(fā)生裂紋最終毀壞。

措施：在變頻運轉一個月時停止停機動葉片裂紋反省，如發(fā)現(xiàn)裂紋則必需停止相應改造。活期停止諧波、振動、扭振等參數(shù)測試，最好裝備在線監(jiān)測零碎停止實時監(jiān)測。（米爾技術）

高壓變頻器在循環(huán)氨水泵節(jié)能改造中使用

變頻調速是近年來衰亡的一門成熟的新技術，它經(jīng)過改動電源頻率來完成速度的調理，因其具有調速顛簸、瞬態(tài)波動性高、節(jié)能等特性，越來越被人們所注重。隨著變頻調速技術的不時成熟，變頻調速安裝在水泵設備上的使用也越來越普遍。

1、循環(huán)氨水泵工況特點及存在成績

1.1、循環(huán)氨水泵工況特點

污染分廠一期兩臺循環(huán)氨水泵，一用一備，泵組是將循環(huán)氨水打入集氣管爲荒煤氣停止初步冷卻，控制荒煤氣溫度爲75～80度之后送入初冷器，依據(jù)荒煤氣量的大小應及時調理循環(huán)氨水量。

1.2、工頻運轉存在成績：

兩臺循環(huán)氨水泵電機均爲工頻運轉，啟動電流高，既影響設備壽命又對電網(wǎng)發(fā)生很大沖擊。而且工頻運轉耗電量高，不能隨消費負荷自動調理，不契合古代企業(yè)“節(jié)能降耗”的管理理念。

循環(huán)氨水泵工頻運轉，流量及壓力只能經(jīng)過旁通閥及出口閥調理，但調理負荷無限。在今2012年年終，結焦工夫較長，荒煤氣量少，循環(huán)氨水流量無法進一步降低，招致荒煤氣溫度極低，曾降至40度（工藝要求控制溫度爲75～80度），使得荒煤氣管道內焦油氨水混合液活動性極差，存在梗塞荒煤氣管道的隱患。由此可見，荒煤氣溫度是至關重要的目標，假如控制不當，整個污染零碎都將處于癱瘓形態(tài)。

原設循環(huán)氨水泵爲工頻運轉，只能由操作工調理泵出口閥門及循環(huán)管閥門開度來控制循環(huán)氨水壓力和流量。假如循環(huán)氨水量發(fā)作變化，崗位人員又不能及時調理，將會招致循環(huán)水泵壓力過高或過低。假如壓力過高，會形成泵機封、電機燒損；假如壓力過低，會招致荒煤氣溫度無法控制、集合溫度超標，形成初冷、電捕以及煤氣污染零碎的嚴重梗塞。

2、改造方案

循環(huán)氨水泵組是保證焦化廠煤氣零碎正常運轉的重要設備，必需保證延續(xù)、波動、牢靠運轉。經(jīng)過詳細的技術和經(jīng)濟論證，決議采用高壓變頻調速安裝，經(jīng)過變頻調速調理電機轉速滿足工藝要求

高壓變頻調速零碎采用功率單元串聯(lián)技術間接輸入10KV電壓，屬高一高電壓源型變頻器，高壓變頻器調速成套零碎全體構造由旁路柜、變壓器柜、單元柜及控制柜組成，零碎采用一用一備兩臺泵雙路電源，一拖二手動旁路的方案，根本原理圖如圖下

雙電源手動切換柜一次原理圖

此零碎由高壓開關1QF、2QF、雙電源手動切換柜（由高壓隔分開關QS1—QS6組成）、高壓變頻器、兩臺高壓電機組成，其中雙電源手動切換柜和高壓變頻器由招標方提供。

闡明：①其中QS2、QS3是雙刀雙投隔分開關，QS5、QS6也是雙刀雙投隔分開關；完成自然機器互鎖②QS1和QS4不能同時閉合，完成電氣閉鎖；QS2和QS5不能同時閉合，完成電氣閉鎖；③變頻器毛病時，聯(lián)跳相應的高壓開關，柜子的柜門都有高壓閉鎖，高壓電上電后，柜門就會被電磁鎖自動鎖死，除非用公用的鑰匙，不能翻開柜門。

