PowerFlex 700S變頻器風扇節能改造

何　力，趙休龍，王　勃

（河北鋼鐵集團礦業有限公司，河北唐山063000）

PowerFlex 700S變頻器風扇節能改造

何力，趙休龍，王勃

（河北鋼鐵集團礦業有限公司，河北唐山063000）

摘要：在實際應用中出現變頻器存在發熱量大、維護費用高等限制其進一步發展的瓶頸問題。提出了一種節能改造方法，以優化其散熱形式，提高器件的運行工作效率，降低能耗，保證變頻器在礦山中發揮出最優效能。

關鍵詞：PowerFlex 700S；逆變器風扇；節能改造

1　鐵礦變頻器現場應用情況簡介

某鐵礦是河北礦業新型數字化礦山的主力，于2011年3月建成投產，生產工藝中大多數電機全部由變頻器控制調速，變頻器的型號為PowerFlex 700S系列，總的裝機量為148臺，其中大功率的主要用途為渣漿泵及皮帶等重型設備的拖動。

由于礦山工藝的特殊要求，為保證生產的連續性和穩定性，同一工藝節點的渣漿泵都為一用一備的熱備設計，變頻器對其一對一拖動。對于大功率的電動機，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20－PP01080型號的散熱風扇對逆變器進行散熱，達到降低變頻器溫度的目的。一臺10框架的變頻器配備兩臺逆變器散熱風扇，所以該鐵礦變頻器逆變器散熱風扇的臺裝量達到134臺。

2　 PowerFlex 700　S系列變頻器風扇在現場應用中存在的問題

高效率地開關作為變頻器核心部件的IGBT，在工作中會產生大量的熱量，散熱是制約著變頻器進一步發展的核心問題。風道散熱這一技術是現代變頻器普遍采用的散熱形式，風扇是這套技術的核心關鍵部件，但由于風扇普遍存在固定的30000小時的運轉壽命成為了限制風道技術發展的瓶頸，也制約著變頻器效能的充分發揮。該鐵礦變頻器已經投入使用三年多的時間，由于風扇固定的運行使用壽命，近期出現的風扇故障導致停車高發，更換風扇步驟較繁瑣，兩人作業需要約一個小時才能完成，加之原裝的進口風扇備件價格昂貴，不僅嚴重影響了現場生產的連續性與穩定性，更大大增加了變頻器的維護費用。

鑒于現場頻發的故障情況，結合該鐵礦同一工藝變頻器渣漿泵一用一備的生產實際，發現PowerFlex 700S變頻器在熱備待機狀態下逆變器不工作，并不產生熱量，所以散熱風扇完全沒必要運轉，如果將風扇的運轉信號跟變頻器啟停相連鎖，實現變頻器啟動的時候逆變器工作，散熱風扇開始運行，變頻器停止后逆變器風扇在消耗完逆變器剩余熱量后延時3分鐘后停止運行。這樣在日常生產中就只有總量一半的變頻器在運轉，就能減少一半的逆變器風扇的無效運轉時間，相當于在變頻器逆變器風扇運行壽命一定的情況下使其在現場的服務時間延長了一倍。與此同時，由于該鐵礦比以往減少了67臺風扇的運行，每天風扇的功率為0．225kW，這樣就降低了電能消耗，每年能為公司節約電費10萬余元。所以，PowerFlex 700S變頻器逆變器風扇改造不僅能減少逆變器風扇一半的維護費用、降低用電量；還有效地避免了變頻器風扇停車事故，能夠充分提升變頻器的運行效率。

圖1　硬件改造示意圖

3　 PowerFlex 700　S系列變頻器風扇具體改造步驟

PowerFlex 700S系列變頻器沒有設定風扇自動啟停功能，不能通過修改控制參數的方式來實現人為對風扇啟停控制的選擇，所以必須通過改造的方式來提高逆變器風扇的有效工作時間，鑒于PowerFlex 700S系列大功率變頻器內部結構復雜、自身系統獨立，所以改造具體步驟分兩部分進行，以求通過硬軟件相互配合來實現對逆變器的自主控制，并能對整個變頻器提供更加完善的保護。

3．1硬件改造

PowerFlex 700S逆變器原系統風扇由直流母線供電給風扇驅動板來對風扇進行驅動，風扇驅動板接收和發送消息給ASIC板（信息集中采集和發布機構），然后主控板對采集的信息進行分析處理，從而實現變頻器對逆變器風扇的報警和控制。具體線路連接為ASIC板的X11（4號引腳為風扇反饋丟失報警線）與左邊風扇驅動板X8相連，另外，左邊的風扇驅動板X3與右邊的風扇驅動板X8相連，右邊的的風扇驅動板X3接終止跳線。具體的接線情況如圖1所示。

