變頻器在變極調速電動(dòng)機改造中的應用
2014/3/3 21:40:18點(diǎn)擊：
1改造前狀況
沙泵電動(dòng)機因工藝要求需進(jìn)行調速，電氣方面采用的是三速變極調速。電動(dòng)機參數為容量（110／75／50）kW，接法為YY／Y／Δ，轉速為（1000／750／500）r／min，電流為（205／205／184）A。主電路如圖1所示，電動(dòng)機控制原理如圖2所示。從原理圖中可知電動(dòng)機變極調速是通過(guò)交流接觸器的相互切換來(lái)實(shí)現定子線(xiàn)圈的不同接法，從而改變電動(dòng)機的極數來(lái)達到變速的目的。
該變極調速存在著(zhù)以下缺點(diǎn)：
①線(xiàn)路復雜，元器件多，接觸器間切換假如操作不當會(huì )造成電機開(kāi)口Δ運行，導致電動(dòng)機燒毀。電氣上選用DZJ智能監控器作電動(dòng)機保護不是很合理，其原因有二個(gè)：一旦監控器失電后，所有的保護都沒(méi)有了；沙泵電動(dòng)機在開(kāi)口Δ型運行時(shí)，三相電流不平衡時(shí)會(huì )造成其保護不動(dòng)作。
②電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流是額定電流的5～7倍，造成電動(dòng)機繞組過(guò)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，對其它運行設備的安全運行有很大的影響。
③對聯(lián)接的機械設備沖擊力很大，造成非機械磨損，縮短了機械設備的使用壽命，導致檢修費用上升，設備運行周期降低。
④從電動(dòng)機低、中、高速的額定電流看，轉速下降25%～50%，電流下降很少0～21A，電能浪費嚴重。
⑤在生產(chǎn)過(guò)程中，當沙漿濃度不斷變化時(shí)，電能浪費更加突出，原因是沙泵電動(dòng)機的速度分得不夠精確，沙泵電動(dòng)機在低濃度運行時(shí)，沙泵電動(dòng)機是不能夠停止工作的，所以此時(shí)把轉速降低到350r/min，更加節約電能。
下面簡(jiǎn)單的介紹用按鈕和交流接觸器控制三速異步電動(dòng)機運行的電路原理：
①合上QS接通電源，電源監視器YJ和低電壓監視裝置DZJ得電進(jìn)入監控狀態(tài)。
②合上SA，按下SB1→KA線(xiàn)圈得電自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，為停車(chē)做好準備。
③低速啟動(dòng)運行：按下合閘按鈕SB2→接觸器KM1線(xiàn)圈得電→KM1觸頭動(dòng)作→電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U1、V1、W1（U3通過(guò)KM1常開(kāi)觸頭與W1并接）與三相電源接通→電動(dòng)機M接成Δ低速運行。
④低速轉為中速運行：先按下分合閘按鈕SB3→KM2線(xiàn)圈得電→KM2常閉觸頭斷開(kāi)→KM1線(xiàn)圈失電→KM1觸頭復位→電動(dòng)機M失電；再次分合閘按鈕SB3→KM3線(xiàn)圈得電→KM3觸頭動(dòng)作→電動(dòng)機M第二套定子繞組出線(xiàn)端U4、V4、W4與三相電源接通→電動(dòng)機M接成Y形中速運行。
⑤中速轉為高速運行：先按下分合閘按鈕SB4→ KM4線(xiàn)圈得電→KM4常閉觸頭斷開(kāi)→KM3線(xiàn)圈失電→KM3觸頭復位→電動(dòng)機M失電；再次分合閘按鈕SB4→KM7線(xiàn)圈得電→KM7觸頭動(dòng)作（將電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U1、V1、W1、U3接成Y形），同時(shí)KM5線(xiàn)圈得電→電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U2、V2、W2與三相電源接通→電動(dòng)機M接成YY形高速運行。
