變頻器在多臺風(fēng)機(jī)起動、調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

在工業(yè)控制領(lǐng)域變頻調(diào)速正越來越普遍地使用于各種調(diào)速系統(tǒng)中，它具有體積小、重量輕、安裝操作簡單、數(shù)據(jù)可靠、性能穩(wěn)定、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)。用在風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速控制系統(tǒng)中具有軟起動功能，減少了對電網(wǎng)的污染。而單臺變頻器既可用于多臺風(fēng)機(jī)軟起動又可用于對某臺風(fēng)機(jī)調(diào)速，這在某些應(yīng)用場合具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

新疆南部盛產(chǎn)棉花，相應(yīng)建有許多棉花加工廠。在加工廠中不同工序間使用風(fēng)機(jī)管道傳送棉花，整個(gè)工廠大約有40臺功率分別為15kW至75kW的風(fēng)機(jī)，每一工序由3～4臺風(fēng)機(jī)分別控制不同的輸送風(fēng)管并由同一只配電柜供電。原系統(tǒng)采用Y－Δ轉(zhuǎn)換方式起動風(fēng)機(jī)，起動時(shí)對電網(wǎng)有一定的沖擊。由于風(fēng)機(jī)無法調(diào)速，使同一工序中的棉花輸送速度不能*一致，雖該系統(tǒng)對輸送速度的控制要求并不很高，但長時(shí)間的累計(jì)誤差導(dǎo)致管道堵塞的現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生。一旦發(fā)生堵塞，必須關(guān)閉多道工序的風(fēng)機(jī)，這影響了生產(chǎn)效率。針對這一情況，我們使用了PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，合理經(jīng)濟(jì)地解決了起動沖擊電流和棉花堵塞的問題。

二、系統(tǒng)介紹

1、系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)應(yīng)用于四臺風(fēng)機(jī)組成的某一工序中,四臺風(fēng)機(jī)的功率均為55kW,系統(tǒng)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(jī)，同時(shí)，接觸器Q12、Q22、Q32、Q42經(jīng)熱繼電器分別將電機(jī)連接至電網(wǎng)。在本系統(tǒng)中，變頻器使用了日本安川公司的VS616G555kW。

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(diǎn)，其輸出點(diǎn)通過中間繼電器J控制相對應(yīng)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(tǒng)改造的主要目的有兩點(diǎn)：

• 替代原有的Y－Δ起動方式以減少風(fēng)機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；

• 操作工可根據(jù)情況對某臺風(fēng)機(jī)調(diào)速，杜絕棉花堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

以風(fēng)機(jī)M1為例：起動時(shí)首先Q11閉合，風(fēng)機(jī)變頻軟起動，當(dāng)?shù)竭_(dá)同步轉(zhuǎn)速后，按“切換按鈕”，使Q11、Q12切換，Q11接至電網(wǎng)。依此類推，可分別起動每臺風(fēng)機(jī)。如果某臺風(fēng)機(jī)需要調(diào)速，則由變頻器直接驅(qū)動，根據(jù)要求調(diào)速。

3、技術(shù)關(guān)鍵

本系統(tǒng)由于采用單臺變頻器多電機(jī)切換，因此切換時(shí)對變頻器的保護(hù)是控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，系統(tǒng)中采用了硬件和軟件相配合的雙重保護(hù)。硬件連鎖中，充分利用了安川變頻器多機(jī)能輸入、輸出接點(diǎn)。起動過程中，當(dāng)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(jī)必須由0Hz開始起動；為減少切換時(shí)的電流沖擊，只有當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz時(shí)，才可切換至電網(wǎng)。切換時(shí)，當(dāng)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(shí)閉合。在本系統(tǒng)中，將變頻器8號多機(jī)能輸入接點(diǎn)設(shè)置為“外部自由運(yùn)轉(zhuǎn)停止”功能用于切換時(shí)保證變頻器輸出為零；25號多機(jī)能輸出接點(diǎn)設(shè)置為“0Hz信號”、28號多機(jī)能輸出接點(diǎn)設(shè)置為“50Hz信號”供系統(tǒng)起動和切換時(shí)檢測，輸出接點(diǎn)輸入PLC通過軟件連鎖，反饋至變頻器輸入接點(diǎn)。PLC保證變頻器不會同時(shí)帶動兩臺風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)起動、切換過程如圖3所示。

圖3 起動、切換流程框圖

4、調(diào)試過程 

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，切換時(shí)由于接觸器釋放和吸合存在著的延時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨著負(fù)載的不同而下降，這使電機(jī)切換至電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生電流沖擊。在這種情況下，對不同負(fù)載的風(fēng)機(jī)的切換頻率進(jìn)行了不同的設(shè)置，令切換頻率均大于50Hz，慣量小的負(fù)載切換頻率設(shè)置高一些，慣量大的負(fù)載設(shè)置小一些，通過切換時(shí)檢測電流設(shè)置相應(yīng)的切換頻率，使每臺風(fēng)機(jī)切換時(shí)的沖擊電流能夠控制在2倍以內(nèi)，小于原先的Y－Δ起動方式。并且利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，很好地解決了棉花的堵塞問題。

三、結(jié)束語

本系統(tǒng)在新疆阿拉爾棉花加工廠運(yùn)行至今已近一年，實(shí)踐證明，變頻器在多臺風(fēng)機(jī)起動、調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，既減少了風(fēng)機(jī)起動時(shí)的沖擊電流，節(jié)省了多臺軟起動器的投資，又解決了某臺風(fēng)機(jī)需要調(diào)速的要求，不但滿足了生產(chǎn)工藝提高了生產(chǎn)效率，又減少了設(shè)備改造資金的投入，在棉花加工行業(yè)或相似系統(tǒng)中具有很好的推廣價(jià)值。