變頻器在煙草行業(yè)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用研究

山東省青州市中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠 山東 青州 262500

1 變頻器在煙草行業(yè)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用原理和特點(diǎn)

1.1 風(fēng)機(jī)節(jié)電節(jié)能原理 變頻器利用半導(dǎo)體器件通斷作用，使工頻電源變成另一個(gè)頻率的電能控制裝置，低壓變頻器使用交-直-交的方式，將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源后，再將直流電源變成頻率和電壓都可以控制的交流電源供給電動(dòng)機(jī)，變頻器電路有整流、中間直流環(huán)節(jié)以及逆變與控制幾個(gè)部分，整流部分是三相橋式不可控整流器，逆變部分則是三相橋式逆變器，輸出PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)部分則是濾波和緩沖無(wú)功功率，利用變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的自由調(diào)節(jié)[1]。

1.2 變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)速的特點(diǎn) 變頻器采用無(wú)級(jí)調(diào)速，利用變頻器對(duì)煙草生產(chǎn)中空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，首先能實(shí)現(xiàn)平滑地調(diào)速，精確度較高，調(diào)速范圍大且頻率變化范圍較大，而轉(zhuǎn)差率較小、轉(zhuǎn)差引起的能量損失自然變小，效率較高，有利于提高整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的功率因數(shù)。其次，動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大，通過(guò)軟啟動(dòng)來(lái)減少啟動(dòng)電流時(shí)帶來(lái)的強(qiáng)烈沖擊。同時(shí)也能和計(jì)算機(jī)可編程控制器聯(lián)機(jī)，能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工況自動(dòng)控制。此外，改善了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，利用軟啟動(dòng)的功能避免在工頻啟動(dòng)時(shí)因浪涌電流對(duì)電機(jī)等電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生沖擊而帶來(lái)不利影響，在降低電源容量的基礎(chǔ)上減小了風(fēng)機(jī)的損耗。同時(shí)利用變頻器參數(shù)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流等自動(dòng)保護(hù)，總體來(lái)說(shuō)采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可大大降低風(fēng)機(jī)軸功率的消耗，節(jié)能效果明顯。

2 變頻器控制方案和控制方式的選擇

2.1 變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)改造的方案 根據(jù)電氣傳動(dòng)相關(guān)理論，不同負(fù)載的變頻器節(jié)能效果不同，其中平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻節(jié)能效果比較明顯。對(duì)異步電機(jī)調(diào)速可使用變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速以及變頻調(diào)速，而前兩種調(diào)速方式損耗較大、效率也低。采用變頻調(diào)速，主要是通過(guò)改變定子電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速時(shí)，從高速到低速都能保持有限轉(zhuǎn)差率，所以調(diào)速效率高且范圍廣，調(diào)速精確性高，節(jié)能效果顯著。

和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率消耗性或轉(zhuǎn)差功率回饋性調(diào)速方案最大的不同是，變頻節(jié)能改造采用是轉(zhuǎn)差功率不變的調(diào)速方案，即在調(diào)速中使轉(zhuǎn)差功率一直保持不變，可提高電機(jī)運(yùn)行效率。在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)調(diào)速的過(guò)程中，采用DDC控制系統(tǒng)，利用變頻器啟動(dòng)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制；在，空壓站風(fēng)機(jī)調(diào)速中，采用的是PLC變頻控制方式+手動(dòng)控制相結(jié)合的方式，可利用變頻器啟動(dòng)空壓機(jī)，并通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和計(jì)算處理，由此可以判斷風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)變頻器輸出頻率的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)速度的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的多段速控制[2]。

2.2 風(fēng)機(jī)改造中對(duì)變頻器的調(diào)試 為確?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行安全可靠，在安裝完成后必須對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和校對(duì)。首先檢查變頻器基本電機(jī)參數(shù)的設(shè)置情況，以及啟動(dòng)頻率、加減速時(shí)間和遠(yuǎn)程控制的設(shè)置情況，其次檢查系統(tǒng)控制回路接線和信號(hào)線路接線，確保I/O信號(hào)線和控制線與PLC連接準(zhǔn)確，并調(diào)整電機(jī)斷路器過(guò)載保護(hù)值。在校對(duì)完成后，采用現(xiàn)場(chǎng)面板控制，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后在本地試運(yùn)行正常后再進(jìn)行遠(yuǎn)程控制試運(yùn)行，如果風(fēng)機(jī)的頻率上升后出現(xiàn)了過(guò)流的現(xiàn)象則表明電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或電機(jī)負(fù)載出現(xiàn)了變化，根據(jù)設(shè)定的頻率變化率調(diào)速時(shí)就可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不夠、電機(jī)失速的情況，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)速和變頻器輸出頻率不協(xié)調(diào)，引起過(guò)電流的現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)試的結(jié)果，需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與負(fù)載進(jìn)行加減速度時(shí)間的合理設(shè)置，使變頻器頻率變化率和電機(jī)轉(zhuǎn)速變化率協(xié)調(diào)，如果出現(xiàn)了過(guò)流的現(xiàn)象，則需要采用限流的措施以及改變風(fēng)機(jī)加速曲線使系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3 變頻器在煙草行業(yè)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

