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          高壓變頻器在生物制藥風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

          作者: 時間:2017-10-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/368034.htm

            煙臺恒源生物股份有限公司,是國家高新技術(shù)企業(yè),現(xiàn)任中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會理事單位,依托國內(nèi)重點科研院所、大學(xué),綜合運(yùn)用生物技術(shù)、精細(xì)化工技術(shù),擁有先進(jìn)的生產(chǎn)工藝設(shè)備和檢測技術(shù),產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到美國食品化學(xué)品法典FCCIV的要求,取得了ISO9000認(rèn)證、ISO14000環(huán)境管理體系認(rèn)證、ISO18000職業(yè)健康安全管理體系、OUKOSHER認(rèn)證、HALAL認(rèn)證、HACCP認(rèn)證及飼料添加劑生產(chǎn)許可證。目前主導(dǎo)產(chǎn)品有:富馬酸、L-天門冬氨酸、L-丙氨酸(工業(yè)級)、L-丙氨酸(醫(yī)藥食品級)以滿足國內(nèi)外不同行業(yè)客戶的需求。

            公司有1期和2期兩套生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力一萬噸,生產(chǎn)過程中需要的空氣中的氧氣由鼓風(fēng)機(jī)提供。因此,鼓風(fēng)機(jī)是消耗電能的主要負(fù)載。所以為了實現(xiàn)發(fā)電過程中電能的合理節(jié)約,希望可以將1期鼓風(fēng)機(jī)通過變頻裝置進(jìn)行節(jié)能拖動。

            2離心式鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備簡介

            2.1電機(jī)及引風(fēng)機(jī)的參數(shù)

            2.2鼓風(fēng)機(jī)工藝要求

            生產(chǎn)過程中需要的空氣中的氧氣由鼓風(fēng)機(jī)提供。因此,鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量直接影響到生產(chǎn)工藝參數(shù)。所以該鼓風(fēng)機(jī)是生產(chǎn)工藝中重要的組成部件。

            所以,一方面生產(chǎn)工藝要求必須安全可靠運(yùn)行穩(wěn)定,連續(xù)不間斷正常運(yùn)行;操作簡單,可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程DCS控制;頻率可調(diào)度2-50Hz;適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng);保護(hù)功能完善;要求節(jié)能效果明顯。另一方面,負(fù)載為離心式鼓風(fēng)機(jī),要求啟動和停止時能適應(yīng)離心式風(fēng)機(jī)的較大的轉(zhuǎn)動慣性,減小對電網(wǎng)電壓的影響,對電機(jī)有必要的保護(hù),有助于延長電機(jī)的使用壽命。

            經(jīng)過對國內(nèi)外各種高壓調(diào)研、比較,最后以招標(biāo)方式選擇了新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-500F型(500kW/6kV)高壓變頻器作為鼓風(fēng)機(jī)的控制設(shè)備。

            3新風(fēng)光JD-BP37-500F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

            3.1高壓變頻器系統(tǒng)的原理

            3.1.l系統(tǒng)組成

            圖1高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

            其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。風(fēng)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式,由移相變壓器,功率單元和組成。前端由一個多繞組的隔離移相變壓器供電,功率單元每相采用低壓功率單元串接組成。輸入諧波均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對電壓和電流失真的要求。部分以高速微處理器實現(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計,互換性好、維修簡單,噪音低,諧波含量小,不會引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動,對電機(jī)沒有特殊要求。

            3.1.2功率單元電路

            其電路結(jié)構(gòu)如圖2示,為基本的交-直-交單相逆變電路,整流側(cè)為六支二極管實現(xiàn)三相全波整流。逆變側(cè)通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實現(xiàn)逆變。假如某一單元發(fā)生故障,該單元的輸出端能自動通過軟件控制IGBT旁路而整機(jī)可以降額工作,但不影響運(yùn)行,每個功率單元完全一樣,可以互換,這不但調(diào)試、維修方便,而且備份也十分經(jīng)濟(jì)。

            圖2單元電路主電路圖

            3.1.3輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

            變頻器輸入側(cè)由移相變壓器給每個功率單元供電,每個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法,目的是實現(xiàn)多重化,降低輸入電流的諧波成分。

            本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組,采用多脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1,輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于2%。另外,由于變壓器副邊繞組的獨立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,類似常規(guī)低壓變頻器,便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

            3.1.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

            輸出側(cè)由每個單元的兩個輸出端子相互串接而成,三相星型接法輸出給電機(jī)供電。通過對每個單元的SPWM波形進(jìn)行重組,可得到如圖3所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長,電機(jī)不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造;同時,電機(jī)的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機(jī)械振動,減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

            圖3變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形圖

            3.1.5

            控制器核心由高速DSP運(yùn)算來實現(xiàn),精心設(shè)計的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制??刂破饔糜诠耋w內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào),增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性??刂破骷案骺刂茊卧逯胁捎肈SP和FPGA等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),系統(tǒng)具有極高的可靠性。

            控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù),低壓部分和高壓部分實現(xiàn)真正意義的電氣隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性和可靠性,同時具有很好的抗電磁干擾能力。

            3.1.6控制電源

            采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率,利用了調(diào)制信號預(yù)畸變技術(shù),使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù),它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。多個單元迭加后的理論輸出波形如圖4所示。

            圖4單元輸出迭加后的波形



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