3、運轉牢靠性剖析

經(jīng)過屢次調試，完成變頻器控制電機轉速隨循環(huán)氨水泵出口壓力的變化而改動，即增加了電量耗費，又降低了電機的樂音，改造效果十分分明：①節(jié)電效果顯著，電機定子電流從15A降至6A，每天浪費電量爲3500度左右。②電機的轉速下降，電機和泵運轉情況分明改善，延伸了設備的運用壽命，降低了設備的維修費用。③采用變頻調速技術后，由于泵出口閥全開，消弭了閥門因節(jié)流而發(fā)生的噪聲，改善了任務環(huán)境 ；④電機的減速和加速可依據(jù)工藝要求自動調理，控制精度高，即保證可消費目標波動，又降低了工人的任務量。 ⑤循環(huán)氨水壓力波動，防止了壓力動搖，管道漏點分明增加，降低了檢修任務。

4、發(fā)生的經(jīng)濟效益

依據(jù)以上數(shù)據(jù)得知每天浪費電量爲3500度左右，月浪費電量爲106500度（以30天計算），年浪費電量爲127.75萬度，依照每度電0.48元計算，年浪費電費613200元。

5、結語

隨著市場競爭日益劇烈以及國度對節(jié)能減排任務的要求越來越嚴厲，浪費動力、降低消費本錢、進步競爭力對企業(yè)來說尤爲重要，該變頻器投入近四個月來，循環(huán)氨水泵的出口閥門全開，運轉波動，增加了閥門截流招致動力損失，節(jié)能效果分明，完成了電機的軟啟動，延伸了電機、泵及其隸屬設備的運用壽命。理論證明高壓變頻器在循環(huán)氨水泵上的使用是十分成功的。（論文網(wǎng)）

高壓變頻器散熱與通風的設計

導讀： 高壓變頻器在正常任務時，熱量來源次要是隔離變壓器、電抗器、功率單元、控制零碎等，其中作爲主電路電子開關的功率器件的散熱、功率單元的散熱設計、及功率柜的散熱與通風設計最爲重要。

1 引言

在電力、化工、煤礦、冶金等工業(yè)消費范疇要求高壓變頻器有極高的牢靠性。影響高壓變頻器的牢靠性目標有多項，其中在設計進程中其散熱與通風是一個至關重要的環(huán)節(jié)。目前高壓變頻器有高-低-高式、元件間接串聯(lián)式、中點箝位多電平式、單元級聯(lián)式等多種方式，普通來講，上述各種方式的高壓變頻器，其效率普通可達95~97%;但由于設備功率大，普通爲mw級，在正常任務時，仍要發(fā)生少量的熱量。爲保證設備的正常任務，把少量的熱量分發(fā)出去，優(yōu)化散熱與通風方案，停止合理的設計與計算，完成設備的高效散熱，關于進步設備的牢靠性是非常必要的。

高壓變頻器在正常任務時，熱量來源次要是隔離變壓器、電抗器、功率單元、控制零碎等，其中作爲主電路電子開關的功率器件的散熱、功率單元的散熱設計、及功率柜的散熱與通風設計最爲重要。

2 功率器件的散熱設計

通常對igbt或igct模塊來說，其pn結不得超越125℃，封裝外殼爲85℃。有研討標明，元器件溫度動搖超越±20℃，其生效率會增大8倍。功率器件散熱設計關乎整個設備的運轉平安。

2.1 在停止功率器件散熱設計時應留意的事項

（1） 選用耐熱性和熱波動性好的元器件和資料，以進步其允許的任務溫度;

（2）減小設備（器件）外部的發(fā)熱量。爲此，應多選用微功耗器件，如低耗損型igbt，并在電路設計中盡量增加發(fā)熱元器件的數(shù)量，同時要優(yōu)化器件的開關頻率以增加發(fā)熱量;

（3） 采用適當?shù)纳岱绞脚c用適當?shù)睦鋮s辦法，降低環(huán)境溫度，放慢散熱速度。

以目前最罕見的單元級聯(lián)式高壓變頻器爲例，對其中一個功率單元爲例停止熱設計。功率器件采用igbt，其電路如圖1所示。

2.2 損耗功率的預算

在設備穩(wěn)態(tài)運轉時，功率單元內整流二極管、igbt、續(xù)流二極管總的功率損耗即爲散熱器的耗散功率。因而熱設計的第一步就是對上述器件的總功耗停止預算。

圖1 功率單元電路圖

（1） igbt的功率損耗普通包括通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗、守舊損耗、關斷損耗和驅動損耗，在預算時次要思索通態(tài)損耗、守舊損耗與關斷損耗;

（2） 對續(xù)流二極管來講，次要預算它的通態(tài)損耗與關斷損耗;