該線(xiàn)路的缺點(diǎn)是在進(jìn)行速度轉換時(shí)，必須先按下相應分合閘按鈕或停止按鈕SB0后，又要重新按下相應分合閘按鈕才能實(shí)現變速，所以操作非常不便，若不考慮時(shí)間差，還有可能會(huì )造成短路事故。
2變頻改造
為了改善沙泵電動(dòng)機的運行性能，滿(mǎn)足工藝對調速精度的要求和該礦加大節能降耗的措施，該礦決定對一采場(chǎng)2號沙泵電動(dòng)機進(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、水泵等場(chǎng)合（選400V、110kW），電動(dòng)機用原舊電動(dòng)機，選用110kW、6極，首先將U1、V1、W1、U3線(xiàn)頭短接后進(jìn)行焊接并絕緣好，其他不用的電動(dòng)機出線(xiàn)端進(jìn)行絕緣包扎后懸空，變頻器輸出端分別與電動(dòng)機的U2、V2、W2出線(xiàn)端相接。變頻器安裝在離沙泵電動(dòng)機10m遠的變頻器室，變頻器控制小線(xiàn)采用屏蔽電纜，為了變頻器能在最佳環(huán)境中運行，發(fā)揮其優(yōu)異的性能，房間安裝立式空調。
①沙泵電動(dòng)機采用變頻、工頻兩種控制方式。變頻器壞或檢修時(shí)切換到工頻運行，變頻與工頻回路相互聯(lián)鎖，避免在檢修時(shí)造成人身觸電及設備事故的發(fā)生。圖3中KM1和KM3是變頻運行所用的交流接觸器，當交流接觸器KM1、KM3吸合時(shí)，變頻器可以進(jìn)行編寫(xiě)程序及試運行，按下相應的速度按鈕進(jìn)行轉速調節。當交流接觸器KM2吸合時(shí)為工頻運行（即直接用市電工作），停車(chē)時(shí)可用相應的停止按鈕或遇到有事故發(fā)生時(shí)可以用急停按鈕進(jìn)行。下面簡(jiǎn)述其工作原理：
合上QS接通電源；按下啟動(dòng)按鈕SB3→KM2線(xiàn)圈得電 →KM2主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM1、KM3得電造成變頻器不必要的損耗）→電動(dòng)機直接用市電供電運行；
按下停止按鈕SB4先斷開(kāi)KM2，再按下啟動(dòng)按鈕SB2→KM1線(xiàn)圈得電→KM1主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM2得電）→三相電源注入變頻器，此時(shí)可利用編程器進(jìn)行編寫(xiě)程序或檢查程序是否正確；
若無(wú)錯誤，再按下啟動(dòng)按鈕SB4→KM3線(xiàn)圈得電→KM3主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM2得電）→則電動(dòng)機進(jìn)入變頻器運行，運行頻率按下相應的速度按鈕進(jìn)行轉速調節。
若要停止運行可按下停止按鈕SB1先斷開(kāi)KM1和KM3，再切斷開(kāi)QS切斷電源。
②當KM1得電時(shí)，可進(jìn)行編程，要求及編程如下：
要求：為了調試及現場(chǎng)操作方便，以及根據原題意要求有低、中、高速，要求進(jìn)行多段速編程，編程后利用RH、RM、RL的開(kāi)關(guān)信號進(jìn)行速度調節。
編程及接線(xiàn)試運行：一是全部清除（清零），具體將參數值和校準值全部初始化到出廠(chǎng)時(shí)的設定值；二是根據要求先設定Pr.79=3；三是再設定Pr.4=50Hz、Pr.5=30Hz、Pr.6=10Hz、Pr.24=15Hz、Pr.25=40Hz、Pr.26=35Hz、Pr.27=8Hz；四是設定后交檢查無(wú)錯誤時(shí)可按下圖4進(jìn)行接線(xiàn)；