第一，必須要有良好的接地線，一旦出現(xiàn)電機(jī)漏電而接地線接觸不良的情況下就容易使強(qiáng)電經(jīng)過(guò)變頻器地線反串進(jìn)入變頻器主板中，從而出現(xiàn)燒壞變頻器的事故。第二，避免變頻器被干擾，變頻器的干擾信號(hào)不但會(huì)干擾其周?chē)钠渌娮釉O(shè)備，而且還會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生干擾，對(duì)于無(wú)抗干擾功能的變頻器會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。為此，必須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況采用不同的防干擾措施。比如可以加設(shè)電抗器、濾波器等，也可以設(shè)置屏蔽線，將變頻器放在鐵柜中?；蛘咦⒁獠荚O(shè)時(shí)控制線不能和電源線一起走線，調(diào)低載波頻率，確保良好的接地，這些都是防干擾的常見(jiàn)措施。第三變頻器輸入端空氣開(kāi)關(guān)上應(yīng)加設(shè)壓敏電阻，以被動(dòng)保護(hù)的方式，在高壓電經(jīng)過(guò)時(shí)壓敏短路、空氣開(kāi)關(guān)跳閘，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的保護(hù)，降低變頻器故障概率。第四避免將變頻器安裝在有震動(dòng)的設(shè)備上，如果變頻器安裝在有震動(dòng)的煙草設(shè)備，比如振槽、滾筒之上運(yùn)行，變頻器的主回路連接螺絲和模塊緊固螺絲易松動(dòng)，容易損壞變頻器模塊、降低使用壽命。所以在模塊安裝好以后應(yīng)根據(jù)電流的走向擰緊主回路上的螺絲，當(dāng)必須要安裝在震動(dòng)設(shè)備及其周?chē)鷷r(shí)，必須定期對(duì)回路連接螺絲與模塊螺絲進(jìn)行檢查。第五注意經(jīng)常保養(yǎng)變頻器模塊，尤其對(duì)對(duì)散熱風(fēng)扇的維護(hù)，避免在灰塵多的環(huán)境下出現(xiàn)散熱器排氣孔堵塞、內(nèi)部電路板變臟而縮短變頻器散熱器使用壽命的問(wèn)題。在煙草生產(chǎn)中，在高溫高壓多粉塵的條件下，必須加強(qiáng)對(duì)變頻器散熱風(fēng)扇的清理維護(hù)，以免變頻器內(nèi)部溫度過(guò)高而引起電路電源老化，使變頻器模塊燒壞。第六注意更換變頻器主板與網(wǎng)卡，由于變頻器在高溫高濕、靜電多干擾較大的環(huán)境下工作，日出現(xiàn)主板損壞問(wèn)題，而變頻器主板一旦發(fā)生故障就會(huì)影響整個(gè)變頻器的使用。在現(xiàn)代煙草行業(yè)中，大規(guī)模使用總線控制方式，將所有變頻器控制的電機(jī)設(shè)置在總線上，若出現(xiàn)總線故障就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)診斷來(lái)判斷具體節(jié)點(diǎn)故障，如果是變頻器網(wǎng)卡問(wèn)題則需要及時(shí)進(jìn)行替換，但應(yīng)保持原變頻器的參數(shù)不變[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煙草行業(yè)中，采用變頻器控制方式不僅可以自動(dòng)化控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低設(shè)備發(fā)生的故障率，而且因?yàn)椴捎密浧鹜７绞?，減少電網(wǎng)沖擊和對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊，有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。同時(shí)對(duì)過(guò)載、過(guò)壓過(guò)流等具有自動(dòng)保護(hù)功能，具有工頻變頻自動(dòng)切換的功能，可確保生產(chǎn)的連續(xù)性。通過(guò)實(shí)踐證明變頻器在煙草行業(yè)中的應(yīng)用，起到良好的節(jié)能節(jié)電效果，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，也滿足生產(chǎn)技術(shù)要求，而且降低了設(shè)備維護(hù)維修的成本，改善了設(shè)備功率因數(shù)，為電網(wǎng)節(jié)約容量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。