高压变频器在生物制药风机上的应用_11

2019-07-06 11:41

  引言

  烟台恒源生物股份有限公司,是国家高新技术企业,现任中国生物发酵产业协会理事单位,依托国内重点科研院所、大学,综合运用生物技术、精细化工技术,拥有先进的生产工艺设备和检测技术,产品质量达到美国食品化学品法典FCCIV的要求,取得了ISO9000认证、ISO14000环境管理体系认证、ISO18000职业健康安全管理体系、OUKOSHER认证、HALAL认证、HACCP认证及饲料添加剂生产许可证。目前主导产品有:富马酸、L-天门冬氨酸、L-丙氨酸(工业级)、L-丙氨酸(医药食品级)以满足国内外不同行业客户的需求。

  公司有1期和2期两套生产线,年生产能力一万吨,生产过程中需要的空气中的氧气由鼓风机提供。因此,鼓风机是消耗电能的主要负载。所以为了实现发电过程中电能的合理节约,希望可以将1期鼓风机通过变频装置进行节能拖动。

  2离心式鼓风机设备简介

  2.1电机及引风机的参数

  2.2鼓风机工艺要求

  生产过程中需要的空气中的氧气由鼓风机提供。因此,鼓风机的风量直接影响到生产工艺参数。所以该鼓风机是生产工艺中重要的组成部件。

  所以,一方面生产工艺要求变频器必须安全可靠运行稳定,连续不间断正常运行;操作简单,可以实现远程DCS控制;频率可调度2-50Hz;适应电网电压波动能力强;保护功能完善;要求节能效果明显。另一方面,负载为离心式鼓风机,要求变频器启动和停止时能适应离心式风机的较大的转动惯性,减小对电网电压的影响,对电机有必要的保护,有助于延长电机的使用寿命。

  经过对国内外各种高压变频器调研、比较,最后以招标方式选择了新风光电子公司生产的风光牌JD-BP37-500F型(500kW/6kV)高压变频器作为鼓风机的控制设备。

  3新风光JD-BP37-500F高压变频调速系统

  3.1高压变频器系统的原理

  3.1.l系统组成

  图1高压变频调速系统的结构图

  其系统结构如图1所示。风光牌高压变频器为高--高电压源型模式,由移相变压器,功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电,功率单元每相采用低压功率单元串接组成。输入谐波均能满足国家标准对电压和电流失真的要求。控制器部分以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进行通信。风光高压变频器采用模块化设计,互换性好、维修简单,噪音低,谐波含量小,不会引起电机的转矩脉动,对电机没有特殊要求。

  3.1.2功率单元电路

  其电路结构如图2示,为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为六支二极管实现三相全波整流。逆变侧通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现逆变。假如某一单元发生故障,该单元的输出端能自动通过软件控制IGBT旁路而整机可以降额工作,但不影响运行,每个功率单元完全一样,可以互换,这不但调试、维修方便,而且备份也十分经济。

  图2单元电路主电路图

  3.1.3输入侧结构

  变频器输入侧由移相变压器给每个功率单元供电,每个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分。

  本机中移相变压器的副边绕组分为三组,采用多脉冲整流方式。这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1,输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于2%。另外,由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器,便于采用现有的成熟技术。

  3.1.4输出侧结构

  输出侧由每个单元的两个输出端子相互串接而成,三相星型接法输出给电机供电。通过对每个单元的SPWM波形进行重组,可得到如图3所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶片的机械应力。

  图3变频器输出的相电压阶梯PWM波形图

  3.1.5控制器

  控制器核心由高速DSP运算来实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。人机界面提供友好的全中文监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。控制器及各控制单元板中采用DSP和FPGA等大规模集成电路和表面焊接技术,系统具有极高的可靠性。

  控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术,低压部分和高压部分实现真正意义的电气隔离,系统具有极高的安全性和可靠性,同时具有很好的抗电磁干扰能力。

  3.1.6控制电源

  采用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率,利用了调制信号预畸变技术,使电压利用率近似于1。系统采用了先进的载波移相技术,它的特点是单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。多个单元迭加后的理论输出波形如图4所示。

  图4单元输出迭加后的波形

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