按上圖接好線(xiàn)后，先按下STF（正轉）或按下STR（反轉），再按下相應的按鈕可進(jìn)行電動(dòng)機變速運行的調試，
a.高速：合上RH，則電動(dòng)機按速度1（50Hz）運行；b.中速：合上RM，則電動(dòng)機按速度2（30Hz）運行；c.低速：合上RL，則電動(dòng)機按速度3（10Hz）運行；e.同時(shí)合上RM、RL，則電動(dòng)機按速度4（15Hz）運行；f.同時(shí)合上RH、RL，則電動(dòng)機按速度5（40Hz）運行；g.同時(shí)合上RH、RM，則電動(dòng)機按速度6（35Hz）運行；h.同時(shí)合上RH、RM、RL，則電動(dòng)機按速度7（8Hz）運行。
調試無(wú)誤后，按圖4進(jìn)行接線(xiàn)并將按鈕接到操作現場(chǎng)即可。
③現場(chǎng)操作箱安裝變頻器故障報警鈴、鈴聲解除轉換開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機轉速表、電流表、電動(dòng)機開(kāi)、停均采用按鈕。
3 變頻調速和變極調速性能比較
變頻調速、變極調速性能
4 節能效果計算
根據對沙泵電動(dòng)機變頻改造后5個(gè)月運行電流、功率的統計，在相同運行負荷條件下（此處以沙漿濃度最高時(shí)進(jìn)行計算），所用電動(dòng)機功率比改造前平均下降了36%，運行功率因數為0.97，以沙泵電動(dòng)機年運行330天計，電費為0.35元／kW•h，約每年可節省電費109771元。
而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110kW型變頻器費用為6萬(wàn)元，加上變頻器室、立式空調、電纜等費用2萬(wàn)元，總投入為8萬(wàn)元，9個(gè)月可收回投資。
沙泵電動(dòng)機因工藝要求需進(jìn)行調速，電氣方面采用的是三速變極調速。電動(dòng)機參數為容量（110／75／50）kW，接法為YY／Y／Δ，轉速為（1000／750／500）r／min，電流為（205／205／184）A。主電路如圖1所示，電動(dòng)機控制原理如圖2所示。從原理圖中可知電動(dòng)機變極調速是通過(guò)交流接觸器的相互切換來(lái)實(shí)現定子線(xiàn)圈的不同接法，從而改變電動(dòng)機的極數來(lái)達到變速的目的。
該變極調速存在著(zhù)以下缺點(diǎn)：
①線(xiàn)路復雜，元器件多，接觸器間切換假如操作不當會(huì )造成電機開(kāi)口Δ運行，導致電動(dòng)機燒毀。電氣上選用DZJ智能監控器作電動(dòng)機保護不是很合理，其原因有二個(gè)：一旦監控器失電后，所有的保護都沒(méi)有了；沙泵電動(dòng)機在開(kāi)口Δ型運行時(shí)，三相電流不平衡時(shí)會(huì )造成其保護不動(dòng)作。
②電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流是額定電流的5～7倍，造成電動(dòng)機繞組過(guò)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，對其它運行設備的安全運行有很大的影響。
③對聯(lián)接的機械設備沖擊力很大，造成非機械磨損，縮短了機械設備的使用壽命，導致檢修費用上升，設備運行周期降低。
④從電動(dòng)機低、中、高速的額定電流看，轉速下降25%～50%，電流下降很少0～21A，電能浪費嚴重。
⑤在生產(chǎn)過(guò)程中，當沙漿濃度不斷變化時(shí)，電能浪費更加突出，原因是沙泵電動(dòng)機的速度分得不夠精確，沙泵電動(dòng)機在低濃度運行時(shí)，沙泵電動(dòng)機是不能夠停止工作的，所以此時(shí)把轉速降低到350r/min，更加節約電能。
