变频器调速技术应用管理

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编者按：本论文主要从改造前状况；变频改造;变频调速和变极调速性能比较;节能效果计算等进行讲述，包括了线路复杂，元器件多、电动机起动时起动电流是额定电流的5～7倍、对联接的机械设备冲击力很大、从电动机低、中、高速的额定电流看、当沙浆浓度不断变化时，电能浪费更加突出，原因是沙泵电动机的速度分得不够精确、满足工艺对调速精度的要求和该矿加大节能降耗的措施等，具体资料请见：

摘要：随着人们环保意识的提高，节能减排已是一个重要课题。文章叙述了沙泵电动机改造前的控制原理和变频改造后的控制原理及应用，对两种控制方式进行比较和改造后的节能效果。

关键词：电动机;变极;变频;节能

1改造前状况

沙泵电动机因工艺要求需进行调速，电气方面采用的是三速变极调速。电动机参数为容量（110／75／50）kW，接法为YY／Y／Δ，转速为（1000／750／500）r／min，电流为（205／205／184）A。主电路如图1所示，电动机控制原理如图2所示。从原理图中可知电动机变极调速是通过交流接触器的相互切换来实现定子线圈的不同接法，从而改变电动机的极数来达到变速的目的。

该变极调速存在着以下缺点：

①线路复杂，元器件多，接触器间切换假如操作不当会造成电机开口Δ运行，导致电动机烧毁。电气上选用DZJ智能监控器作电动机保护不是很合理，其原因有二个：一旦监控器失电后，所有的保护都没有了；沙泵电动机在开口Δ型运行时，三相电流不平衡时会造成其保护不动作。

②电动机起动时起动电流是额定电流的5～7倍，造成电动机绕组过热，加快了绝缘的老化；对电网冲击比较大，造成电网压降较大，对其它运行设备的安全运行有很大的影响。

③对联接的机械设备冲击力很大，造成非机械磨损，缩短了机械设备的使用寿命，导致检修费用上升，设备运行周期降低。

④从电动机低、中、高速的额定电流看，转速下降25%～50%，电流下降很少0～21A，电能浪费严重。

⑤在生产过程中，当沙浆浓度不断变化时，电能浪费更加突出，原因是沙泵电动机的速度分得不够精确，沙泵电动机在低浓度运行时，沙泵电动机是不能够停止工作的，所以此时把转速降低到350r/min，更加节约电能。

下面简单的介绍用按钮和交流接触器控制三速异步电动机运行的电路原理：

①合上QS接通电源，电源监视器YJ和低电压监视装置DZJ得电进入监控状态。

②合上SA，按下SB1→KA线圈得电自锁触头闭合，联锁触头断开，为停车做好准备。

③低速启动运行：按下合闸按钮SB2→接触器KM1线圈得电→KM1触头动作→电动机M第一套定子绕组出线端U1、V1、W1（U3通过KM1常开触头与W1并接）与三相电源接通→电动机M接成Δ低速运行。

④低速转为中速运行：先按下分合闸按钮SB3→KM2线圈得电→KM2常闭触头断开→KM1线圈失电→KM1触头复位→电动机M失电；再次分合闸按钮SB3→KM3线圈得电→KM3触头动作→电动机M第二套定子绕组出线端U4、V4、W4与三相电源接通→电动机M接成Y形中速运行。

⑤中速转为高速运行：先按下分合闸按钮SB4→KM4线圈得电→KM4常闭触头断开→KM3线圈失电→KM3触头复位→电动机M失电；再次分合闸按钮SB4→KM7线圈得电→KM7触头动作（将电动机M第一套定子绕组出线端U1、V1、W1、U3接成Y形），同时KM5线圈得电→电动机M第一套定子绕组出线端U2、V2、W2与三相电源接通→电动机M接成YY形高速运行。

该线路的缺点是在进行速度转换时，必须先按下相应分合闸按钮或停止按钮SB0后，又要重新按下相应分合闸按钮才能实现变速，所以操作非常不便，若不考虑时间差，还有可能会造成短路事故。

