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| 【變頻器】易驅(qū)變頻器在四川菲尼克斯半導(dǎo)體廠進(jìn)行設(shè)備改造 |
| （時間:2009/6/25 11:10:20） |
一、引言
變頻調(diào)速器作為一種新型的電力變換、調(diào)速裝置，由于具有啟動容易、平滑，能降低對機(jī)械和生產(chǎn)設(shè)備的沖擊，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，而且對電機(jī)的保護(hù)功能齊全等顯著特點(diǎn)，目前已成熟地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個方面。而半導(dǎo)體制造業(yè)作為全球十大重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一，又是技術(shù)資金密集型產(chǎn)業(yè)，變頻器在該行業(yè)獲得成功應(yīng)用，意義就顯得更加非凡。
菲尼克斯半導(dǎo)體有限公司(LPS)是是美國安森美半導(dǎo)體和樂山無線電股份有限公司的合資企業(yè)，是一個世界級半導(dǎo)體封裝測試工廠，是中國卓越的半導(dǎo)體制造中心，目前已建成SOT系列、SC系列、SOD系列等新型表面貼裝器件生產(chǎn)線，產(chǎn)能達(dá)280億只。其廠務(wù)系統(tǒng)中最主要的動力設(shè)備是三相異步電動機(jī)，負(fù)載多為風(fēng)機(jī)、水泵和空壓機(jī)。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調(diào)節(jié)，而電動機(jī)則始終全速運(yùn)行，消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵類額定風(fēng)量、水量都超過實際需要，又因工藝的需要，往往運(yùn)行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)的，雖然方法簡單，但實質(zhì)是人為增加阻力的辦法，因此浪費(fèi)大量電能，屬不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，LPS的廠務(wù)部門著手對這些設(shè)備進(jìn)行改造，前期改造設(shè)備全部采用由深圳市易驅(qū)變頻技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ED3100-M和ED3000-FP系列變頻器，主要應(yīng)用在廠務(wù)系統(tǒng)中的離心式二次循環(huán)冷水機(jī)組，中央空調(diào)機(jī)組及產(chǎn)品線水處理系統(tǒng)，具體使用情況見表一。
表一：變頻器使用情況統(tǒng)計表
應(yīng)用系統(tǒng)變頻器規(guī)格電機(jī)功率電壓等級電流數(shù)量
冷水機(jī)組ED3000-4T1100FP110KW380V210A1
中央空調(diào)ED3100-4T0370M37KW380V75A5
水處理ED3000-4T0110FP11KW380V25A2
二、變頻調(diào)速原理及及二次方律負(fù)載特點(diǎn)
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一種頻率可控的、實現(xiàn)三相交流電機(jī)無級調(diào)速的電能控制裝置。它的主回路一般采用交—直—交結(jié)構(gòu)，主要由三部分構(gòu)成，即：將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。由于這類變壓變頻器在恒頻交流輸入和變頻交流輸出之間有一個“中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱為間接式變壓變頻器。交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：
n＝60f(1－s)/p
式中：n—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；f—異步電動機(jī)的頻率；
s—電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p—電動機(jī)極對數(shù)。
由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，若均勻的改變電源頻率f，可以平滑的改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。
由流體力學(xué)和風(fēng)機(jī)比例定律得出風(fēng)機(jī)、風(fēng)量與轉(zhuǎn)速及軸功率的關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=(n1/n2)2；P1/P2=(n1/n2)3
式中：Q1、Q2——風(fēng)機(jī)或水泵流量；P1、P2——軸功率；
H1、H2——壓力或揚(yáng)程；n1、n2——轉(zhuǎn)速；
當(dāng)降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時，流量也同比例下降，但功率卻以轉(zhuǎn)速的立方下降，因此，我們可以得到理想狀態(tài)下：功率、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、節(jié)電率等關(guān)系如下，見表二：
表二：不同頻率時的各種對應(yīng)關(guān)系
頻率（HZ）50454035
轉(zhuǎn)速（%）100908070
壓力（%）100816449
揚(yáng)程（%）100816449
流量（%）100908070
功率（%）10072.951.234.3
節(jié)電率（%）027.148.865.7
當(dāng)流量減少，轉(zhuǎn)速下降時，其功率降低很多。若流量下降到80%，轉(zhuǎn)速也下降到80%時，則軸功率P約將下降到0.83=51.2%。如果流量下降到35%，轉(zhuǎn)速下降70%，則軸功率P約下降到0.73=34.3%，約節(jié)電65.7%。
需要說明的是異步電動機(jī)調(diào)速節(jié)能，并不是著眼于電機(jī)本身的效率，雖然在很多調(diào)速方法中，電機(jī)的效率并未提高甚至降低，但由于轉(zhuǎn)速的降低，使電機(jī)與負(fù)載的機(jī)械特性配合適當(dāng)，能改變系統(tǒng)運(yùn)行的工作點(diǎn)，則可得到較好的整體節(jié)能效果。
三、系統(tǒng)組成
給據(jù)要求，本方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝變頻控制系統(tǒng)，與原工頻系統(tǒng)之間不僅設(shè)置連鎖以確保系統(tǒng)工作安全，而且當(dāng)故障發(fā)生時，變頻和工頻系統(tǒng)可以相互自動切換。同時，系統(tǒng)采用采用變送器組成變頻器閉環(huán)控制，可按需要進(jìn)行給定并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使電機(jī)輸出功率隨負(fù)載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達(dá)到最大限度的節(jié)能。系統(tǒng)原理圖如下：
四、改造后的主要應(yīng)用效果
1．由于變頻器改造后電機(jī)可以實現(xiàn)變頻軟起動，延長了設(shè)備使用壽命，減少了對電網(wǎng)電壓的沖擊，而且還可以隨時起動或停止，這體現(xiàn)了變頻器作為軟起動器的作用。
2．按需調(diào)節(jié)用量，避免浪費(fèi)。變頻改造后，風(fēng)量、流量不再需要由風(fēng)門和閥門來調(diào)節(jié)，而是通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%~100%；因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)用量。
3．變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)與原工頻控制系統(tǒng)構(gòu)成互鎖，變頻器運(yùn)行中如果出現(xiàn)故障，可以自動切換到工頻運(yùn)行，并且系統(tǒng)具有各種保護(hù)措施，提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
4．變頻器運(yùn)行過程中，可以通過多種方式進(jìn)行風(fēng)量、流量給定，根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)，操作靈活，縮短了工作時間，提高了工作效率。
5．變頻節(jié)能運(yùn)行，節(jié)約了大量能源。由于變頻改造后不再使電機(jī)一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，節(jié)能效果明顯。
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