（3） 整流二極管在低頻狀況下的損耗功率

次要爲通態(tài)損耗，確定其通態(tài)功耗的簡便辦法是從制造廠給出的通態(tài)損耗功率與通態(tài)均勻電流關系曲線間接查出。

上述功率單元總的功耗爲：p=（pss+psw）×4+pd×6 （5）

2.3 穩(wěn)態(tài)下的結溫計算

結溫的計算是樹立在如圖2所示的簡化熱阻等效電路的根底上的。上述功率單元的簡化熱阻等效電路如圖2所示。

圖2 igbt的熱阻等效電路圖

圖2中：rθ（j-c）是器件結到管殼基準點穩(wěn)態(tài)熱阻，由制造廠家提供，普通在數(shù)據(jù)表中給出下限值或給出瞬態(tài)熱阻曲線取t→∞的穩(wěn)態(tài)值;

rθ（c-a）是管殼未經(jīng)過散熱器間接到空氣的熱阻，通常不思索;

rθ（c-s）是管殼到散熱器的觸熱阻，通常由制造廠家在數(shù)據(jù)表中給出;

rθ（c-a）是散熱器基準點到環(huán)境基準點的熱阻，其值由散熱器方式、尺寸和冷卻方式?jīng)Q議;

ta是環(huán)境溫度。

（1） 靜態(tài)熱阻

（6）

（2） 瞬態(tài)熱阻

由于電力電子器件任務在周期性的開關形態(tài)，就需思索其瞬態(tài)熱阻所形成的結溫動搖能否超越最大結溫。瞬態(tài)熱阻反映散熱途徑中熱載體的熱阻和熱容量的綜合效果。瞬態(tài)熱阻抗可由下式求得：

通常處于周期性脈沖功耗負載下的均勻和最大結溫可以參考廠家所給出的瞬態(tài)熱阻曲線來計算。如圖3示出了eupc型號爲bsm400ga120dlc的igbt模塊瞬態(tài)熱阻曲線zthjc=f（t）。

圖3 igbt模塊瞬態(tài)熱阻曲線

（3） 穩(wěn)態(tài)下的結溫計算

經(jīng)過上述辦法剖析失掉整個功率單元一切的功率損耗，然后依照下式計算電力電子器件的結溫或計算散熱器的熱阻。

同時在計算熱阻時，應思索到損耗功率的動搖與負載的動搖;即在思索結溫的均勻值的同時，應思索到其動搖的幅度。通常狀況下，需保證在給定條件下所呈現(xiàn)的最高結溫不大于其最大定額150℃，計算穩(wěn)態(tài)結溫時思索留出5℃的裕度。

3 功率單元的散熱冷卻設計

功率單元中的元器件次要包括整流二極管、igbt

（或igct）模塊、電容、疾速熔斷器、母線開關器件驅動電路以及其它一些維護電路。除二極管整流模塊與igbt模塊（igct）外，其他元器件由于在功率單元中經(jīng)過支架等方式裝置，在保證足夠的空間間隔與必要細微空氣的對流的條件，已滿足其散熱要求。因而功率單元的冷卻設計次要思索二極管整流模塊與igbt模塊（igct）的散熱要求。

功率器件的耗散功率所發(fā)生的溫升需由散熱器來降低，經(jīng)過散熱器添加功率器件的導熱和輻射面積、擴張熱流以及緩沖導熱過渡進程，間接傳導或借助于導熱介質將熱量傳遞到冷卻介質中，如空氣、水或水的混合液等。目前在高壓變頻器中常用到的冷卻方式爲強迫空氣冷卻、循環(huán)水冷卻、熱管散熱器冷卻。

3.1 強迫空氣冷卻

強迫空氣冷卻用的散熱器通常是一塊帶有很多葉片的良導熱體，散熱器熱阻（r（s-a））預算公式：

式（9）中：k爲散熱器熱導率;

d和a辨別是散熱器的厚度和面積，辨別以cm和cm2表示;

c是一個與散熱器外表和裝置角度有關的修正因子。

此式在空氣溫度不超越45℃時成立。

值得留意的是，散熱器的制造工藝會影響到其導熱系數(shù)，如鑄造鋁合金、擠壓成型或釬焊散熱器應區(qū)分思索。同時在選配散熱器時應思索：散熱器根部厚度應滿足熱的傳導;翼片的數(shù)目與波紋在保證最大散熱面積的前提下不至于發(fā)生太大的流體阻力;翼片的高度與厚度之間的比例要合理。如要保證散熱有較大的裕量，增大散熱器的長度是一個較好的選擇。

