高效的风机变频调速系统及其通信功能

对于高压大容量异步电动机，在不更换原有电动机形式的前提下，进行变频调速有两种方式：

1）采用高-高式直接变频调速系统，即高压电源直接经变频器变频变压后供电给高压异步电动机。目前，绝大多数直接高压变频器由于考虑到减少谐波对电网的污染及抑制电动机共模电压，仍保留有输入变压器，这种变频器性能优良，但价格昂贵。

2）采用“高-低-高”式高压变频调速系统，即将高压电源电压经降压变压器降至低压变频器允许的电压，再经低压变频器变频变压后，经升压变压器升至高压，供电给高压电动机。这种变频方式有许多优点，是一种经济实用的高压变频调速系统。

根据工艺要求及现场实际情况选用西门子SIMOVERT MV中压变频器构成风机风量调速系统，变频调速系统配置及原理图如图5-2所示。

图5-2 变频调速系统配置及原理图

变频器的起停由现场操作箱或主控制人机界面（HMI）控制，在起动时首先将挡板开至最大位置，然后起动变频器，风压由现场流量变送器测量后将实际的流量信号输入至西门子S7-400PLC中，与设定的流量值进行比较，通过PID调节器输出一个4～20mA的信号作为变频器的给定信号来调节电动机的转速，从而实现对风机风量的调节。

在变频器发生故障时，可以临时通过旁路高压开关柜起动电动机，之后通过调节出口挡板的开度大小来调节风机流量。由于异步电动机对电网的冲击比较大，因此采用了星三角起动电动机。系统中选用的西门子SIMOVERTMV中压变频器拥有以下特点：(www.xing528.com)

1）SIMOVERTMV系列变频器采用传统的交-直-交变频器结构，整流部分采用12脉冲二极管整流器，逆变部分采用三电平PWM逆变器。该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用耐压较高的HV-IGBT模块，使得串联器件数减少为12个，随着元器件数量的减少，成本降低，方案变得简洁，有助于提高可靠性。良好的输入/输出波形，满足IEEE-519标准，效率高，使用简单，便于维护，采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备较强的过载能力。

2）SIMOVERT MV系列变频器的逆变部分采用三电平方式，其输出侧需要配置输出滤波器，以获得具有低谐波分量的基本正弦电流特性以及较佳的转矩特性，同时电动机的损耗可以降到最低。另外，HV-IGBT的优点是每次通、断电的瞬间电流和电压可以完全控制，du/dt可以调节，从而减轻对电动机绝缘的损坏。

3）系统提供多种控制模式，包括线性U/f控制，二次方U/f控制，可编程多点设定U/f控制，磁通电流控制，无测速传感器矢量控制，闭环矢量控制等。通过速度反馈选板可构成带反馈的矢量控制闭环，从而可大大提高风机系统的控制精度和稳定性。

4）当变频器工作于限流状态时，不受输出短路的影响，这就避免了当电动机或电缆发生短路等故障时，造成变频器功率元件的损坏。

5）高性能及成熟的全数字化SIMADYND控制系统，可用作开环控制和闭环控制平台，它具有灵活的标准软件，速度极快的全数字化32位信号处理器，便于操控和观测的良好的用户界面，本地诊断程序以及通过调制解调器的远程诊断功能。

6）SIMOVERT MV模块化设计不仅使系统结构十分紧凑，而且也增强了系统的维修便利性，因而提高了系统的可利用率。在设备运行的情况下，变频器的冷却风扇在半小时内可完成更换。不必使用特殊工具，只需5min就可完成IGBT功率模块的更换工作，光纤触发装置UEL采用可插式结构。SIMADYND控制板以及供选用的调制解调器接口卡也都是插入式的。模块错误信息的时序记忆功能可迅速排除整个传动系统的故障，例如：断路器、电网欠电压或过电压、变压器监测、风扇故障、电动机监测、IGBT监测、直流环节电压、接地故障监测、辅助电压监测等。

7）具有强大的通信功能，在风机系统中，生产工艺状态识别可通过PLC方便实现。由于采用了现场总线技术，该变频器与上位PLC系统之间只需通过Profibus通信模块和一根通信电缆实现连接，减少了操作台及控制台之间大量的电缆连接及因此带来的诸多问题。