用變頻器控制除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行

林惠佳

（中山市體育場(chǎng)館管理中心）

0 引言

職業(yè)技術(shù)學(xué)校使用一臺(tái)15kW除塵設(shè)備，用作車間11臺(tái)PCB鉆孔機(jī)床的灰塵收集處理，在使用的過程中，因機(jī)床在停止運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉本機(jī)床的吸塵入風(fēng)口，經(jīng)常導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)及哮喘，影響其他機(jī)床設(shè)備的除塵效果。主要設(shè)備參數(shù)如下。

除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)：

型號(hào)： 9-19 6.3A；風(fēng)量： 3865m3／h；風(fēng)壓： 9265Pa。

電機(jī)參數(shù)：

電機(jī)型號(hào)：Y160M2-2；額定功率：15kW；額定電壓：380V；額定電流：29A；額定轉(zhuǎn)速：2900rpm。

生產(chǎn)使用風(fēng)量：每支主軸為50m3/h ×60支＝3000m3/h，負(fù)壓要求為9000～10000Pa。

1 原因分析

初期選用除塵器時(shí)，考慮到以后會(huì)增加設(shè)備和擴(kuò)大產(chǎn)能的需要，因而購買風(fēng)機(jī)時(shí)將功率加大并稍有剩余，由于上述原因，當(dāng)機(jī)床設(shè)備的吸風(fēng)口打開不足時(shí)，致使主風(fēng)機(jī)因風(fēng)流量不足，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)哮喘并使風(fēng)機(jī)振動(dòng)加大。只有在管道的某段位置打開風(fēng)口，讓其直接增加風(fēng)量給風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和哮喘減少。但因此種做法，會(huì)令通風(fēng)機(jī)在大部分時(shí)間處在全負(fù)載甚至過負(fù)載下運(yùn)行，需要用人工手動(dòng)方式去控制調(diào)節(jié)，操作不方便且浪費(fèi)電力能源。

2 解決思路和方法

由上述分析，主要原因是由于通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量和吸風(fēng)口開啟的大小有時(shí)不匹配，以及通風(fēng)機(jī)的功率有剩余導(dǎo)致。解決方法是將風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)操作控制改為變頻輸出控制。利用除塵機(jī)對(duì)負(fù)壓要求來使通風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)吸風(fēng)門開啟的情況和風(fēng)流量的大小，自動(dòng)控制通風(fēng)機(jī)的速度，并可達(dá)到降低能耗的目的。由于考慮到當(dāng)變頻器故障時(shí)，也可以自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行控制除塵器，因而在原來的控制線路上加裝接觸器控制變頻器運(yùn)行。

圖中，M為風(fēng)機(jī)馬達(dá)，HA為蜂鳴器，HL為指示燈，SA1、SA2為轉(zhuǎn)換開關(guān)，SP為壓力傳感器。

圖 自動(dòng)控制切換圖

變頻器通電使用前，必需先對(duì)變頻器的有關(guān)功能進(jìn)行設(shè)置，所以將控制電源接至KM1的前面。KA1控制KM1，KA2控制KM2，兩個(gè)一起閉合，變頻器運(yùn)行。KA3控制KM3，閉合，工頻狀態(tài)下運(yùn)行。

正常工作過程：首先使旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA2閉合，接通MRS，允許進(jìn)行變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行進(jìn)行切換（Pr.135功能已設(shè)定為1，切換功能有效）；此時(shí)，KA1、KA2吸合，KM2得電吸合，為KM1通電做準(zhǔn)備；按下SB1，KM1吸合，變頻器接通電源和電動(dòng)機(jī)；將旋鈕開關(guān)SA1閉合，變頻器即起動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。其轉(zhuǎn)速由壓力傳感器通過變頻器PID決定。

當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警輸出端A和SB3之間接通，繼電器KA0吸合（線圈兩端并聯(lián)一個(gè)R、C吸收電路，保護(hù)變頻器內(nèi)部的觸點(diǎn)），其動(dòng)斷觸點(diǎn)使輸入端子CS斷開，允許進(jìn)行變頻與工頻之間的切換，同時(shí)蜂鳴器和指示燈進(jìn)行聲光報(bào)警。繼電器KA1、KA2斷開，KA3閉合，系統(tǒng)按Pr. 136和Pr. 137所預(yù)置的時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行的切換，接觸器按KM1，KM2，KM3相應(yīng)地執(zhí)行切換動(dòng)作。

