變頻器在變極調(diào)速電動機改造中的應用

摘要:隨著人們環(huán)保意識的提高，節(jié)能減排已是一個重要課題。文章敘述了沙泵電動機改造前的控制原理和變頻改造后的控制原理及應用，對兩種控制方式進行比較和改造后的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞:電動機;變極;變頻;節(jié)能

中圖分類號:TN77 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2009)12-0052-02

1改造前狀況

沙泵電動機因工藝要求需進行調(diào)速，電氣方面采用的是三速變極調(diào)速。電動機參數(shù)為容量(110/75/50)kW，接法為YY/Y/Δ，轉(zhuǎn)速為(1000/750/500)r/min，電流為(205/205/184)A。主電路如圖1所示，電動機控制原理如圖2所示。從原理圖中可知電動機變極調(diào)速是通過交流接觸器的相互切換來實現(xiàn)定子線圈的不同接法，從而改變電動機的極數(shù)來達到變速的目的。

該變極調(diào)速存在著以下缺點:①線路復雜，元器件多，接觸器間切換假如操作不當會造成電機開口Δ運行，導致電動機燒毀。電氣上選用DZJ智能監(jiān)控器作電動機保護不是很合理，其原因有二個:一旦監(jiān)控器失電后，所有的保護都沒有了;沙泵電動機在開口Δ型運行時，三相電流不平衡時會造成其保護不動作。②電動機起動時起動電流是額定電流的5～7倍，造成電動機繞組過熱，加快了絕緣的老化;對電網(wǎng)沖擊比較大，造成電網(wǎng)壓降較大，對其它運行設(shè)備的安全運行有很大的影響。③對聯(lián)接的機械設(shè)備沖擊力很大，造成非機械磨損，縮短了機械設(shè)備的使用壽命，導致檢修費用上升，設(shè)備運行周期降低。④從電動機低、中、高速的額定電流看，轉(zhuǎn)速下降25%～50%，電流下降很少0～21 A，電能浪費嚴重。⑤在生產(chǎn)過程中，當沙漿濃度不斷變化時，電能浪費更加突出，原因是沙泵電動機的速度分得不夠精確，沙泵電動機在低濃度運行時，沙泵電動機是不能夠停止工作的，所以此時把轉(zhuǎn)速降低到350 r/min，更加節(jié)約電能。

下面簡單的介紹用按鈕和交流接觸器控制三速異步電動機運行的電路原理:

①合上QS接通電源，電源監(jiān)視器YJ和低電壓監(jiān)視裝置DZJ得電進入監(jiān)控狀態(tài)。②合上SA，按下SB1→KA線圈得電自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開，為停車做好準備。③低速啟動運行:按下合閘按鈕SB2→接觸器KM1線圈得電→KM1觸頭動作→電動機M第一套定子繞組出線端U1、V1、W1(U3通過KM1常開觸頭與W1并接)與三相電源接通→電動機M接成Δ低速運行。④低速轉(zhuǎn)為中速運行:先按下分合閘按鈕SB3→KM2線圈得電→KM2常閉觸頭斷開→KM1線圈失電→KM1觸頭復位→電動機M失電;再次分合閘按鈕SB3→KM3線圈得電→KM3觸頭動作→電動機M第二套定子繞組出線端U4、V4、W4與三相電源接通→電動機M接成Y形中速運行。⑤中速轉(zhuǎn)為高速運行:先按下分合閘按鈕SB4→ KM4線圈得電→KM4常閉觸頭斷開→KM3線圈失電→KM3觸頭復位→電動機M失電;再次分合閘按鈕SB4→KM7線圈得電→KM7觸頭動作(將電動機M第一套定子繞組出線端U1、V1、W1、U3接成Y形)，同時KM5線圈得電→電動機M第一套定子繞組出線端U2、V2、W2與三相電源接通→電動機M接成YY形高速運行。

該線路的缺點是在進行速度轉(zhuǎn)換時，必須先按下相應分合閘按鈕或停止按鈕SB0后，又要重新按下相應分合閘按鈕才能實現(xiàn)變速，所以操作非常不便，若不考慮時間差，還有可能會造成短路事故。

2變頻改造

為了改善沙泵電動機的運行性能，滿足工藝對調(diào)速精度的要求和該礦加大節(jié)能降耗的措施，該礦決定對一采場2號沙泵電動機進行變頻改造。變頻器選用日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110 kW型變頻器，這種變頻器適用于風機、水泵等場合(選400 V、110 kW)，電動機用原舊電動機，選用110 kW、6極，首先將U1、V1、W1、U3線頭短接后進行焊接并絕緣好，其他不用的電動機出線端進行絕緣包扎后懸空，變頻器輸出端分別與電動機的U2、V2、W2出線端相接。變頻器安裝在離沙泵電動機10 m遠的變頻器室，變頻器控制小線采用屏蔽電纜，為了變頻器能在最佳環(huán)境中運行，發(fā)揮其優(yōu)異的性能，房間安裝立式空調(diào)。沙泵變頻控制原理圖如圖3所示，設(shè)計特點為:

①沙泵電動機采用變頻、工頻兩種控制方式。變頻器壞或檢修時切換到工頻運行，變頻與工頻回路相互聯(lián)鎖，避免在檢修時造成人身觸電及設(shè)備事故的發(fā)生。圖3中KM1和KM3是變頻運行所用的交流接觸器，當交流接觸器KM1、KM3吸合時，變頻器可以進行編寫程序及試運行，按下相應的速度按鈕進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當交流接觸器KM2吸合時為工頻運行(即直接用市電工作)，停車時可用相應的停止按鈕或遇到有事故發(fā)生時可以用急停按鈕進行。下面簡述其工作原理:

合上QS接通電源;按下啟動按鈕SB3→KM2線圈得電→KM2主觸頭和自鎖觸頭閉合(同時聯(lián)鎖觸頭斷開，避免KM1、KM3得電造成變頻器不必要的損耗)→電動機直接用市電供電運行。

按下停止按鈕SB4先斷開KM2，再按下啟動按鈕SB2→KM1線圈得電→KM1主觸頭和自鎖觸頭閉合(同時聯(lián)鎖觸頭斷開，避免KM2得電)→三相電源注入變頻器，此時可利用編程器進行編寫程序或檢查程序是否正確。

若無錯誤，再按下啟動按鈕SB4→KM3線圈得電→KM3主觸頭和自鎖觸頭閉合(同時聯(lián)鎖觸頭斷開，避免KM2得電)→則電動機進入變頻器運行，運行頻率按下相應的速度按鈕進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

若要停止運行可按下停止按鈕SB1先斷開KM1和KM3，再切斷開QS切斷電源。

②當KM1得電時，可進行編程，要求及編程如下:

要求:為了調(diào)試及現(xiàn)場操作方便，以及根據(jù)原題意要求有低、中、高速，要求進行多段速編程，編程后利用RH、RM、RL的開關(guān)信號進行速度調(diào)節(jié)。

編程及接線試運行:一是全部清除(清零)，具體將參數(shù)值和校準值全部初始化到出廠時的設(shè)定值;二是根據(jù)要求先設(shè)定Pr.79=3;三是再設(shè)定Pr.4=50 Hz、Pr.5=30 Hz、Pr.6=10 Hz、Pr.24=15 Hz、Pr.25=40 Hz、Pr.26=35 Hz、Pr.27=8 Hz;四是設(shè)定后交檢查無錯誤時可按下圖4進行接線。

按上圖接好線后，先按下STF(正轉(zhuǎn))或按下STR(反轉(zhuǎn))，再按下相應的按鈕可進行電動機變速運行的調(diào)試，如圖5所示:

高速:合上RH，則電動機按速度1(50 Hz)運行;中速:合上RM，則電動機按速度2(30 Hz)運行;低速:合上RL，則電動機按速度3(10 Hz)運行;e.同時合上RM、RL，則電動機按速度4(15 Hz)運行;同時合上RH、RL，則電動機按速度5(40Hz)運行;同時合上RH、RM，則電動機按速度6(35Hz)運行;同時合上RH、RM、RL，則電動機按速度7(8 Hz)運行。

調(diào)試無誤后，按圖4進行接線并將按鈕接到操作現(xiàn)場即可。

③現(xiàn)場操作箱安裝變頻器故障報警鈴、鈴聲解除轉(zhuǎn)換開關(guān)、電動機轉(zhuǎn)速表、電流表、電動機開、停均采用按鈕。

3變頻調(diào)速和變極調(diào)速性能比較

變頻調(diào)速、變極調(diào)速性能比較如下表1所示。

4節(jié)能效果計算

根據(jù)對沙泵電動機變頻改造后5個月運行電流、功率的統(tǒng)計，在相同運行負荷條件下，所用電動機功率比改造前平均下降了36%，運行功率因數(shù)為0.97，以沙泵電動機年運行330天計，電費為0.35元/kW·h，約每年可節(jié)省電費109 771元。

而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110 kW型變頻器費用為6萬元，加上變頻器室、立式空調(diào)、電纜等費用2萬元，總投入為8萬元，9個月可收回投資。

參考文獻:

[1] 岳慶來.變頻器可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 仲明振，趙相賓.變頻器應用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2009.