在風扇驅動板給風扇供電的電源線上加裝倆個SSR－3P 10A（三相固態繼電器直流控交流MRSSR－3 MGR－3 032 3810Z 10A）固態繼電器，從而通過兩個固態繼電器的通斷來自由控制逆變器風扇的啟停，固態繼電器的得電導通信號由變頻器的數字量輸出2來控制（通過參數來定義），固態繼電器工作方式為變頻器一旦起動即導通，變頻器停止后延時180s自動斷開。這樣逆變器的風扇啟停就能完全地通過變頻器的數字量輸出2來控制，從而擺脫了驅動板對它的束縛。由于人為地參與了對變頻器逆變器風扇的控制，改變了逆變器風扇的控制結構，所以當待機狀態逆變器風扇不轉時，變頻器會報警70號故障（逆變器風扇反饋丟失），這樣會造成變頻器無法正常啟動。通過對變頻器內部接線的研究，切斷ASIC板到風扇驅動板的X11接線中4號引腳（風扇反饋丟失報警線），就有效地避免了變頻器由于風扇反饋丟失報警而無法啟動的問題。由于去掉了風扇反饋丟失的報警信息，削弱了變頻器對其自身的保護功能，所以還要通過軟件程序的編寫來加強上位機對變頻器本體的溫度保護。

圖2　實時監控變頻器313號參數

圖3　實時監控變頻器322號參數

3．2軟件改造

鐵礦通過采用PLC使整個工藝流程中設備的信息都能被采集到上位機系統，使用Logix5000軟件在上位機進行程序編寫，實現上位機對變頻器的監控和保護。

3．2．1方法一

一條程序為實時的監控變頻器313號參數（逆變器溫度），使當逆變器溫度到達90℃以上，持續超過5s時，變頻器自動停車，程序如圖2所示。

硬件改造后，在變頻器運行過程中由于風扇出現問題，變頻器不能收到逆變器風扇反饋丟失的報警而停車，從而造成逆變器溫度持續升高使IGBT損壞。通過添加程序，當逆變器溫度太高時用程序及時停止變頻器，實現上位機對IGBT的溫度保護。

3．2．2方法二

另一條程序為實時監控變頻器322號參數（變頻器異常情況報警）的第五位，當檢測到這位從0變為1時，自動給變頻器故障復位點一個復位信號，使其逆變器風扇反饋丟失故障自動屏蔽復位，程序如圖3所示。

由于對變頻器硬件進行的改造，為防止變頻器由于無法檢測到風扇而誤報警，造成變頻器無法啟動。所以通過程序自動復位變頻器風扇反饋丟失報警故障信號，從而保證變頻器在待機狀態下隨時啟動的穩定性。

3．2．3具體操作步驟

由于在程序中添加的上述兩個參數無法在Logix5000中直接讀出形成標簽，所以需要在已經組態好的設備環網中通過Logix5000軟件列表修改所要改造變頻器的moudle屬性，在通訊數據鏈中加上313號和322號兩個參數，如圖4所示。同時調整變頻器C網通訊網卡中13、25、26三個參數來開辟變頻器與PLC之間的鏈路通訊通道，如圖5所示。這能就能實現程序中對變頻器的參數進行標簽引用，從而實現對變頻器參數的監控和控制。程序修改設計完成后對C網通訊中的變頻器進行重新組態。

通過上述方法不但能從軟件上屏蔽自主控制風扇后的變頻器主機的報警，還能實現一旦變頻器逆變器風扇出現問題，通過用檢測溫度的方法來讓變頻器報警停車，從而實現對變頻器IGBT的軟件監控保護和變頻器本身自動報警的雙重保護。

圖4　加313、322號參數的通迅數據

圖5　變頻器與PLC之間的鏈路通迅通道

4　結束語

對PowerFlex 700S變頻器逆變器風扇改造能為研山鐵礦的變頻器維護帶來了諸多益處。

降低了風扇在無必要運行的情況下的使用時間，延長的風扇的使用壽命，節約了變頻器的維護成本。

PowerFlex 700S大功率變頻器逆變器風扇臺裝量是134臺，每臺的功率為0．225kW，通過改造后日常可使67臺在變頻器待機的狀態下停止運轉，這樣就大大減少了無必要的電能消耗，預估每年可節約用電10萬余元。

由于變頻器逆變器風扇采用吸風循環散熱模式，待機狀態下讓風扇停止運轉就減少了變頻器的粉塵來源，保證設備在良好的環境內工作，減少事故發生的隱患，延長變頻器使用壽命。

由于改造后延長了逆變器風扇的使用壽命，這樣就大大減少了設備的故障率，延長了設備定期維護時間，從而提高人員的維護效率，有利于人員的合理化配置。

參考文獻：

［1］PowerFlex 700S高性能交流變頻器PhaseⅡ控制用戶手冊．

［2］PowerFlex 700S高性能交流驅動器硬件服務手冊．

［3］Logix5000軟件使用編程手冊．

［4］滿永奎，韓安榮．通用變頻器及其應用［M］．北京：機械工業出版社，2011．

［5］李方圓．變頻器原理與維修［M］．北京：機械工業出版社2010．

［6］吳斌著．衛三民，蘇們峰，宇文博譯．大功率變頻器及交流傳動［M］．北京：機械工業出版社2008．

［7］張選正，史步海．變頻器的散熱與通風［M］．北京：電子工業出版社，2008．

中圖分類號：TM464

文獻標識碼：A

文章編號：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