PowerFlex 700S變頻器風(fēng)扇節(jié)能改造

何　力，趙休龍，王　勃

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北唐山063000）

PowerFlex 700S變頻器風(fēng)扇節(jié)能改造

何力，趙休龍，王勃

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北唐山063000）

摘要：在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)變頻器存在發(fā)熱量大、維護(hù)費(fèi)用高等限制其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。提出了一種節(jié)能改造方法，以?xún)?yōu)化其散熱形式，提高器件的運(yùn)行工作效率，降低能耗，保證變頻器在礦山中發(fā)揮出最優(yōu)效能。

關(guān)鍵詞：PowerFlex 700S；逆變器風(fēng)扇；節(jié)能改造

1　鐵礦變頻器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介

某鐵礦是河北礦業(yè)新型數(shù)字化礦山的主力，于2011年3月建成投產(chǎn)，生產(chǎn)工藝中大多數(shù)電機(jī)全部由變頻器控制調(diào)速，變頻器的型號(hào)為PowerFlex 700S系列，總的裝機(jī)量為148臺(tái)，其中大功率的主要用途為渣漿泵及皮帶等重型設(shè)備的拖動(dòng)。

由于礦山工藝的特殊要求，為保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，同一工藝節(jié)點(diǎn)的渣漿泵都為一用一備的熱備設(shè)計(jì)，變頻器對(duì)其一對(duì)一拖動(dòng)。對(duì)于大功率的電動(dòng)機(jī)，全部配備的是PowerFlex 700S系列10框架以上的變頻器，此框架變頻器采用兩臺(tái)20－PP01080型號(hào)的散熱風(fēng)扇對(duì)逆變器進(jìn)行散熱，達(dá)到降低變頻器溫度的目的。一臺(tái)10框架的變頻器配備兩臺(tái)逆變器散熱風(fēng)扇，所以該鐵礦變頻器逆變器散熱風(fēng)扇的臺(tái)裝量達(dá)到134臺(tái)。

2　 PowerFlex 700　S系列變頻器風(fēng)扇在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

高效率地開(kāi)關(guān)作為變頻器核心部件的IGBT，在工作中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，散熱是制約著變頻器進(jìn)一步發(fā)展的核心問(wèn)題。風(fēng)道散熱這一技術(shù)是現(xiàn)代變頻器普遍采用的散熱形式，風(fēng)扇是這套技術(shù)的核心關(guān)鍵部件，但由于風(fēng)扇普遍存在固定的30000小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命成為了限制風(fēng)道技術(shù)發(fā)展的瓶頸，也制約著變頻器效能的充分發(fā)揮。該鐵礦變頻器已經(jīng)投入使用三年多的時(shí)間，由于風(fēng)扇固定的運(yùn)行使用壽命，近期出現(xiàn)的風(fēng)扇故障導(dǎo)致停車(chē)高發(fā)，更換風(fēng)扇步驟較繁瑣，兩人作業(yè)需要約一個(gè)小時(shí)才能完成，加之原裝的進(jìn)口風(fēng)扇備件價(jià)格昂貴，不僅嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性，更大大增加了變頻器的維護(hù)費(fèi)用。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)頻發(fā)的故障情況，結(jié)合該鐵礦同一工藝變頻器渣漿泵一用一備的生產(chǎn)實(shí)際，發(fā)現(xiàn)PowerFlex 700S變頻器在熱備待機(jī)狀態(tài)下逆變器不工作，并不產(chǎn)生熱量，所以散熱風(fēng)扇完全沒(méi)必要運(yùn)轉(zhuǎn)，如果將風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)跟變頻器啟停相連鎖，實(shí)現(xiàn)變頻器啟動(dòng)的時(shí)候逆變器工作，散熱風(fēng)扇開(kāi)始運(yùn)行，變頻器停止后逆變器風(fēng)扇在消耗完逆變器剩余熱量后延時(shí)3分鐘后停止運(yùn)行。這樣在日常生產(chǎn)中就只有總量一半的變頻器在運(yùn)轉(zhuǎn)，就能減少一半的逆變器風(fēng)扇的無(wú)效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，相當(dāng)于在變頻器逆變器風(fēng)扇運(yùn)行壽命一定的情況下使其在現(xiàn)場(chǎng)的服務(wù)時(shí)間延長(zhǎng)了一倍。與此同時(shí)，由于該鐵礦比以往減少了67臺(tái)風(fēng)扇的運(yùn)行，每天風(fēng)扇的功率為0．225kW，這樣就降低了電能消耗，每年能為公司節(jié)約電費(fèi)10萬(wàn)余元。所以，PowerFlex 700S變頻器逆變器風(fēng)扇改造不僅能減少逆變器風(fēng)扇一半的維護(hù)費(fèi)用、降低用電量；還有效地避免了變頻器風(fēng)扇停車(chē)事故，能夠充分提升變頻器的運(yùn)行效率。

