英威腾CHH100高压变频器在化工离心式循环压缩机上的应用

一、引言

   山东某化工企业主要以重油的生产和销售为主，主要产品包括93#、90#车用无铅汽油，液化气、柴油、焦炭、轻质油、丙烯等；其中高压变频器应用在丙烯车间的循环气压缩机上。此负载设备为离心式循环压缩机，参数如下：

二、应用环境分析

工艺流程如图1所示：

图1 丙烯收集系统工艺流程图

   在实际应用中，工频时每次启动压缩机都是重载启动，启动起来十分不容易，同时还给工艺上带来很大隐患，比如噪音大，启动电流大，影响设备寿命、压力突变等。另外，由于负载的波动性较大，电机很少在满载情况下运行，仅依靠关出口阀、打回流来调节流量，浪费严重，能耗较高，运行十分不经济。为了解决这一系列问题，通过多方调研，我厂决定采用高压变频器对电机进行调速改造。

三、系统方案提出

3.1变频调速原理

  按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：

　　n=(1-s)60f/ P =n0�(1-s) ………①

　　式中：P-电机极对数；f-电机运行频率；s-滑差。

  从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。

  而改变频率必须改变供电电压，由交流电机成立的电磁关系式：

　　E=4.44fwΦ ………②

　　式中：E-电机电动势，f-定子频率，W-绕组系数，Φ-气隙主磁通。

　　对异步电机调速时，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改变频率时，供电电压也应跟着变化。

3.2高压变频器技术路线的选择

　　目前，因为功率器件耐压的限制，高压变频器没有像低压变频器一样，有统一的拓扑结构。目前，市场上主流的高压变频器多采用单元串联多电平的拓扑结构，系统结构如图2所示：

图2变频器系统结构图

   由于这种结构是利用低压功率器件实现高压，巧妙的避开了电力电子功率器件耐压不足的问题。同时通过前端的移相变压器，实现了多脉冲整流，具有对电网谐波污染小的优点，有些厂家又把这种变频器称为“完美无谐波变频器”。在变频器的内部控制上，利用功率单元输出波形的移相叠加，形成多电平输出电压波形，可以直接适配普通国产异步电机，对电机的绝缘没有特殊要求，并且具有脉动转矩小，无共模电压的明显优点。因为技术成熟，低压功率器件易于采购，因此成为市场上的主流方案。通过厂家的介绍和其它兄弟单位的现场考察，我们确定了英威腾研发、生产的高压变频器CHH100产品。

图4 现场运行的高压变频器

3.3 一次主回路方案

　　通过咨询，决定采用一拖一手动旁路方案：主回路由用户开关、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3及高压变频器组成（如图3）。其中要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。高压隔离开关QS1、QS2、SQ3加装电磁锁，电磁锁的操作电源使用用户开关的辅助触点闭锁。只有当用户开关断开时，QS1、QS2、SQ3的电磁锁才能得电，可以正常操作。在变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开，变频器得电启动后，电机处于变频运行状态；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开，用户开关闭合后，电机实现工频直接启动，恢复改造前的运行状态。

图3 一拖一手动旁路

四、整体使用效果

4.1现场技术数据：

改变频后比工频运行时的参数对比表：

节省电费为M=1291680-348192=943488元≈94.3万元。

4.2变频器运行情况：

  采用变频调速后，带来的最大好处有以下几点：

电机实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网冲击很小。

压缩机出入口压力差降低了很多。以前压差5公斤，设备啸叫严重，能达到120分贝；改变频后压差为0.8公斤，噪音仅为75分贝左右。从而减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低了噪音，有效的延长了电机的使用寿命，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。

输入电流减少很多，以前电流很多都做了无用功，浪费极大。

提高了功率因数

五、客户评价

  通过对离心式压缩机改造前后的对比，达到了预期的节能效果，给用户的生产降低了成本减少了生产设备的维护工作；目前英威腾CHH100高压变频器运行稳定，生产持续，受到生产车间、维护班组和公司领导的高度评价。

六、结束语

   我公司通过对循环气压缩机的电机变频调速改造，有效解决了之前运行过程中出现的启动困难问题，改善了生产工艺，延长了设备检修周期，并且取得了良好的经济效益。随着高压变频器市场的进一步成熟，将会有越来越多的设备列入改造之列，为国家的节能减排做出突出贡献。

参考文献

[1] 《CHH100系列高压变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2]  仲明振  赵相宾  《高压变频器应用手册》机械工业出版社  2010-09出版