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變頻器在多臺風機起動、調速系統中的應用
變頻器在多臺風機起動、調速系統中的應用
在工業控制領域變頻調速正越來越普遍地使用于各種調速系統中，它具有體積小、重量輕、安裝操作簡單、數據可靠、性能穩定、節電等優點。用在風機、水泵調速控制系統中具有軟起動功能，減少了對電網的污染。而單臺變頻器既可用于多臺風機軟起動又可用于對某臺風機調速，這在某些應用場合具有非常重要的現實意義。
新疆南部盛產棉花，相應建有許多棉花加工廠。在加工廠中不同工序間使用風機管道傳送棉花，整個工廠大約有40臺功率分別為15kW至75kW的風機，每一工序由3～4臺風機分別控制不同的輸送風管并由同一只配電柜供電。原系統采用Y－Δ轉換方式起動風機，起動時對電網有一定的沖擊。由于風機無法調速，使同一工序中的棉花輸送速度不能*一致，雖該系統對輸送速度的控制要求并不很高，但長時間的累計誤差導致管道堵塞的現象還是時有發生。一旦發生堵塞，必須關閉多道工序的風機，這影響了生產效率。針對這一情況，我們使用了PLC控制的變頻調速系統，合理經濟地解決了起動沖擊電流和棉花堵塞的問題。
二、系統介紹
1、系統構成
圖1 系統原理圖
本系統應用于四臺風機組成的某一工序中,四臺風機的功率均為55kW,系統主電路如圖1所示。變頻器輸出端通過接觸器Q11、Q21、Q31、Q41分別控制四臺電機，同時，接觸器Q12、Q22、Q32、Q42經熱繼電器分別將電機連接至電網。在本系統中，變頻器使用了日本安川公司的VS616G555kW。
用于邏輯控制和軟件連鎖的PLC采用了日本三菱公司的FX2－48點，其輸出點通過中間繼電器J控制相對應的接觸器，如圖2所示。
圖2 PLC邏輯控制圖
2、工作原理
該系統改造的主要目的有兩點：
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替代原有的Y－Δ起動方式以減少風機起動時對電網的沖擊；
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操作工可根據情況對某臺風機調速，杜絕棉花堵塞現象的發生。
以風機M1為例：起動時首先Q11閉合，風機變頻軟起動，當到達同步轉速后，按“切換按鈕”，使Q11、Q12切換，Q11接至電網。依此類推，可分別起動每臺風機。如果某臺風機需要調速，則由變頻器直接驅動，根據要求調速。
3、技術關鍵
本系統由于采用單臺變頻器多電機切換，因此切換時對變頻器的保護是控制系統可靠運行的關鍵，系統中采用了硬件和軟件相配合的雙重保護。硬件連鎖中，充分利用了安川變頻器多機能輸入、輸出接點。起動過程中，當PLC接到起動信號后，將首先判別變頻器是否有0Hz信號，以此保證電機必須由0Hz開始起動；為減少切換時的電流沖擊，只有當變頻器輸出頻率達到50Hz時，才可切換至電網。切換時，當Q11斷開前，必須將變頻器輸出置零，而且Q11和Q12通過硬件連鎖以保證不會同時閉合。在本系統中，將變頻器8號多機能輸入接點設置為“外部自由運轉停止”功能用于切換時保證變頻器輸出為零；25號多機能輸出接點設置為“0Hz信號”、28號多機能輸出接點設置為“50Hz信號”供系統起動和切換時檢測，輸出接點輸入PLC通過軟件連鎖，反饋至變頻器輸入接點。PLC保證變頻器不會同時帶動兩臺風機。風機起動、切換過程如圖3所示。
圖3 起動、切換流程框圖
4、調試過程
在調試過程中發現，切換時由于接觸器釋放和吸合存在著的延時，電機的轉速會隨著負載的不同而下降，這使電機切換至電網時產生電流沖擊。在這種情況下，對不同負載的風機的切換頻率進行了不同的設置，令切換頻率均大于50Hz，慣量小的負載切換頻率設置高一些，慣量大的負載設置小一些，通過切換時檢測電流設置相應的切換頻率，使每臺風機切換時的沖擊電流能夠控制在2倍以內，小于原先的Y－Δ起動方式。并且利用變頻器調節風機的轉速，很好地解決了棉花的堵塞問題。
三、結束語
本系統在新疆阿拉爾棉花加工廠運行至今已近一年，實踐證明，變頻器在多臺風機起動、調速系統中的應用，既減少了風機起動時的沖擊電流，節省了多臺軟起動器的投資，又解決了某臺風機需要調速的要求，不但滿足了生產工藝提高了生產效率，又減少了設備改造資金的投入，在棉花加工行業或相似系統中具有很好的推廣價值。