FRENIC5000变频器在轧钢厂供水系统中的应用实例

    根据生产工艺要求，轧钢厂在生产过程中，随时要补充软水作为工业冷却用水。过去是用改变阀门方法调节水的流量和压力（扬程）。现将变频器接入供水控制系统中．根据工艺所需的流量和压力来调节电动机速度控制流量和压力．达到节能的日的。    (1)供水系统    供水系统如图3-12所示，共装有三台水泵．每台电动机容量为75kW，其中两台工作，一台备用。具体要求如下。
    图3-12    软水供水系统    ①三台水泵，分别可以调速和定速运行，变频器只能作一台电动机的变频电源。故各台电动机的启动、停止必须相互连锁，用逻辑电路控制，以保证可靠切换。    ②两台水泵工作时，一台工频供电，另一台由变频器供电，两台的运行也必须由互锁控制。    ③当电动机由变频切换至工频电网运行时，必须延时5s进行定速运行后接触器才自动合闸，以防止操作时过电压。    ④当电动机由工频电网切换至变频器供电运行时，必须延时10s后接触器再闭合，以防止电动机高速产生的感应电动势损害电力电子器件。    ⑤为确保上述工艺要求的实现，控制、保护、检测单元应集中于一个控制柜内。    变频器接线如图3-13所示。软水泵运行以管压为给定了决定水泵运行工况。
    图3-13    变频器接线图    ①管压H≥0.8；一台定速，一台变速，一台备用。    ②管压H≤0. 64；一台定速或变速，另两台备用。    ③管压H≤0. 52；一台变速，两台备用。    ④三种工况的选择是通过管出口的流量一压力传感器的电流信号（4～20mA直流），经函数发生器变为开关控制信号，启动电动机和管阀门。    变频运行的电动机，由压力信号的大小进行三种不同频率（速度）的切换。    (2)变频器选型    选用日本富士公司生产的FRENIC5000系列PWM电压型变频器，主回路采用大功率晶体管(GTR)模块，用单片微型计算机控制，其电路原理如图3-14所示。
    图3-14    PWM变频电路原理框图    ①电路特点  变频器的主电路为典型的交直一交电压型变频方式。控制电路由FRFI设定频率，经过ACC/DEC变成频率基准和电压基准信号，分别经过A/D和U/f进入CPU内，形成PWM脉冲，经驱动电路BD驱动GTR大功率晶体管给电动机提供变频电源。    ②技术特性其见表3-11。    表3-11    技术特性

    (3)变频器的原理接线图其见表3-12。    表3-12    变频器的原理接线图
    (4)运行与操作    ①变频器调试完毕即可投入运行、操作简便。从发出指令到变频器开动延时1~2s即可显示频率值。    ②电动机启动特性改善。使启动电流小于1.5倍额定电流，实现电动机软启动，启动时间为10～20s。    ③保护功能齐全，发生事故时首先变频器跳闸，备用工频电源备用泵立即自行启动。    (5)使用时注意的事项    ①水泵转速调节范围不宜太大．通常不低于额定转速的50%。当转速低于50%，水泵本身的效率明显下降。在调频时应避开泵机组的机械共振频率，否则将会损坏泵机组。    ②由SPWM变频器驱动一部电动机时，因高次谐波的影响产生噪声。可在变频器和电动机之间装设补偿器(为总阻抗的3%～4%)，噪声可降低5~10dB。    ③由SPWM变频器驱动异步电动机时，电动机的电流比工频供电时大5%左右。电动机低速运行时冷却风扇能力又下降，使电动机的温升增高。应采取措施限制负荷或减少运行时间。    ④变频器周围环境温度低于35℃。当环境温度高于35℃时，功率模块性能变差，尤其是长期运行的水泵，可能会损坏模块。    ⑤选用变频器的容量要与电动机流量相匹配，并且可考虑提高容量1~2个档次。尤其是工作环境温度高、长年连续运行的水泵更应如此。    (6)水泵变频器调速运行的经济分析    ①使用变频器后，水泵电动机工作电流从110A下降至60～90A，电动机温升明显下降，同时减了了机械磨损，维修工作量也大大减少。    ②保护功能可靠，消除电动机因过载或单相运行而烧坏电动机的现象，确保安全生产。    ③节能效果明显。表3-13给出一台水泵在定速和变速两种不同工况下测出的数据。初步估计，一台75kW的电动机，一年可节电24. 7kW·h，节省电费5.4万元（以0.22元/kW·h来计）。以一台与其配套的变频器加上外围设备价格为8万元，投资回收时间不超过两年。    表3-13    水泵变频器调速前后各项指标的对比
    ④企业综合节能效果。水泵变频器调速装置连续运行331天(7944h)未发生任何设备故障。再从当年1~6月来统计，供水量比未装变频器的去年同期比较净增22万吨，即增产12.9%，耗电42.5%。上述结果证明，水泵变频器调速在技术上和经济效益上都是可行的。