3.2 循環(huán)水冷卻

高壓變頻器采用循環(huán)水冷卻方式可以大大進步散熱效率，使得單位功率的體積小，可極大的減小零件的尺寸。與強迫空氣冷卻相比，散熱器外表與流體的溫差比擬小，一方面可以進步功率，另一方面可以降低芯片的溫度，進步其壽命。但采用循環(huán)水冷卻方式需求有水循環(huán)與處置設備，添加了設備的復雜水平。采用該方式時，應留意爲避免純水會惹起生銹與結凍，普通采用水與醇混合?；旌媳壤龝绊懙嚼鋮s液的熱阻，當混合比例爲50%時，其熱阻普通增大50%。正常狀況下應保證水的流速不小于8升/分。

在低溫干冷的環(huán)境中，由于空氣中的絕對濕度比擬高，當冷卻外表的溫度低于露點時，水冷散熱器會惹起凝露景象，由此能夠形成器件的絕緣毀壞。因而水冷式高壓變頻器對環(huán)境要求要高一些。通常水的凝結點爲0℃，依據(jù)規(guī)范要求，額外溫差爲5℃，因而任務溫度不應低于5℃;同時絕對濕度≤90%（25℃），絕對濕度變化率應≤5%/h。

3.3 熱管散熱器

熱管散熱器是采用水或其它傳熱流體爲冷卻介質，密封在具有毛細構造的銅管內的沸騰散熱器。功率器件發(fā)生的熱量經(jīng)過散熱器傳導給流體，流體汽化后分散至整個銅管，以散熱片散熱冷卻成水后回流到吸熱面。熱管散熱用具有傳熱才能強、均溫才能優(yōu)秀、熱密度可變、無外加設備、任務牢靠、構造復雜，分量輕、不必維護等優(yōu)點，普通適用于大功率、分立元件的場所;在一些特殊的消費工況如粉塵比擬多的中央（煤礦、焦化廠、局部化工廠）可以采用熱管散熱器，由于可以做到整個功率變換局部的密閉性。

國際的電力電子變換器行業(yè)多年前已采用熱管散熱器。如df4型電傳動內燃機車的電力整流柜改用熱管交換原有的純鋁散熱器;上海威特力焊接設備制造無限公司在400a以上的逆變焊機中每臺都用熱管散熱器爲igbt和二極管散熱。但目前還未見到采用熱管散熱的高壓變頻器。思索到上述幾種散熱方式，熱管散熱應是首選的思索。

3.4 其它留意事項

高壓變頻器無論采用何種冷卻方式，器件在散熱器上裝置時應留意其裝置地位。器件在散熱器上的布局應留意以下幾點：

（1） 散熱器的中心地位熱阻最小;

（2） 在同一個散熱器上裝置多個功率器件時，在思索各個器件發(fā)作的損耗狀況的根底上，決議裝置的地位，對發(fā)生大損耗的器件應給予最大的面積;

（3） 裝置模塊的散熱器外表，應留意螺釘?shù)匚婚g的立體度控制在100以內，外表粗糙度控制在10以下，外表如有凹陷會間接招致接觸熱阻的添加;

（4）爲使接觸熱阻變小，在散熱器與功率元件的裝置面之間應平均涂敷散熱絕緣混合劑，并施加適宜的緊固力矩，使器件外殼對散熱器的接觸熱阻不超越數(shù)據(jù)手冊要求的值。

4 零件的散熱與通風設計

高壓變頻器常風的冷卻方式次要爲散熱器強迫風冷、循環(huán)水冷卻和熱管冷卻等。因強迫風冷方式復雜，不存在水冷時的凝露成績，以及熱管散熱器設計的復雜性，在確定適宜的通風構造的狀況下，普通采用此種方式。采用強迫風冷方式需求在構造設計時思索散熱風道。散熱風道的設計應在充沛思索單元散熱的要求下，應盡量優(yōu)化。罕見的多電平串聯(lián)方式的高壓變頻器，從構造上分爲功率柜體、變壓器柜、控制柜。功率柜風道設計通常有兩種方式：串聯(lián)風道和并聯(lián)風道。

4.1 串聯(lián)風道

串聯(lián)風道是由每個功率的散熱器上下絕對，構成上下對應的風道，其特點由上下多個功率單元構成串聯(lián)的通路，構造復雜，風道垂直使得風阻小;但由于空氣從下到上存在順次加熱的成績，形成下面的功率單元環(huán)境溫差小，散熱效果差。其構造如圖4所示。

