英威腾GD5000系列高压变频器在伯恩光学压缩机上的应用

1.引言

伯恩光学有限公司成立於1986年，为港资私人企业。原为富士光学有限公司及伯恩光学有限公司，至2010年，为达到更高的管理及生产效益，正式整合为伯恩光学有限公司。至今，工业园的厂房面积已达850,000平方米和十万名职员，技术与产能的结合，令伯恩成为目前全球最大的玻璃面板生产商，全球市占额超过60%。深圳和惠州两大生产基地的年总产值高达300亿元。

2.玻璃基板简介

玻璃基板—是TFT-LCD面板的一个组成部分，在TFT-LCD面板成本中所占比例不高约8％，但对产品性能的影响却十分巨大，比如分辨率、透光度、重量、视角等关键技术指标都与玻璃基板的性能密切相关。因此，业内公认的一点就是，玻璃基板对TFT-LCD产业不亚于圆对导体产业的重要性

目前在商业上应用的玻璃基板，其主要厚度为0.7 mm及0.6m m，且即将迈入更薄（如0.4 mm ）厚度之制程。基本上，一片TFT- LCD面板需使用二片玻璃基板，分别供作底层玻璃基板及彩色滤光片（FILTER ）之底板使用。

LCD所用之玻璃基板的生产比较复杂，整个玻璃基板的制作中，主要技术包括进料、薄板成型及后段三部分，其中进料技术主要控制于配方的好坏，首先是在高温的熔炉中将玻璃原料熔融成低黏度且均匀的玻璃熔体，不但要考虑玻璃各项物理与化学特性，并需在不改变化学组成的条件下，选取原料最佳配方，以便有效降低玻璃熔融温度，使玻璃澄清，同时达到玻璃特定性能，符合实际应用之需求。而薄板成型技术则攸关尺寸精度、表面性质和是否需进一步加工研磨，以达成特殊的物理、化学特性要求，后段加工则包含玻璃之分割、研磨、洗净及热处理等制程。

图1 玻璃基板生产工艺示意图

此次上变频的螺杆式压缩机主要用来产生高压气体，然后输送到主管道中，作为各种设备或者工具的动力来源。由于客户现场产量调节以及各种设备工具不定时的使用，导致主管道压力频繁波动，当管道压力处于设定的阀值之外时，控制系统会发出投退压缩机的信号，此时用户可以根据要求启动或者停止某台压缩机，从而使主管道压力在正常的范围内，保证生产的稳定性。

3.变频改造方案

3.1用户原有控制方案

伯恩光学现场压缩机大多采用水阻柜的方式进行软起，重载设备启动困难，启动电流大，转矩波动剧烈，机械冲击大，大大缩短设备的使用寿命。同步电动机的起动投励是一个比较复杂的过程，特别是在工频启动时，当同步电机电枢绕组高压合闸时，通过高压断路器的辅助触点告知同步电机的励磁装置准备投励。此时，励磁装置自动在同步电机的励磁绕组上接入一个灭磁电阻，以防止励磁绕组上感应出高压，同时在起动时提供一部分起动转矩。同步电机电枢绕组上电后，在起动绕组和连有灭磁电阻的励磁绕组的共同作用下，电机开始加速。当速度到达95%的同步转速时，励磁装置根据励磁绕组上的感应电压选择合适的时机投入励磁，电机被牵入同步速运行。如果投入的励磁时机不准，很容易造成失步，导致转矩剧烈波动，严重时还会导致启动失败，特别是螺杆式压缩机这种重载传动装置，直接工频降压启动失败现象尤为明显。一次回路图如下所示：

图3 用户原有启动方案

3.2变频改造后控制方案

本项目采用英威腾GD5000-B2240-10-S型号变频器；采用一拖二勿扰却换方式进行变频改造；为了保证设备运行的可靠性，要求在实施变频改造后，变频器启动1#电机到工频状态后无扰切换至工频电网，变频系统退出；再启动2#电机到工频状态后无扰切换至工频电网，变频系统退出。即增加工频/变频旁路无扰切换柜，使系统既可切换到工频运行，又可切换到变频运行。

4.变频改造优势

该项目通过变频改造后客户端通过操作空压机控制面板上面的启动按钮，变频器就自动变频----就绪----运行至50Hz----切换到工频。由于是一拖二，整个控制逻辑是通过PLC控制的。

改造前电机启动时震动较大见图：

改造前电机启动震动波形图

改造后变频无扰切换波形图

使用高压变频后，大幅地改善了之前的运行工况，具体表现在：

正真实现了一键启动；能够在压缩机控制面板上直接启动变频器。

灵活的实现变频切换到工频，工频切换到变频。

切换过程对电机和电网无冲击。

适用一拖多，大型电机软启动。

避免了之前在启动过程中出现的剧烈喘振现象。

减小了对电机和轴承的机械冲击，可显著提高其使用寿命，降低维护使用成本。

通过改造，完全杜绝了原有水阻柜启动电流大；励磁不投切现象。

自动保存当前故障的变频器工作电压和电流波形，用以准确分析故障原因。

5.结束语

通过此项目的运行情况分析，不难看出高压变频器在液晶显示制造领域系统应用中的明显优势，从整个行业发展来看，也只有尽力挖掘生产流程中的每一处应用空间，才能提高企业自身的竞争力，真正走上一条健康的可持续发展之路。

参考文献：

【1】田路线、李富国、吴光文《玻璃》

【2】深圳市英威腾电气股份有限公司  《GD5000系列高压变频调速系统产品说明书》

【3】李亚利《液晶与显示》