圖1　硬件改造示意圖

3　 PowerFlex 700　S系列變頻器風(fēng)扇具體改造步驟

PowerFlex 700S系列變頻器沒(méi)有設(shè)定風(fēng)扇自動(dòng)啟停功能，不能通過(guò)修改控制參數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)人為對(duì)風(fēng)扇啟停控制的選擇，所以必須通過(guò)改造的方式來(lái)提高逆變器風(fēng)扇的有效工作時(shí)間，鑒于PowerFlex 700S系列大功率變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身系統(tǒng)獨(dú)立，所以改造具體步驟分兩部分進(jìn)行，以求通過(guò)硬軟件相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的自主控制，并能對(duì)整個(gè)變頻器提供更加完善的保護(hù)。

3．1硬件改造

PowerFlex 700S逆變器原系統(tǒng)風(fēng)扇由直流母線(xiàn)供電給風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板來(lái)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板接收和發(fā)送消息給ASIC板（信息集中采集和發(fā)布機(jī)構(gòu)），然后主控板對(duì)采集的信息進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)逆變器風(fēng)扇的報(bào)警和控制。具體線(xiàn)路連接為ASIC板的X11（4號(hào)引腳為風(fēng)扇反饋丟失報(bào)警線(xiàn)）與左邊風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板X(qián)8相連，另外，左邊的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板X(qián)3與右邊的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板X(qián)8相連，右邊的的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板X(qián)3接終止跳線(xiàn)。具體的接線(xiàn)情況如圖1所示。

在風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板給風(fēng)扇供電的電源線(xiàn)上加裝倆個(gè)SSR－3P 10A（三相固態(tài)繼電器直流控交流MRSSR－3 MGR－3 032 3810Z 10A）固態(tài)繼電器，從而通過(guò)兩個(gè)固態(tài)繼電器的通斷來(lái)自由控制逆變器風(fēng)扇的啟停，固態(tài)繼電器的得電導(dǎo)通信號(hào)由變頻器的數(shù)字量輸出2來(lái)控制（通過(guò)參數(shù)來(lái)定義），固態(tài)繼電器工作方式為變頻器一旦起動(dòng)即導(dǎo)通，變頻器停止后延時(shí)180s自動(dòng)斷開(kāi)。這樣逆變器的風(fēng)扇啟停就能完全地通過(guò)變頻器的數(shù)字量輸出2來(lái)控制，從而擺脫了驅(qū)動(dòng)板對(duì)它的束縛。由于人為地參與了對(duì)變頻器逆變器風(fēng)扇的控制，改變了逆變器風(fēng)扇的控制結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)待機(jī)狀態(tài)逆變器風(fēng)扇不轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器會(huì)報(bào)警70號(hào)故障（逆變器風(fēng)扇反饋丟失），這樣會(huì)造成變頻器無(wú)法正常啟動(dòng)。通過(guò)對(duì)變頻器內(nèi)部接線(xiàn)的研究，切斷ASIC板到風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)板的X11接線(xiàn)中4號(hào)引腳（風(fēng)扇反饋丟失報(bào)警線(xiàn)），就有效地避免了變頻器由于風(fēng)扇反饋丟失報(bào)警而無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。由于去掉了風(fēng)扇反饋丟失的報(bào)警信息，削弱了變頻器對(duì)其自身的保護(hù)功能，所以還要通過(guò)軟件程序的編寫(xiě)來(lái)加強(qiáng)上位機(jī)對(duì)變頻器本體的溫度保護(hù)。

圖2　實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器313號(hào)參數(shù)

圖3　實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器322號(hào)參數(shù)

3．2軟件改造

鐵礦通過(guò)采用PLC使整個(gè)工藝流程中設(shè)備的信息都能被采集到上位機(jī)系統(tǒng)，使用Logix5000軟件在上位機(jī)進(jìn)行程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)變頻器的監(jiān)控和保護(hù)。

3．2．1方法一

一條程序?yàn)閷?shí)時(shí)的監(jiān)控變頻器313號(hào)參數(shù)（逆變器溫度），使當(dāng)逆變器溫度到達(dá)90℃以上，持續(xù)超過(guò)5s時(shí)，變頻器自動(dòng)停車(chē)，程序如圖2所示。

硬件改造后，在變頻器運(yùn)行過(guò)程中由于風(fēng)扇出現(xiàn)問(wèn)題，變頻器不能收到逆變器風(fēng)扇反饋丟失的報(bào)警而停車(chē)，從而造成逆變器溫度持續(xù)升高使IGBT損壞。通過(guò)添加程序，當(dāng)逆變器溫度太高時(shí)用程序及時(shí)停止變頻器，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)IGBT的溫度保護(hù)。