2变频改造

为了改善沙泵电动机的运行性能，满足工艺对调速精度的要求和该矿加大节能降耗的措施，该矿决定对一采场2号沙泵电动机进行变频改造。变频器选用日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110kW型变频器，这种变频器适用于风机、水泵等场合（选400V、110kW），电动机用原旧电动机，选用110kW、6极，首先将U1、V1、W1、U3线头短接后进行焊接并绝缘好，其他不用的电动机出线端进行绝缘包扎后悬空，变频器输出端分别与电动机的U2、V2、W2出线端相接。变频器安装在离沙泵电动机10m远的变频器室，变频器控制小线采用屏蔽电缆，为了变频器能在最佳环境中运行，发挥其优异的性能，房间安装立式空调。

①沙泵电动机采用变频、工频两种控制方式。变频器坏或检修时切换到工频运行，变频与工频回路相互联锁，避免在检修时造成人身触电及设备事故的发生。图3中KM1和KM3是变频运行所用的交流接触器，当交流接触器KM1、KM3吸合时，变频器可以进行编写程序及试运行，按下相应的速度按钮进行转速调节。当交流接触器KM2吸合时为工频运行（即直接用市电工作），停车时可用相应的停止按钮或遇到有事故发生时可以用急停按钮进行。下面简述其工作原理：

合上QS接通电源；按下启动按钮SB3→KM2线圈得电→KM2主触头和自锁触头闭合（同时联锁触头断开，避免KM1、KM3得电造成变频器不必要的损耗）→电动机直接用市电供电运行；按下停止按钮SB4先断开KM2，再按下启动按钮SB2→KM1线圈得电→KM1主触头和自锁触头闭合（同时联锁触头断开，避免KM2得电）→三相电源注入变频器，此时可利用编程器进行编写程序或检查程序是否正确；

若无错误，再按下启动按钮SB4→KM3线圈得电→KM3主触头和自锁触头闭合（同时联锁触头断开，避免KM2得电）→则电动机进入变频器运行，运行频率按下相应的速度按钮进行转速调节。

若要停止运行可按下停止按钮SB1先断开KM1和KM3，再切断开QS切断电源。

②当KM1得电时，可进行编程，要求及编程如下：

要求：为了调试及现场操作方便，以及根据原题意要求有低、中、高速，要求进行多段速编程，编程后利用RH、RM、RL的开关信号进行速度调节。

编程及接线试运行：一是全部清除（清零），具体将参数值和校准值全部初始化到出厂时的设定值；二是根据要求先设定Pr.79=3；三是再设定Pr.4=50Hz、Pr.5=30Hz、Pr.6=10Hz、Pr.24=15Hz、Pr.25=40Hz、Pr.26=35Hz、Pr.27=8Hz；四是设定后交检查无错误时可按下图4进行接线；

按上图接好线后，先按下STF（正转）或按下STR（反转），再按下相应的按钮可进行电动机变速运行的调试，

a.高速：合上RH，则电动机按速度1（50Hz）运行；b.中速：合上RM，则电动机按速度2（30Hz）运行；c.低速：合上RL，则电动机按速度3（10Hz）运行；e.同时合上RM、RL，则电动机按速度4（15Hz）运行；f.同时合上RH、RL，则电动机按速度5（40Hz）运行；g.同时合上RH、RM，则电动机按速度6（35Hz）运行；h.同时合上RH、RM、RL，则电动机按速度7（8Hz）运行。

调试无误后，按图4进行接线并将按钮接到操作现场即可。

③现场操作箱安装变频器故障报警铃、铃声解除转换开关、电动机转速表、电流表、电动机开、停均采用按钮。

3变频调速和变极调速性能比较

变频调速、变极调速性能

4节能效果计算

根据对沙泵电动机变频改造后5个月运行电流、功率的统计，在相同运行负荷条件下（此处以沙浆浓度最高时进行计算），所用电动机功率比改造前平均下降了36%，运行功率因数为0.97，以沙泵电动机年运行330天计，电费为0.35元／kW•h，约每年可节省电费109771元。

而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110kW型变频器费用为6万元，加上变频器室、立式空调、电缆等费用2万元，总投入为8万元，9个月可收回投资。