控制過程：除塵系統(tǒng)壓力由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)，反饋到PID調(diào)節(jié)器（變頻器4腳輸入），PID調(diào)節(jié)器將壓力反饋信號(hào)與設(shè)定信號(hào)值相比較，并經(jīng)P（比例）I（積分）D（微分）諸多環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后得到頻率給定信號(hào)控制變頻器的工作頻率，從而控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量。也就是說當(dāng)除塵器入口負(fù)壓力低于設(shè)定值時(shí)，變頻器自動(dòng)升高頻率，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，除塵器入口負(fù)壓力上升；當(dāng)除塵器風(fēng)入口負(fù)壓力高于設(shè)定值時(shí)，變頻器自動(dòng)降低頻率，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，除塵器入口負(fù)壓力下降。通過變頻器的PID控制，使除塵器輸出車間設(shè)備所需要的負(fù)壓風(fēng)量。變頻器的選擇和功能預(yù)置：

1）風(fēng)機(jī)的變頻控制最主要的功能是節(jié)能，控制要求較為簡單，因而選用專用于風(fēng)機(jī)水泵的變頻器FR－FR540－18.5K。

2）變頻器的功率選擇：除塵器的主體是可以搭配幾種型號(hào)功率的通風(fēng)機(jī)，因而在選定時(shí)選用18.5kW功率的變頻器，以免當(dāng)因生產(chǎn)擴(kuò)大需要時(shí)需加大風(fēng)機(jī)而致使變頻器不匹配而造成浪費(fèi)（此參照除塵器生產(chǎn)廠家選用的風(fēng)機(jī)供應(yīng)商生產(chǎn)的通風(fēng)機(jī)性能選用）。

3）原使用的導(dǎo)線截面為10mm2，加裝的變頻器與通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)之間的距離為15m，根據(jù)（2～3）%UN≥△U＝ √3IMNR0L/1000R0=7.6×1000/1.732×29×15=10.01Ω/m，查表遠(yuǎn)小于與10mm2截面的1.73Ω/m，所以改用變頻后，原電線可以繼續(xù)使用。

4）上限頻率fH≤fN。因?yàn)橐坏┏^額定頻率，會(huì)使電動(dòng)機(jī)和變頻器處于過載。風(fēng)機(jī)屬于平方根負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速10%（nX＝1.1nN）時(shí)，轉(zhuǎn)矩將比額定轉(zhuǎn)矩超過21%（TX＝1.21TN）。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等：fmax＝fN＝50Hz 。

5）下限頻率fL≥30～35Hz。因?yàn)檗D(zhuǎn)速低時(shí)，風(fēng)量小，拖動(dòng)除塵器負(fù)壓不足。

6）加、減速時(shí)間。由于除塵風(fēng)機(jī)是長時(shí)間24h運(yùn)行，清除灰塵時(shí)都是在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行的，所以風(fēng)機(jī)起動(dòng)和停止的次數(shù)很少，起動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間不會(huì)影響正常生產(chǎn)；同時(shí)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)是慣性較大的設(shè)備，加速時(shí)間短，容易產(chǎn)生過電流，減速時(shí)間短，容易產(chǎn)生過電壓，因此盡量將加減速時(shí)間預(yù)置長一點(diǎn)。加速時(shí)間為40～60s，減速時(shí)間為3min。

7）負(fù)壓傳感器選用0～20kPa（4～20mA），根據(jù)常規(guī)，當(dāng)傳感器在4mA時(shí)代表負(fù)壓為0kPa（對(duì)應(yīng)0%），20mA時(shí)表示20kPa（對(duì)應(yīng)100%），所以設(shè)備對(duì)負(fù)壓的要求9～10kPa，對(duì)應(yīng)的設(shè)定值為45%～50%。

8）功能預(yù)置如表所示。

表 功能預(yù)置

3 結(jié)束語

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的各項(xiàng)技術(shù)性能也得到提高，本文通過對(duì)除塵器風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)負(fù)壓PID閉環(huán)控制，具有節(jié)能降耗，調(diào)節(jié)特性好，能更好地滿足生產(chǎn)要求。對(duì)原有系統(tǒng)改造工作量小。并且有降低了啟動(dòng)電流，提高了電氣保護(hù)質(zhì)量，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊損害。提高了引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制能力。由于轉(zhuǎn)速的降低， 對(duì)風(fēng)機(jī)的葉輪、軸承等壽命得以延長。