3．2．2方法二

另一條程序?yàn)閷?shí)時(shí)監(jiān)控變頻器322號(hào)參數(shù)（變頻器異常情況報(bào)警）的第五位，當(dāng)檢測(cè)到這位從0變?yōu)?時(shí)，自動(dòng)給變頻器故障復(fù)位點(diǎn)一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使其逆變器風(fēng)扇反饋丟失故障自動(dòng)屏蔽復(fù)位，程序如圖3所示。

由于對(duì)變頻器硬件進(jìn)行的改造，為防止變頻器由于無(wú)法檢測(cè)到風(fēng)扇而誤報(bào)警，造成變頻器無(wú)法啟動(dòng)。所以通過(guò)程序自動(dòng)復(fù)位變頻器風(fēng)扇反饋丟失報(bào)警故障信號(hào)，從而保證變頻器在待機(jī)狀態(tài)下隨時(shí)啟動(dòng)的穩(wěn)定性。

3．2．3具體操作步驟

由于在程序中添加的上述兩個(gè)參數(shù)無(wú)法在Logix5000中直接讀出形成標(biāo)簽，所以需要在已經(jīng)組態(tài)好的設(shè)備環(huán)網(wǎng)中通過(guò)Logix5000軟件列表修改所要改造變頻器的moudle屬性，在通訊數(shù)據(jù)鏈中加上313號(hào)和322號(hào)兩個(gè)參數(shù)，如圖4所示。同時(shí)調(diào)整變頻器C網(wǎng)通訊網(wǎng)卡中13、25、26三個(gè)參數(shù)來(lái)開(kāi)辟變頻器與PLC之間的鏈路通訊通道，如圖5所示。這能就能實(shí)現(xiàn)程序中對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)簽引用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器參數(shù)的監(jiān)控和控制。程序修改設(shè)計(jì)完成后對(duì)C網(wǎng)通訊中的變頻器進(jìn)行重新組態(tài)。

通過(guò)上述方法不但能從軟件上屏蔽自主控制風(fēng)扇后的變頻器主機(jī)的報(bào)警，還能實(shí)現(xiàn)一旦變頻器逆變器風(fēng)扇出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)用檢測(cè)溫度的方法來(lái)讓變頻器報(bào)警停車(chē)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器IGBT的軟件監(jiān)控保護(hù)和變頻器本身自動(dòng)報(bào)警的雙重保護(hù)。

圖4　加313、322號(hào)參數(shù)的通迅數(shù)據(jù)

圖5　變頻器與PLC之間的鏈路通迅通道

4　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)PowerFlex 700S變頻器逆變器風(fēng)扇改造能為研山鐵礦的變頻器維護(hù)帶來(lái)了諸多益處。

降低了風(fēng)扇在無(wú)必要運(yùn)行的情況下的使用時(shí)間，延長(zhǎng)的風(fēng)扇的使用壽命，節(jié)約了變頻器的維護(hù)成本。

PowerFlex 700S大功率變頻器逆變器風(fēng)扇臺(tái)裝量是134臺(tái)，每臺(tái)的功率為0．225kW，通過(guò)改造后日?？墒?7臺(tái)在變頻器待機(jī)的狀態(tài)下停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就大大減少了無(wú)必要的電能消耗，預(yù)估每年可節(jié)約用電10萬(wàn)余元。

由于變頻器逆變器風(fēng)扇采用吸風(fēng)循環(huán)散熱模式，待機(jī)狀態(tài)下讓風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)就減少了變頻器的粉塵來(lái)源，保證設(shè)備在良好的環(huán)境內(nèi)工作，減少事故發(fā)生的隱患，延長(zhǎng)變頻器使用壽命。

由于改造后延長(zhǎng)了逆變器風(fēng)扇的使用壽命，這樣就大大減少了設(shè)備的故障率，延長(zhǎng)了設(shè)備定期維護(hù)時(shí)間，從而提高人員的維護(hù)效率，有利于人員的合理化配置。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM464

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2015）03—0038—04

收稿日期：2015－01－05

Energy－saving reformation of PowerFlex 700S frequency converter fan

HE Li，ZHAO Xiu－long，WANG Bo

（Hebei Ironand Steel Group Co．，Ltd．，Tangshan063000，China）

Abstract：In the practical application，the high heat and maintenance cost limit the further development of frequency converter．A method of energy－saving reformation is put forward to optimize its heat radiation，improve operating efficiency of the device，reduce energy consumption and ensure the optimal efficiency of frequency converter in the mine．

Key words：PowerFlex 700S；inverter fan；energy－saving reformation