變頻器在煙草行業風機節能改造中的應用研究

山東省青州市中煙工業有限責任公司青州卷煙廠 山東 青州 262500

1 變頻器在煙草行業風機節能改造中的應用原理和特點

1.1 風機節電節能原理 變頻器利用半導體器件通斷作用，使工頻電源變成另一個頻率的電能控制裝置，低壓變頻器使用交-直-交的方式，將工頻交流電源轉換成直流電源后，再將直流電源變成頻率和電壓都可以控制的交流電源供給電動機，變頻器電路有整流、中間直流環節以及逆變與控制幾個部分，整流部分是三相橋式不可控整流器，逆變部分則是三相橋式逆變器，輸出PWM波形，中間直流環節部分則是濾波和緩沖無功功率，利用變頻器可實現電機速度的自由調節[1]。

1.2 變頻器對風機調速的特點 變頻器采用無級調速，利用變頻器對煙草生產中空調系統風機進行節能改造，首先能實現平滑地調速，精確度較高，調速范圍大且頻率變化范圍較大，而轉差率較小、轉差引起的能量損失自然變小，效率較高，有利于提高整個動力系統的功率因數。其次，動轉矩變大，通過軟啟動來減少啟動電流時帶來的強烈沖擊。同時也能和計算機可編程控制器聯機，能根據實際生產工況自動控制。此外，改善了電動機的啟動性能，利用軟啟動的功能避免在工頻啟動時因浪涌電流對電機等電網設備產生沖擊而帶來不利影響，在降低電源容量的基礎上減小了風機的損耗。同時利用變頻器參數設置可實現對過載、過壓、過流等自動保護，總體來說采用變頻器對風機轉速調節可大大降低風機軸功率的消耗，節能效果明顯。

2 變頻器控制方案和控制方式的選擇

2.1 變頻器應用于風機改造的方案 根據電氣傳動相關理論，不同負載的變頻器節能效果不同，其中平方轉矩負載變頻節能效果比較明顯。對異步電機調速可使用變極調速、變轉差率調速以及變頻調速，而前兩種調速方式損耗較大、效率也低。采用變頻調速，主要是通過改變定子電源頻率，從而實現電機調速的。在調速時，從高速到低速都能保持有限轉差率，所以調速效率高且范圍廣，調速精確性高，節能效果顯著。

和傳統轉差功率消耗性或轉差功率回饋性調速方案最大的不同是，變頻節能改造采用是轉差功率不變的調速方案，即在調速中使轉差功率一直保持不變，可提高電機運行效率。在對空調系統風機調速的過程中，采用DDC控制系統，利用變頻器啟動風機實現調速控制；在，空壓站風機調速中，采用的是PLC變頻控制方式+手動控制相結合的方式，可利用變頻器啟動空壓機，并通過PLC實現數據采集和計算處理，由此可以判斷風機的實際運行情況，通過變頻器輸出頻率的調整來實現對風機速度的控制，實現對風量的多段速控制[2]。

2.2 風機改造中對變頻器的調試 為確保控制系統運行安全可靠，在安裝完成后必須對控制系統進行調試和校對。首先檢查變頻器基本電機參數的設置情況，以及啟動頻率、加減速時間和遠程控制的設置情況，其次檢查系統控制回路接線和信號線路接線，確保I/O信號線和控制線與PLC連接準確，并調整電機斷路器過載保護值。在校對完成后，采用現場面板控制，啟動風機后在本地試運行正常后再進行遠程控制試運行，如果風機的頻率上升后出現了過流的現象則表明電機轉動慣量或電機負載出現了變化，根據設定的頻率變化率調速時就可能出現轉速不夠、電機失速的情況，從而使電機轉速和變頻器輸出頻率不協調，引起過電流的現象。根據調試的結果，需要對電機轉動慣量與負載進行加減速度時間的合理設置，使變頻器頻率變化率和電機轉速變化率協調，如果出現了過流的現象，則需要采用限流的措施以及改變風機加速曲線使系統恢復正常。

3 變頻器在煙草行業風機節能改造中應用時的注意事項

第一，必須要有良好的接地線，一旦出現電機漏電而接地線接觸不良的情況下就容易使強電經過變頻器地線反串進入變頻器主板中，從而出現燒壞變頻器的事故。第二，避免變頻器被干擾，變頻器的干擾信號不但會干擾其周圍的其他電子設備，而且還會對自身產生干擾，對于無抗干擾功能的變頻器會產生嚴重的損壞。為此，必須根據實際生產情況采用不同的防干擾措施。比如可以加設電抗器、濾波器等，也可以設置屏蔽線，將變頻器放在鐵柜中。或者注意布設時控制線不能和電源線一起走線，調低載波頻率，確保良好的接地，這些都是防干擾的常見措施。第三變頻器輸入端空氣開關上應加設壓敏電阻，以被動保護的方式，在高壓電經過時壓敏短路、空氣開關跳閘，從而實現對變頻器的保護，降低變頻器故障概率。第四避免將變頻器安裝在有震動的設備上，如果變頻器安裝在有震動的煙草設備，比如振槽、滾筒之上運行，變頻器的主回路連接螺絲和模塊緊固螺絲易松動，容易損壞變頻器模塊、降低使用壽命。所以在模塊安裝好以后應根據電流的走向擰緊主回路上的螺絲，當必須要安裝在震動設備及其周圍時，必須定期對回路連接螺絲與模塊螺絲進行檢查。第五注意經常保養變頻器模塊，尤其對對散熱風扇的維護，避免在灰塵多的環境下出現散熱器排氣孔堵塞、內部電路板變臟而縮短變頻器散熱器使用壽命的問題。在煙草生產中，在高溫高壓多粉塵的條件下，必須加強對變頻器散熱風扇的清理維護，以免變頻器內部溫度過高而引起電路電源老化，使變頻器模塊燒壞。第六注意更換變頻器主板與網卡，由于變頻器在高溫高濕、靜電多干擾較大的環境下工作，日出現主板損壞問題，而變頻器主板一旦發生故障就會影響整個變頻器的使用。在現代煙草行業中，大規模使用總線控制方式，將所有變頻器控制的電機設置在總線上，若出現總線故障就可以通過網絡診斷來判斷具體節點故障，如果是變頻器網卡問題則需要及時進行替換，但應保持原變頻器的參數不變[3]。

4 結語

綜上所述，在煙草行業中，采用變頻器控制方式不僅可以自動化控制電動機的轉速，降低設備發生的故障率，而且因為采用軟起停方式，減少電網沖擊和對設備的機械沖擊，有利于延長設備使用壽命。同時對過載、過壓過流等具有自動保護功能，具有工頻變頻自動切換的功能，可確保生產的連續性。通過實踐證明變頻器在煙草行業中的應用，起到良好的節能節電效果，提高了設備的運行效率，也滿足生產技術要求，而且降低了設備維護維修的成本，改善了設備功率因數，為電網節約容量，具有良好的經濟效益和環境效益。