PowerFlex 700S变频器风扇节能改造

何　力，赵休龙，王　勃

（河北钢铁集团矿业有限公司，河北唐山063000）

PowerFlex 700S变频器风扇节能改造

何力，赵休龙，王勃

（河北钢铁集团矿业有限公司，河北唐山063000）

摘要：在实际应用中出现变频器存在发热量大、维护费用高等限制其进一步发展的瓶颈问题。提出了一种节能改造方法，以优化其散热形式，提高器件的运行工作效率，降低能耗，保证变频器在矿山中发挥出最优效能。

关键词：PowerFlex 700S；逆变器风扇；节能改造

1　铁矿变频器现场应用情况简介

某铁矿是河北矿业新型数字化矿山的主力，于2011年3月建成投产，生产工艺中大多数电机全部由变频器控制调速，变频器的型号为PowerFlex 700S系列，总的装机量为148台，其中大功率的主要用途为渣浆泵及皮带等重型设备的拖动。

由于矿山工艺的特殊要求，为保证生产的连续性和稳定性，同一工艺节点的渣浆泵都为一用一备的热备设计，变频器对其一对一拖动。对于大功率的电动机，全部配备的是PowerFlex 700S系列10框架以上的变频器，此框架变频器采用两台20－PP01080型号的散热风扇对逆变器进行散热，达到降低变频器温度的目的。一台10框架的变频器配备两台逆变器散热风扇，所以该铁矿变频器逆变器散热风扇的台装量达到134台。

2　 PowerFlex 700　S系列变频器风扇在现场应用中存在的问题

高效率地开关作为变频器核心部件的IGBT，在工作中会产生大量的热量，散热是制约着变频器进一步发展的核心问题。风道散热这一技术是现代变频器普遍采用的散热形式，风扇是这套技术的核心关键部件，但由于风扇普遍存在固定的30000小时的运转寿命成为了限制风道技术发展的瓶颈，也制约着变频器效能的充分发挥。该铁矿变频器已经投入使用三年多的时间，由于风扇固定的运行使用寿命，近期出现的风扇故障导致停车高发，更换风扇步骤较繁琐，两人作业需要约一个小时才能完成，加之原装的进口风扇备件价格昂贵，不仅严重影响了现场生产的连续性与稳定性，更大大增加了变频器的维护费用。

鉴于现场频发的故障情况，结合该铁矿同一工艺变频器渣浆泵一用一备的生产实际，发现PowerFlex 700S变频器在热备待机状态下逆变器不工作，并不产生热量，所以散热风扇完全没必要运转，如果将风扇的运转信号跟变频器启停相连锁，实现变频器启动的时候逆变器工作，散热风扇开始运行，变频器停止后逆变器风扇在消耗完逆变器剩余热量后延时3分钟后停止运行。这样在日常生产中就只有总量一半的变频器在运转，就能减少一半的逆变器风扇的无效运转时间，相当于在变频器逆变器风扇运行寿命一定的情况下使其在现场的服务时间延长了一倍。与此同时，由于该铁矿比以往减少了67台风扇的运行，每天风扇的功率为0．225kW，这样就降低了电能消耗，每年能为公司节约电费10万余元。所以，PowerFlex 700S变频器逆变器风扇改造不仅能减少逆变器风扇一半的维护费用、降低用电量；还有效地避免了变频器风扇停车事故，能够充分提升变频器的运行效率。

图1　硬件改造示意图

3　 PowerFlex 700　S系列变频器风扇具体改造步骤

PowerFlex 700S系列变频器没有设定风扇自动启停功能，不能通过修改控制参数的方式来实现人为对风扇启停控制的选择，所以必须通过改造的方式来提高逆变器风扇的有效工作时间，鉴于PowerFlex 700S系列大功率变频器内部结构复杂、自身系统独立，所以改造具体步骤分两部分进行，以求通过硬软件相互配合来实现对逆变器的自主控制，并能对整个变频器提供更加完善的保护。

3．1硬件改造

PowerFlex 700S逆变器原系统风扇由直流母线供电给风扇驱动板来对风扇进行驱动，风扇驱动板接收和发送消息给ASIC板（信息集中采集和发布机构），然后主控板对采集的信息进行分析处理，从而实现变频器对逆变器风扇的报警和控制。具体线路连接为ASIC板的X11（4号引脚为风扇反馈丢失报警线）与左边风扇驱动板X8相连，另外，左边的风扇驱动板X3与右边的风扇驱动板X8相连，右边的的风扇驱动板X3接终止跳线。具体的接线情况如图1所示。

