變頻器在變極調(diào)速電動機(jī)改造中的應(yīng)用
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(jī)改造前的控制原理和變頻改造后的控制原理及應(yīng)用，對兩種控制方式進(jìn)行比較和改造后的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞： 電動機(jī);變極;變頻;節(jié)能
1改造前狀況
沙泵電動機(jī)因工藝要求需進(jìn)行調(diào)速，電氣方面采用的是三速變極調(diào)速。電動機(jī)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(jī)控制原理如圖2所示。從原理圖中可知電動機(jī)變極調(diào)速是通過交流接觸器的相互切換來實(shí)現(xiàn)定子線圈的不同接法，從而改變電動機(jī)的極數(shù)來達(dá)到變速的目的。
該變極調(diào)速存在著以下缺點(diǎn)：
①線路復(fù)雜，元器件多，接觸器間切換假如操作不當(dāng)會造成電機(jī)開口Δ運(yùn)行，導(dǎo)致電動機(jī)燒毀。電氣上選用DZJ智能監(jiān)控器作電動機(jī)保護(hù)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(hù)都沒有了；沙泵電動機(jī)在開口Δ型運(yùn)行時，三相電流不平衡時會造成其保護(hù)不動作。
②電動機(jī)起動時起動電流是額定電流的5～7倍，造成電動機(jī)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(yùn)行設(shè)備的安全運(yùn)行有很大的影響。
③對聯(lián)接的機(jī)械設(shè)備沖擊力很大，造成非機(jī)械磨損，縮短了機(jī)械設(shè)備的使用壽命，導(dǎo)致檢修費(fèi)用上升，設(shè)備運(yùn)行周期降低。
④從電動機(jī)低、中、高速的額定電流看，轉(zhuǎn)速下降25%～50%，電流下降很少0～21A，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
⑤在生產(chǎn)過程中，當(dāng)沙漿濃度不斷變化時，電能浪費(fèi)更加突出，原因是沙泵電動機(jī)的速度分得不夠精確，沙泵電動機(jī)在低濃度運(yùn)行時，沙泵電動機(jī)是不能夠停止工作的，所以此時把轉(zhuǎn)速降低到350r/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(jī)運(yùn)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(jìn)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(zhǔn)備。
③低速啟動運(yùn)行：按下合閘按鈕SB2→接觸器KM1線圈得電→KM1觸頭動作→電動機(jī)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(jī)M接成Δ低速運(yùn)行。
④低速轉(zhuǎn)為中速運(yùn)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(fù)位→電動機(jī)M失電；再次分合閘按鈕SB3→KM3線圈得電→KM3觸頭動作→電動機(jī)M第二套定子繞組出線端U4、V4、W4與三相電源接通→電動機(jī)M接成Y形中速運(yùn)行。
⑤中速轉(zhuǎn)為高速運(yùn)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(fù)位→電動機(jī)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(jī)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(jī)M第一套定子繞組出線端U2、V2、W2與三相電源接通→電動機(jī)M接成YY形高速運(yùn)行。
該線路的缺點(diǎn)是在進(jìn)行速度轉(zhuǎn)換時，必須先按下相應(yīng)分合閘按鈕或停止按鈕SB0后，又要重新按下相應(yīng)分合閘按鈕才能實(shí)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(jī)的運(yùn)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(jī)進(jìn)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、110kW型變頻器，這種變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵等場合（選400V、110kW），電動機(jī)用原舊電動機(jī)，選用110kW、6極，首先將U1、V1、W1、U3線頭短接后進(jìn)行焊接并絕緣好，其他不用的電動機(jī)出線端進(jìn)行絕緣包扎后懸空，變頻器輸出端分別與電動機(jī)的U2、V2、W2出線端相接。變頻器安裝在離沙泵電動機(jī)10m遠(yuǎn)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(yùn)行，發(fā)揮其優(yōu)異的性能，房間安裝立式空調(diào)。
①沙泵電動機(jī)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(yùn)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(yùn)行所用的交流接觸器，當(dāng)交流接觸器KM1、KM3吸合時，變頻器可以進(jìn)行編寫程序及試運(yùn)行，按下相應(yīng)的速度按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當(dāng)交流接觸器KM2吸合時為工頻運(yùn)行（即直接用市電工作），停車時可用相應(yīng)的停止按鈕或遇到有事故發(fā)生時可以用急停按鈕進(jìn)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(jī)直接用市電供電運(yùn)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(jìn)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(jī)進(jìn)入變頻器運(yùn)行，運(yùn)行頻率按下相應(yīng)的速度按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
若要停止運(yùn)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(dāng)KM1得電時，可進(jìn)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(jìn)行多段速編程，編程后利用RH、RM、RL的開關(guān)信號進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。
編程及接線試運(yùn)行：一是全部清除（清零），具體將參數(shù)值和校準(zhǔn)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=50Hz、Pr.5=30Hz、Pr.6=10Hz、Pr.24=15Hz、Pr.25=40Hz、Pr.26=35Hz、Pr.27=8Hz；四是設(shè)定后交檢查無錯誤時可按下圖4進(jìn)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(yīng)的按鈕可進(jìn)行電動機(jī)變速運(yùn)行的調(diào)試，
a.高速：合上RH，則電動機(jī)按速度1（50Hz）運(yùn)行；b.中速：合上RM，則電動機(jī)按速度2（30Hz）運(yùn)行；c.低速：合上RL，則電動機(jī)按速度3（10Hz）運(yùn)行；e.同時合上RM、RL，則電動機(jī)按速度4（15Hz）運(yùn)行；f.同時合上RH、RL，則電動機(jī)按速度5（40Hz）運(yùn)行；g.同時合上RH、RM，則電動機(jī)按速度6（35Hz）運(yùn)行；h.同時合上RH、RM、RL，則電動機(jī)按速度7（8Hz）運(yùn)行。
調(diào)試無誤后，按圖4進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速表、電流表、電動機(jī)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
4 節(jié)能效果計算
根據(jù)對沙泵電動機(jī)變頻改造后5個月運(yùn)行電流、功率的統(tǒng)計，在相同運(yùn)行負(fù)荷條件下（此處以沙漿濃度最高時進(jìn)行計算），所用電動機(jī)功率比改造前平均下降了36%，運(yùn)行功率因數(shù)為0.97，以沙泵電動機(jī)年運(yùn)行330天計，電費(fèi)為0.35元／kW?h，約每年可節(jié)省電費(fèi)109771元。
而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110kW型變頻器費(fèi)用為6萬元，加上變頻器室、立式空調(diào)、電纜等費(fèi)用2萬元，總投入為8萬元，9個月可收回投資。
參考文獻(xiàn)：
［1］岳慶來.變頻器可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.
［2］仲明振,趙相賓.變頻器應(yīng)用手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009.
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