案例 | 汇川HD90高压变频器在微粉磨循环风机上的应用

循环风机为矿渣微粉生产线中最重要的设备之一，在整个过程中占据了最重要的位置，唐山某客户现场磨机为立磨机，所配备循环风机为630kW异步电机，电压等级10kV，额定电流45.3A，风机设计余量大，节能空间很可观。原系统采用工频直接启动的方式，启动冲击大，在原工频运行工况下，风机采用挡板调节风量的方式进行，平常开度主要在60%左右，能源浪费严重，且运行过程中要实时的调节开度以保证微粉的正常收集，自动化水平很低，所以决定进行变频改造，以达到节能和提高自动化水平的目的。

变频方案

根据现场负载情况，配置由汇川公司生产的高压变频器HD90-J100/800-DB,该产品具有矢量控制、控制性能好、过载能力强，操作方便，质量可靠、节电率高等优点。

(1)一次系统方案

此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF1、电动机M组成(见上图)。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合;工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。

(2)HD90控制原理

电网电压经主变压器隔离移相后为功率单元供电，每个功率单元为一个单相交-直-交电压型逆变器，单元串联星接后形成三相变频电源给高压电动机供电。根据串联单元级数的不同，产品分为3kV、6kV、10kV三个系列。主变压器采用移相整流方式，输入功率因数高，输入电压电流谐波小。满足IEEE519-1992和GB/T 14549-93对电压和电流最严格的谐波失真要求。无需任何功因补偿和谐波抑制装置。变频器输出采用多重化PWM技术，输出为近乎完美的正弦波，无须加输出滤器。电动机谐波损耗小，转矩脉动小，无明显电动机噪声。电动机不需降额使用。输出dV/dt和共模电压小，对电动机无附加电应力损害。

图二：产品原理图

功率单元采用三相交流输入，整流滤波后形成直流电压，经IGBT H桥逆变后输出脉宽调制(PWM)电压。功率单元控制板由IGBT驱动电路和监测保护电路、光纤通信电路、单元旁路电路和控制电源组成。运行中功率单元故障时，变频器可将故障单元自动旁路并继续运行，等情况允许时再停机排除故障。

(3)现场应用

根据现场实际运行效果来看，电机运行平稳，无波动，客户能够实时根据不同工况要求进行调速，并且汇川HD90 系列高压变频器内置有多段速功能，通过提前对多段速进行设置，方便了客户的使用。

现场所配变频器均配备单元旁路功能，单元旁路采用机械接触器方式进行，能够保证在单元出现故障的情况下，将故障单元旁路掉，不影响整机的运行，且软件上具有非对称旁路技术，即使在单元旁路的情况下也能保证高电压输出能力，以满足大部分工况需求。

变频改造优势

(1)节流装置全开，根据不同工况调节电机频率，节能效果显著

(2)延长电机及负载的使用寿命：变频改造真正实现了电机及负载的软启动，减少了冲击，能够有效延长其使用寿命;

(3)使用简单、自动化水平高、检修方便：变频器具备远程及本地两种操作方式，能够自由切换，操作方便简单，且配备了旁路柜，方便检修作业;

(4)降低电机噪声污染：变频改造后将根据实际需求进行变频调速，电机噪声明显降低，改善了工人的作业环境;

(5)对电网谐波污染小：HD90系列高压变频器采用单元级联型，10kV产品为48脉冲整流，对电网谐波污染小于国家标准;

(6)提高功率因数，无需无功补偿装置。

汇川技术HD90高压变频器技术优势

1) 矢量控制技术

HD90系列高压变频器具备矢量控制技术，基于电机d-q轴数学方程式解析，对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。

2) 非对称旁路技术

HD90系列高压变频器采用单元级联方式，当其中某个单元出现故障后，在单元配备旁路功能(可选)的情况下，通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

3) 飞车启动功能

HD90系列高压变频器具备飞车启动功能，能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器，变频器自动进行频率搜索，直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率，此时变频器输出相应频率，并控制电机旋转至指定频率，此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。

4) 双路控制电源

HD90控制系统采用双电源供电，控制电源失电后可正常工作;一路由用户提供，一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容，保证切换时平滑无扰动。

5) 来电自启动功能

电网瞬间跌落或波动时，系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机，连续生产提高系统生产效率。

6) 高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件，保证了运行的高可靠性，生命周期长。

相关链接：汇川高压变频器HD9X系列维修调试流程