下面簡(jiǎn)單的介紹用按鈕和交流接觸器控制三速異步電動(dòng)機運行的電路原理：
①合上QS接通電源，電源監視器YJ和低電壓監視裝置DZJ得電進(jìn)入監控狀態(tài)。
②合上SA，按下SB1→KA線(xiàn)圈得電自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，為停車(chē)做好準備。
③低速啟動(dòng)運行：按下合閘按鈕SB2→接觸器KM1線(xiàn)圈得電→KM1觸頭動(dòng)作→電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U1、V1、W1（U3通過(guò)KM1常開(kāi)觸頭與W1并接）與三相電源接通→電動(dòng)機M接成Δ低速運行。
④低速轉為中速運行：先按下分合閘按鈕SB3→KM2線(xiàn)圈得電→KM2常閉觸頭斷開(kāi)→KM1線(xiàn)圈失電→KM1觸頭復位→電動(dòng)機M失電；再次分合閘按鈕SB3→KM3線(xiàn)圈得電→KM3觸頭動(dòng)作→電動(dòng)機M第二套定子繞組出線(xiàn)端U4、V4、W4與三相電源接通→電動(dòng)機M接成Y形中速運行。
⑤中速轉為高速運行：先按下分合閘按鈕SB4→ KM4線(xiàn)圈得電→KM4常閉觸頭斷開(kāi)→KM3線(xiàn)圈失電→KM3觸頭復位→電動(dòng)機M失電；再次分合閘按鈕SB4→KM7線(xiàn)圈得電→KM7觸頭動(dòng)作（將電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U1、V1、W1、U3接成Y形），同時(shí)KM5線(xiàn)圈得電→電動(dòng)機M第一套定子繞組出線(xiàn)端U2、V2、W2與三相電源接通→電動(dòng)機M接成YY形高速運行。
該線(xiàn)路的缺點(diǎn)是在進(jìn)行速度轉換時(shí)，必須先按下相應分合閘按鈕或停止按鈕SB0后，又要重新按下相應分合閘按鈕才能實(shí)現變速，所以操作非常不便，若不考慮時(shí)間差，還有可能會(huì )造成短路事故。
2變頻改造
為了改善沙泵電動(dòng)機的運行性能，滿(mǎn)足工藝對調速精度的要求和該礦加大節能降耗的措施，該礦決定對一采場(chǎng)2號沙泵電動(dòng)機進(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、水泵等場(chǎng)合（選400V、110kW），電動(dòng)機用原舊電動(dòng)機，選用110kW、6極，首先將U1、V1、W1、U3線(xiàn)頭短接后進(jìn)行焊接并絕緣好，其他不用的電動(dòng)機出線(xiàn)端進(jìn)行絕緣包扎后懸空，變頻器輸出端分別與電動(dòng)機的U2、V2、W2出線(xiàn)端相接。變頻器安裝在離沙泵電動(dòng)機10m遠的變頻器室，變頻器控制小線(xiàn)采用屏蔽電纜，為了變頻器能在最佳環(huán)境中運行，發(fā)揮其優(yōu)異的性能，房間安裝立式空調。
①沙泵電動(dòng)機采用變頻、工頻兩種控制方式。變頻器壞或檢修時(shí)切換到工頻運行，變頻與工頻回路相互聯(lián)鎖，避免在檢修時(shí)造成人身觸電及設備事故的發(fā)生。圖3中KM1和KM3是變頻運行所用的交流接觸器，當交流接觸器KM1、KM3吸合時(shí)，變頻器可以進(jìn)行編寫(xiě)程序及試運行，按下相應的速度按鈕進(jìn)行轉速調節。當交流接觸器KM2吸合時(shí)為工頻運行（即直接用市電工作），停車(chē)時(shí)可用相應的停止按鈕或遇到有事故發(fā)生時(shí)可以用急停按鈕進(jìn)行。下面簡(jiǎn)述其工作原理：