圖4 功率柜風道構造圖

4.2 并聯(lián)風道

并聯(lián)風道中從每個功率單元的后面進風，對應的進風口并聯(lián)陳列，在前面的風倉中匯總后由風機抽出，同時整個功率柜普通采用冗余的辦法，有多個風機并聯(lián)運轉，全體散熱效果好，并進步了設備的牢靠性。但柜體前面要構成風倉，增大了設備的體積，同時由于各個功率單元后端到風機的間隔不同，使得每個功率單元的風流量不分歧，在設計時應加以思索。

4.3 散熱風機的選擇

整個功率局部采用強迫風冷的方式，需保證有足夠的具有環(huán)境溫度的空氣源源不時地流經(jīng)散熱器的外表，使散熱零碎到達某種溫度值的熱均衡。在波動的均衡形態(tài)下，依據(jù)公式：p=h×a×△t，在已確定零碎耗散功率p、散熱器無效外表積a與散熱器外表溫度與環(huán)境溫度差值△t的前提下，吸熱介質的對流換熱系數(shù)h可以求出。美國、日本規(guī)則風機樂音不得大于65db，所以他們規(guī)則的風速爲2～4m/s。因而在思索風機選擇時，應保證電力半導體器件風冷散熱器3～6m/s的風速，普通即可保證h能到達要求。

5 完畢語

目前高壓變頻器多采用強迫風冷方式，但由于水冷方式和熱管散熱有體積小、效率高、沒有凈化等優(yōu)點，應更新設計理念，鼎力推行?？傊?，開發(fā)和選擇新型高效散熱技術對高壓變頻器停止冷卻，是進步設備牢靠性和減少設備體積的一個重要措施。（科技潮人 OFWEEK）

高壓變頻調速技術在火力發(fā)電廠節(jié)能中的使用

1、引言

近年來，隨著國度節(jié)能減排政策的鼎力推行，火電廠的設備節(jié)能改造也開端逐漸停止，而風機、水泵作爲火電廠數(shù)量最多的輔佐設備，具有十分顯著的節(jié)能空間。同時，火電廠裝機容量不時加大，招致機組的調峰力度隨之增大，機組的負荷在運轉周期內也有較大范圍的改動，完成風機、水泵流量的實時調理勢在必行。目前，我國火電廠大多采用節(jié)流閥對風機、水泵的流量停止調理，雖然可完成流量的變化，但并沒有基本改動電動機的輸入功率，沒有到達節(jié)能的效果。但電力電子技術和計算機控制技術的疾速開展，火電廠風機等輔佐設備的節(jié)能改造普遍開端采用變頻調速安裝，獲得了令人稱心的效果。

2、高壓變頻調速零碎的次要優(yōu)缺陷

2.1次要優(yōu)點剖析

1）調速效率高。高壓變頻調速零碎可使風機、水泵等設備的電動機在運轉頻率發(fā)作改動后仍堅持額外轉差率根本不變，也就是使電動機維持在改動后頻率的同步轉速左近運轉，這樣的益處是電動機的轉差損失不變。同時，當速度發(fā)作變化時，只要變頻安裝中發(fā)生能量損耗，但電動機的本身損耗及效率會降低，其緣由次要是由于高次諧波的影響。

2）調速范圍寬。高壓變頻調速零碎的調速范圍可達10：1或20：1，可完成頻率在50～5Hz或50～2.5Hz范圍內的調理，同時在此調速范圍內仍能堅持零碎具有較高的效率，因而低轉速形態(tài)下運轉的負載使用效果更爲顯著。

3）在變頻調速零碎發(fā)作毛病或許有其他經(jīng)濟運轉方案需求時，變頻安裝可中止運轉，此時設備的電能將由電網(wǎng)間接供應，這就確保了再零碎毛病時，風機、水泵等設備的運轉不受影響，或許在更爲經(jīng)濟的運轉條件下，如設備在額外頻率范圍形態(tài)下任務，此時采用節(jié)流等方式調理更爲經(jīng)濟，這樣既保證了整個電力零碎的平安牢靠，又使得零碎的節(jié)能效果更爲顯著。

4）變頻調速安裝除了可以調理流量外，還可以同時作爲電動機的軟啟動安裝運用。

2.2次要缺陷剖析

1）雖然實際上變頻調速零碎可適用絕大局部設備的節(jié)能改造，但目前在高壓大容量傳動設備中還不能普遍推行，其次要緣由有兩個方面：一方面是火電廠裝機容量越來越大，與之相順應的輔佐機組供電電壓可到達3～10kV，但功率開關器件往往不能接受如此高的電壓；另一方面是高壓大功率變頻調速零碎無論是設計、消費還是裝置運轉，都需求較高的技術，其經(jīng)濟本錢也較高，而過高的投入將形成設備改造后無法獲得實踐的經(jīng)濟和節(jié)能效益。

