三相異步電機(jī)啟動(dòng)方式改造實(shí)例

徐盛

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

星—三角啟動(dòng)作為三相異步電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的主流方式之一，以其成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)在工廠低壓配電區(qū)域廣泛存在。

與變頻啟動(dòng)相比，它又存在可靠性低、啟動(dòng)曲線較硬、電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法調(diào)整、運(yùn)行成本高（允許電機(jī)低頻運(yùn)行的區(qū)域）缺點(diǎn)，因此，從效率提升、工藝控制、成本管理的角度考慮，三相異步電機(jī)由星三角啟動(dòng)改為變頻啟動(dòng)的技術(shù)具有廣泛需求。本文以某汽車制造企業(yè)涂裝車間工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的電機(jī)啟動(dòng)實(shí)際改造案例為導(dǎo)引，將該問(wèn)題的分析和解決方案具體化，旨在為同類改造提供參考。

1 現(xiàn)狀及目標(biāo)

車間烘爐設(shè)備某離心式循環(huán)風(fēng)機(jī)，由三相異步電機(jī)（22kW，380V，1450r/min）驅(qū)動(dòng)，使用羅克韋爾PLC作為控制器，電機(jī)工頻運(yùn)行，啟動(dòng)方式為星三角啟動(dòng)。由于工藝需求，風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要進(jìn)行調(diào)整，目前，電機(jī)運(yùn)行模式不能滿足要求，以及出于節(jié)能的考慮，需對(duì)啟動(dòng)運(yùn)行方式進(jìn)行改造，達(dá)到風(fēng)量可調(diào)，同時(shí)降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本的目標(biāo)。

2 方案概述

根據(jù)改造目標(biāo)要求，結(jié)合備件庫(kù)既有備件狀態(tài)，初步制定改造方案為：將該電機(jī)的啟動(dòng)方式由星三角降壓?jiǎn)?dòng)改為變頻啟動(dòng)；由工頻運(yùn)行改為降頻運(yùn)行。

3 詳細(xì)方案評(píng)估及設(shè)計(jì)

3.1 變頻器選型

根據(jù)風(fēng)機(jī)功率及現(xiàn)有庫(kù)存，選用30KW三菱變頻器，型號(hào)FR-A840-00770-2-60/30kW。

3.2 電機(jī)接線方式評(píng)估

在星三角啟動(dòng)配電回路中，星形接線與三角形接線的切換邏輯由外部接觸器實(shí)現(xiàn)，因此，六個(gè)電機(jī)端子均為出線端；在變頻啟動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的啟動(dòng)曲線是由頻率變化實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)接線方式固定，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩要求，將電機(jī)接線方式改為三角形接線方式。

圖1 星三角啟動(dòng)電機(jī)接線方式

圖2 三角形接線

3.3 動(dòng)力線線徑評(píng)估

基于改造成本，及現(xiàn)場(chǎng)重新布線存在一定困難，考慮繼續(xù)使用原電機(jī)動(dòng)力線。

星三角啟動(dòng)配電回路中，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由接觸器末端至電機(jī)端的動(dòng)力線載流為電機(jī)相電流，改為變頻啟動(dòng)后，該動(dòng)力線用于主回路，即載流為電機(jī)線電流，根據(jù)三相電源的電流關(guān)系，線電流=√3相電流，載流量大幅增大，需要重新評(píng)估線徑。銘牌額定電流41.4A，參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》，按載流量選取線纜截面為10mm2。原電機(jī)動(dòng)力線初始設(shè)計(jì)時(shí)，選用電纜截面為16mm2，載流量充足，因此，可以直接使用。三角形接法中線電流與相電流的矢量關(guān)系如圖3。

圖3 三角形接法中線電流與相電流的矢量關(guān)系

表1 控制線功能表

3.4 控制線設(shè)計(jì)

（1）現(xiàn)場(chǎng)使用西門(mén)子數(shù)字量輸出模塊，為源型輸出，輸出即為24V信號(hào)，可直接選用變頻器接線方式為源型。具體接線方式參照三菱變頻器接線手冊(cè)，此處不再贅言。

（2）為了不再額外增加PLC IO模塊的成本，繼續(xù)沿用原IO點(diǎn)，功能變更參照表1。

3.5 PLC程序修改

當(dāng)電機(jī)為星三角啟動(dòng)時(shí)，PLC程序的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)輸出為保持信號(hào)，通過(guò)自保持程序來(lái)實(shí)現(xiàn)；改為變頻啟動(dòng)后，變頻器的電機(jī)啟動(dòng)端子需要的是脈沖信號(hào)，因此，需要修改PLC程序，將風(fēng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)由持續(xù)輸出改為脈沖輸出。改造后，PLC程序如圖4。

3.6 變頻器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)電機(jī)功率和風(fēng)機(jī)負(fù)載，需將加速時(shí)間設(shè)置為15s（Pr.7），減速時(shí)間設(shè)置為30s（Pr.8），具體值可參考實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)調(diào)整。其他參數(shù)可直接使用缺省值。

4 方案實(shí)施及驗(yàn)證

電控柜內(nèi)選取位置固定變頻器后，按以上評(píng)估方案實(shí)施。根據(jù)工藝要求，頻率設(shè)置為35Hz。手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)正常，運(yùn)行監(jiān)控電流值平穩(wěn)，電機(jī)熱狀態(tài)良好。

5 改造效益

參照《鋼鐵企業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，當(dāng)電機(jī)頻率由50Hz降為35Hz時(shí)（即轉(zhuǎn)速下降30%），流量降為改造前的70%，揚(yáng)程降為改造前的50%，功率降為改造前（以額定狀態(tài)計(jì)算）的35%，按年運(yùn)行時(shí)間7200h，以當(dāng)?shù)仄綍r(shí)段電價(jià)格0.725元/千瓦時(shí)計(jì)，年節(jié)約金額C=0.725×22×7200 ×（1-0.35）=74646元,效益可觀。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（頻率）控制如圖5。

圖4 改造后的PLC程序

圖5 風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（頻率）控制

6 結(jié)語(yǔ)

本次改造在滿足工藝需求的前提下，降低了運(yùn)行成本，同時(shí)，設(shè)備可靠性得以提升。三相異步電機(jī)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的主要?jiǎng)恿υO(shè)施，如何優(yōu)化既有電機(jī)的啟動(dòng)方式、運(yùn)行方式，在各行業(yè)工業(yè)技術(shù)優(yōu)化具有普遍意義，也成為企業(yè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的重要內(nèi)容。