在风扇驱动板给风扇供电的电源线上加装俩个SSR－3P 10A（三相固态继电器直流控交流MRSSR－3 MGR－3 032 3810Z 10A）固态继电器，从而通过两个固态继电器的通断来自由控制逆变器风扇的启停，固态继电器的得电导通信号由变频器的数字量输出2来控制（通过参数来定义），固态继电器工作方式为变频器一旦起动即导通，变频器停止后延时180s自动断开。这样逆变器的风扇启停就能完全地通过变频器的数字量输出2来控制，从而摆脱了驱动板对它的束缚。由于人为地参与了对变频器逆变器风扇的控制，改变了逆变器风扇的控制结构，所以当待机状态逆变器风扇不转时，变频器会报警70号故障（逆变器风扇反馈丢失），这样会造成变频器无法正常启动。通过对变频器内部接线的研究，切断ASIC板到风扇驱动板的X11接线中4号引脚（风扇反馈丢失报警线），就有效地避免了变频器由于风扇反馈丢失报警而无法启动的问题。由于去掉了风扇反馈丢失的报警信息，削弱了变频器对其自身的保护功能，所以还要通过软件程序的编写来加强上位机对变频器本体的温度保护。

图2　实时监控变频器313号参数

图3　实时监控变频器322号参数

3．2软件改造

铁矿通过采用PLC使整个工艺流程中设备的信息都能被采集到上位机系统，使用Logix5000软件在上位机进行程序编写，实现上位机对变频器的监控和保护。

3．2．1方法一

一条程序为实时的监控变频器313号参数（逆变器温度），使当逆变器温度到达90℃以上，持续超过5s时，变频器自动停车，程序如图2所示。

硬件改造后，在变频器运行过程中由于风扇出现问题，变频器不能收到逆变器风扇反馈丢失的报警而停车，从而造成逆变器温度持续升高使IGBT损坏。通过添加程序，当逆变器温度太高时用程序及时停止变频器，实现上位机对IGBT的温度保护。

3．2．2方法二

另一条程序为实时监控变频器322号参数（变频器异常情况报警）的第五位，当检测到这位从0变为1时，自动给变频器故障复位点一个复位信号，使其逆变器风扇反馈丢失故障自动屏蔽复位，程序如图3所示。

由于对变频器硬件进行的改造，为防止变频器由于无法检测到风扇而误报警，造成变频器无法启动。所以通过程序自动复位变频器风扇反馈丢失报警故障信号，从而保证变频器在待机状态下随时启动的稳定性。

3．2．3具体操作步骤

由于在程序中添加的上述两个参数无法在Logix5000中直接读出形成标签，所以需要在已经组态好的设备环网中通过Logix5000软件列表修改所要改造变频器的moudle属性，在通讯数据链中加上313号和322号两个参数，如图4所示。同时调整变频器C网通讯网卡中13、25、26三个参数来开辟变频器与PLC之间的链路通讯通道，如图5所示。这能就能实现程序中对变频器的参数进行标签引用，从而实现对变频器参数的监控和控制。程序修改设计完成后对C网通讯中的变频器进行重新组态。

通过上述方法不但能从软件上屏蔽自主控制风扇后的变频器主机的报警，还能实现一旦变频器逆变器风扇出现问题，通过用检测温度的方法来让变频器报警停车，从而实现对变频器IGBT的软件监控保护和变频器本身自动报警的双重保护。

图4　加313、322号参数的通迅数据

图5　变频器与PLC之间的链路通迅通道

4　结束语

对PowerFlex 700S变频器逆变器风扇改造能为研山铁矿的变频器维护带来了诸多益处。

降低了风扇在无必要运行的情况下的使用时间，延长的风扇的使用寿命，节约了变频器的维护成本。

PowerFlex 700S大功率变频器逆变器风扇台装量是134台，每台的功率为0．225kW，通过改造后日常可使67台在变频器待机的状态下停止运转，这样就大大减少了无必要的电能消耗，预估每年可节约用电10万余元。

由于变频器逆变器风扇采用吸风循环散热模式，待机状态下让风扇停止运转就减少了变频器的粉尘来源，保证设备在良好的环境内工作，减少事故发生的隐患，延长变频器使用寿命。

由于改造后延长了逆变器风扇的使用寿命，这样就大大减少了设备的故障率，延长了设备定期维护时间，从而提高人员的维护效率，有利于人员的合理化配置。

参考文献：

［1］PowerFlex 700S高性能交流变频器PhaseⅡ控制用户手册．

［2］PowerFlex 700S高性能交流驱动器硬件服务手册．

［3］Logix5000软件使用编程手册．

［4］满永奎，韩安荣．通用变频器及其应用［M］．北京：机械工业出版社，2011．

［5］李方圆．变频器原理与维修［M］．北京：机械工业出版社2010．

［6］吴斌著．卫三民，苏们峰，宇文博译．大功率变频器及交流传动［M］．北京：机械工业出版社2008．

［7］张选正，史步海．变频器的散热与通风［M］．北京：电子工业出版社，2008．

中图分类号：TM464

文献标识码：A

文章编号：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