2）變頻器分爲電流型和電壓型兩品種型，二者的共同點是發(fā)生的電流或電壓的波形均爲高次諧波，因而設備及其供電電源的運轉將遭到很多負面影響。較典型的表現(xiàn)是，電動機在運轉進程中由于高次諧波的影響將發(fā)生更多的附加損耗，溫升隨之添加，進而招致其效率和功率因數(shù)均降低、噪聲增大等成績。此外，電動機轉矩在高次諧波的影響下降發(fā)作脈動景象，脈動的頻率可用6kf（k=1，2，3…）表示，當次頻率與零碎的固有頻率相近時，將引發(fā)變頻安裝與設備的共振景象。但采用一定的措施是可以使變頻器輸入的高次諧波有所降低的，如采用PWM變頻器或采用多重化技術的電流型和電壓型變頻器將大大改善安裝的輸入波形。

3、各種變頻調速方式的節(jié)能效果比擬

風機、水泵的流量調理方式可分爲非變速調理和變速調理兩大類，各種調速方式的差異次要表如今對轉差功率的處置上，即轉差功率耗費型（如液力耦合器調速、液力調速離合器調速、電磁轉差離合器調速、鼠籠式異步電動機定子調壓調速以及繞線式電動機轉子串電阻調速）、轉差功率回饋型（繞線式異步電動機的串級調速）以及轉差功率不變型（變級調速、變頻調速、直流電動機調速），第一種屬于低效調速方式，后兩種屬于高效調速方式。高效調速方式的節(jié)能效果相差不大，因而本文著重討論低效調速方式的節(jié)能效果的差別。

如上所述，目前我國采用的低效調速方式共有五種，其差異是采用的變頻器類型不同，但它們存在一個共同點，也就是各低效調速方式的調速效率等于轉速比（ηv=n2/n1=i），但其節(jié)能效果仍存在很大差異。

首先，拆卸了液力耦合器調速和繞線式電動機轉子串電阻調速的風機和水泵等設備的電動機在運轉時的轉速依然可以到達未改造時的額外轉速，因而其節(jié)能效果也是最好的。這兩種調速方式下的電動機運轉轉速爲額外轉速的2/3時將發(fā)生最大的轉差損失，其值爲0.148，也就是在實踐運轉中，改造設備到達最高轉速時所需的軸功率值。

其次，風機和水泵等設備在拆卸了液力耦合器調速和電磁轉差離合器調速時，其電動機在運轉時的轉速并不能到達額外轉速，因而這兩種調速方式的節(jié)能效果與上述兩種相比擬低。在這種調速方式下，水泵和風機與變頻安裝相銜接的自動局部與主動局部之間要存在一定的轉速差才干正常運轉。風機和水泵的最高轉速比爲，其中爲設備運轉時的最高轉速，液力耦合器的最高轉速比in范圍爲0.97～0.98，以往的電磁轉差離合器最高轉速比in范圍爲0.83～0.87，而目前新商品的 范圍爲in0.94～0.96。與上述兩種方式相反，采用這兩種方式改造的設備運轉時的最大轉差損失也發(fā)生在2/3額外轉速下，此時轉差損失最大，可用計算，設備在非額外轉速下的轉差損失可用表示，由上式可知，在轉速比i一定的條件下，in越小則越大。此外，由于采用這兩種變頻調速方式的設備達不到額外轉速，因而要采取措施加大設備的出力，例如加微風機、水泵等設備的額外容量等。

關于調壓調速安裝，調速線路的晶閘管要發(fā)生換流損失，晶閘管換流發(fā)生的高次諧波也會影響到電動機的功能。此外調速調壓安裝通常配置高轉子電阻的鼠籠式電動機，它的效率比普通的鼠籠式電動機要低。因而，它是上述低效調速方式中節(jié)能效果最差的。

4、結語

高壓變頻調速技術在火力發(fā)電廠節(jié)能改造中失掉了普遍的使用，獲得了良好的效果，火電廠應積極鑒定新辦法的無效性，在正確鑒定的根底上合理開發(fā)，把高壓變頻技術變爲改良的表帥，爲我國節(jié)能減排增效政策的施行奉獻力氣。