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| 【變頻器】易驅變頻器在四川菲尼克斯半導體廠進行設備改造 |
| （時間:2009/6/25 11:10:20） |
一、引言
變頻調速器作為一種新型的電力變換、調速裝置，由于具有啟動容易、平滑，能降低對機械和生產設備的沖擊，運行穩定，節能效果顯著，而且對電機的保護功能齊全等顯著特點，目前已成熟地應用到工業生產的各個方面。而半導體制造業作為全球十大重點產業之一，又是技術資金密集型產業，變頻器在該行業獲得成功應用，意義就顯得更加非凡。
菲尼克斯半導體有限公司(LPS)是是美國安森美半導體和樂山無線電股份有限公司的合資企業，是一個世界級半導體封裝測試工廠，是中國卓越的半導體制造中心，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線，產能達280億只。其廠務系統中最主要的動力設備是三相異步電動機，負載多為風機、水泵和空壓機。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調節，而電動機則始終全速運行，消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。一般使用的風機、水泵類額定風量、水量都超過實際需要，又因工藝的需要，往往運行中要改變風量、水量，而目前多數采用檔板或閥門來調節的，雖然方法簡單，但實質是人為增加阻力的辦法，因此浪費大量電能，屬不經濟的調節方式。為響應國家節能減排政策，LPS的廠務部門著手對這些設備進行改造，前期改造設備全部采用由深圳市易驅變頻技術有限公司生產的ED3100-M和ED3000-FP系列變頻器，主要應用在廠務系統中的離心式二次循環冷水機組，中央空調機組及產品線水處理系統，具體使用情況見表一。
表一：變頻器使用情況統計表
應用系統變頻器規格電機功率電壓等級電流數量
冷水機組ED3000-4T1100FP110KW380V210A1
中央空調ED3100-4T0370M37KW380V75A5
水處理ED3000-4T0110FP11KW380V25A2
二、變頻調速原理及及二次方律負載特點
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一種頻率可控的、實現三相交流電機無級調速的電能控制裝置。它的主回路一般采用交—直—交結構，主要由三部分構成，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“中間直流環節”，所以又稱為間接式變壓變頻器。交流電動機的同步轉速表達式為：
n＝60f(1－s)/p
式中：n—異步電動機的轉速；f—異步電動機的頻率；
s—電動機轉差率；p—電動機極對數。
由式(1)可知，轉速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的轉速，變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。
由流體力學和風機比例定律得出風機、風量與轉速及軸功率的關系為：
Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=(n1/n2)2；P1/P2=(n1/n2)3
式中：Q1、Q2——風機或水泵流量；P1、P2——軸功率；
H1、H2——壓力或揚程；n1、n2——轉速；
當降低風機的轉速時，流量也同比例下降，但功率卻以轉速的立方下降，因此，我們可以得到理想狀態下：功率、轉速、壓力、流量、節電率等關系如下，見表二：
表二：不同頻率時的各種對應關系
頻率（HZ）50454035
轉速（%）100908070
壓力（%）100816449
揚程（%）100816449
流量（%）100908070
功率（%）10072.951.234.3
節電率（%）027.148.865.7
當流量減少，轉速下降時，其功率降低很多。若流量下降到80%，轉速也下降到80%時，則軸功率P約將下降到0.83=51.2%。如果流量下降到35%，轉速下降70%，則軸功率P約下降到0.73=34.3%，約節電65.7%。
需要說明的是異步電動機調速節能，并不是著眼于電機本身的效率，雖然在很多調速方法中，電機的效率并未提高甚至降低，但由于轉速的降低，使電機與負載的機械特性配合適當，能改變系統運行的工作點，則可得到較好的整體節能效果。
三、系統組成
給據要求，本方案在保留原工頻系統的基礎上加裝變頻控制系統，與原工頻系統之間不僅設置連鎖以確保系統工作安全，而且當故障發生時，變頻和工頻系統可以相互自動切換。同時，系統采用采用變送器組成變頻器閉環控制，可按需要進行給定并進行PID調節，使電機輸出功率隨負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。系統原理圖如下：
四、改造后的主要應用效果
1．由于變頻器改造后電機可以實現變頻軟起動，延長了設備使用壽命，減少了對電網電壓的沖擊，而且還可以隨時起動或停止，這體現了變頻器作為軟起動器的作用。
2．按需調節用量，避免浪費。變頻改造后，風量、流量不再需要由風門和閥門來調節，而是通過變頻調節電機的轉速來實現，調節范圍可以從0%~100%；因而可以根據生產需要隨意調節用量。
3．變頻調速閉環控制系統與原工頻控制系統構成互鎖，變頻器運行中如果出現故障，可以自動切換到工頻運行，并且系統具有各種保護措施，提高了控制系統運行可靠性。
4．變頻器運行過程中，可以通過多種方式進行風量、流量給定，根據需要隨時調節，操作靈活，縮短了工作時間，提高了工作效率。
5．變頻節能運行，節約了大量能源。由于變頻改造后不再使電機一直處于滿負荷工作狀態，節能效果明顯。
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