合上QS接通電源；按下啟動(dòng)按鈕SB3→KM2線(xiàn)圈得電 →KM2主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM1、KM3得電造成變頻器不必要的損耗）→電動(dòng)機直接用市電供電運行；
按下停止按鈕SB4先斷開(kāi)KM2，再按下啟動(dòng)按鈕SB2→KM1線(xiàn)圈得電→KM1主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM2得電）→三相電源注入變頻器，此時(shí)可利用編程器進(jìn)行編寫(xiě)程序或檢查程序是否正確；
若無(wú)錯誤，再按下啟動(dòng)按鈕SB4→KM3線(xiàn)圈得電→KM3主觸頭和自鎖觸頭閉合（同時(shí)聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，避免KM2得電）→則電動(dòng)機進(jìn)入變頻器運行，運行頻率按下相應的速度按鈕進(jìn)行轉速調節。
若要停止運行可按下停止按鈕SB1先斷開(kāi)KM1和KM3，再切斷開(kāi)QS切斷電源。
②當KM1得電時(shí)，可進(jìn)行編程，要求及編程如下：
要求：為了調試及現場(chǎng)操作方便，以及根據原題意要求有低、中、高速，要求進(jìn)行多段速編程，編程后利用RH、RM、RL的開(kāi)關(guān)信號進(jìn)行速度調節。
編程及接線(xiàn)試運行：一是全部清除（清零），具體將參數值和校準值全部初始化到出廠(chǎng)時(shí)的設定值；二是根據要求先設定Pr.79=3；三是再設定Pr.4=50Hz、Pr.5=30Hz、Pr.6=10Hz、Pr.24=15Hz、Pr.25=40Hz、Pr.26=35Hz、Pr.27=8Hz；四是設定后交檢查無(wú)錯誤時(shí)可按下圖4進(jìn)行接線(xiàn)；
按上圖接好線(xiàn)后，先按下STF（正轉）或按下STR（反轉），再按下相應的按鈕可進(jìn)行電動(dòng)機變速運行的調試，
a.高速：合上RH，則電動(dòng)機按速度1（50Hz）運行；b.中速：合上RM，則電動(dòng)機按速度2（30Hz）運行；c.低速：合上RL，則電動(dòng)機按速度3（10Hz）運行；e.同時(shí)合上RM、RL，則電動(dòng)機按速度4（15Hz）運行；f.同時(shí)合上RH、RL，則電動(dòng)機按速度5（40Hz）運行；g.同時(shí)合上RH、RM，則電動(dòng)機按速度6（35Hz）運行；h.同時(shí)合上RH、RM、RL，則電動(dòng)機按速度7（8Hz）運行。
調試無(wú)誤后，按圖4進(jìn)行接線(xiàn)并將按鈕接到操作現場(chǎng)即可。
③現場(chǎng)操作箱安裝變頻器故障報警鈴、鈴聲解除轉換開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機轉速表、電流表、電動(dòng)機開(kāi)、停均采用按鈕。
3 變頻調速和變極調速性能比較
變頻調速、變極調速性能
4 節能效果計算
根據對沙泵電動(dòng)機變頻改造后5個(gè)月運行電流、功率的統計，在相同運行負荷條件下（此處以沙漿濃度最高時(shí)進(jìn)行計算），所用電動(dòng)機功率比改造前平均下降了36%，運行功率因數為0.97，以沙泵電動(dòng)機年運行330天計，電費為0.35元／kW•h，約每年可節省電費109771元。
而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的FR-F540、110kW型變頻器費用為6萬(wàn)元，加上變頻器室、立式空調、電纜等費用2萬(wàn)元，總投入為8萬(wàn)元，9個(gè)月可收回投資。
- 上一篇：淺談變頻調速異步電動(dòng)機的設計要點(diǎn) 2014/3/3
- 下一篇：我國電機發(fā)展的歷史與現狀 2014/3/3