用變頻器控制除塵風機運行

林惠佳

（中山市體育場館管理中心）

0 引言

職業(yè)技術學校使用一臺15kW除塵設備，用作車間11臺PCB鉆孔機床的灰塵收集處理，在使用的過程中，因機床在停止運行時，自動關閉本機床的吸塵入風口，經(jīng)常導致主風機發(fā)生嚴重的振動及哮喘，影響其他機床設備的除塵效果。主要設備參數(shù)如下。

除塵風機參數(shù)：

型號： 9-19 6.3A；風量： 3865m3／h；風壓： 9265Pa。

電機參數(shù)：

電機型號：Y160M2-2；額定功率：15kW；額定電壓：380V；額定電流：29A；額定轉速：2900rpm。

生產(chǎn)使用風量：每支主軸為50m3/h ×60支＝3000m3/h，負壓要求為9000～10000Pa。

1 原因分析

初期選用除塵器時，考慮到以后會增加設備和擴大產(chǎn)能的需要，因而購買風機時將功率加大并稍有剩余，由于上述原因，當機床設備的吸風口打開不足時，致使主風機因風流量不足，導致風機哮喘并使風機振動加大。只有在管道的某段位置打開風口，讓其直接增加風量給風機，使風機的振動和哮喘減少。但因此種做法，會令通風機在大部分時間處在全負載甚至過負載下運行，需要用人工手動方式去控制調節(jié)，操作不方便且浪費電力能源。

2 解決思路和方法

由上述分析，主要原因是由于通風機的吸風量和吸風口開啟的大小有時不匹配，以及通風機的功率有剩余導致。解決方法是將風機的啟動操作控制改為變頻輸出控制。利用除塵機對負壓要求來使通風機能夠根據(jù)吸風門開啟的情況和風流量的大小，自動控制通風機的速度，并可達到降低能耗的目的。由于考慮到當變頻器故障時，也可以自動切換到工頻運行控制除塵器，因而在原來的控制線路上加裝接觸器控制變頻器運行。

圖中，M為風機馬達，HA為蜂鳴器，HL為指示燈，SA1、SA2為轉換開關，SP為壓力傳感器。

圖 自動控制切換圖

變頻器通電使用前，必需先對變頻器的有關功能進行設置，所以將控制電源接至KM1的前面。KA1控制KM1，KA2控制KM2，兩個一起閉合，變頻器運行。KA3控制KM3，閉合，工頻狀態(tài)下運行。

正常工作過程：首先使旋轉開關SA2閉合，接通MRS，允許進行變頻運行和工頻運行進行切換（Pr.135功能已設定為1，切換功能有效）；此時，KA1、KA2吸合，KM2得電吸合，為KM1通電做準備；按下SB1，KM1吸合，變頻器接通電源和電動機；將旋鈕開關SA1閉合，變頻器即起動進入運行狀態(tài)。其轉速由壓力傳感器通過變頻器PID決定。

當變頻器發(fā)生故障時，報警輸出端A和SB3之間接通，繼電器KA0吸合（線圈兩端并聯(lián)一個R、C吸收電路，保護變頻器內部的觸點），其動斷觸點使輸入端子CS斷開，允許進行變頻與工頻之間的切換，同時蜂鳴器和指示燈進行聲光報警。繼電器KA1、KA2斷開，KA3閉合，系統(tǒng)按Pr. 136和Pr. 137所預置的時間自動進行由變頻運行轉為工頻運行的切換，接觸器按KM1，KM2，KM3相應地執(zhí)行切換動作。

控制過程：除塵系統(tǒng)壓力由壓力傳感器轉換成4～20mA電流信號，反饋到PID調節(jié)器（變頻器4腳輸入），PID調節(jié)器將壓力反饋信號與設定信號值相比較，并經(jīng)P（比例）I（積分）D（微分）諸多環(huán)節(jié)調節(jié)后得到頻率給定信號控制變頻器的工作頻率，從而控制風機的轉速和風機的出風量。也就是說當除塵器入口負壓力低于設定值時，變頻器自動升高頻率，風機轉速提高，除塵器入口負壓力上升；當除塵器風入口負壓力高于設定值時，變頻器自動降低頻率，風機轉速下降，除塵器入口負壓力下降。通過變頻器的PID控制，使除塵器輸出車間設備所需要的負壓風量。變頻器的選擇和功能預置：

1）風機的變頻控制最主要的功能是節(jié)能，控制要求較為簡單，因而選用專用于風機水泵的變頻器FR－FR540－18.5K。

2）變頻器的功率選擇：除塵器的主體是可以搭配幾種型號功率的通風機，因而在選定時選用18.5kW功率的變頻器，以免當因生產(chǎn)擴大需要時需加大風機而致使變頻器不匹配而造成浪費（此參照除塵器生產(chǎn)廠家選用的風機供應商生產(chǎn)的通風機性能選用）。

3）原使用的導線截面為10mm2，加裝的變頻器與通風機電動機之間的距離為15m，根據(jù)（2～3）%UN≥△U＝ √3IMNR0L/1000R0=7.6×1000/1.732×29×15=10.01Ω/m，查表遠小于與10mm2截面的1.73Ω/m，所以改用變頻后，原電線可以繼續(xù)使用。

4）上限頻率fH≤fN。因為一旦超過額定頻率，會使電動機和變頻器處于過載。風機屬于平方根負載，當轉速超過其額定轉速時，轉矩將按平方規(guī)律增加。例如，當轉速超過額定轉速10%（nX＝1.1nN）時，轉矩將比額定轉矩超過21%（TX＝1.21TN）。導致電動機嚴重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等：fmax＝fN＝50Hz 。

5）下限頻率fL≥30～35Hz。因為轉速低時，風量小，拖動除塵器負壓不足。

6）加、減速時間。由于除塵風機是長時間24h運行，清除灰塵時都是在不停機的狀態(tài)下進行的，所以風機起動和停止的次數(shù)很少，起動時間和停止時間不會影響正常生產(chǎn)；同時因為風機是慣性較大的設備，加速時間短，容易產(chǎn)生過電流，減速時間短，容易產(chǎn)生過電壓，因此盡量將加減速時間預置長一點。加速時間為40～60s，減速時間為3min。

7）負壓傳感器選用0～20kPa（4～20mA），根據(jù)常規(guī)，當傳感器在4mA時代表負壓為0kPa（對應0%），20mA時表示20kPa（對應100%），所以設備對負壓的要求9～10kPa，對應的設定值為45%～50%。

8）功能預置如表所示。

表 功能預置

3 結束語

隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻器的各項技術性能也得到提高，本文通過對除塵器風機采用變頻調速實現(xiàn)負壓PID閉環(huán)控制，具有節(jié)能降耗，調節(jié)特性好，能更好地滿足生產(chǎn)要求。對原有系統(tǒng)改造工作量小。并且有降低了啟動電流，提高了電氣保護質量，避免了電動機啟動時對電機的沖擊損害。提高了引風機的自動控制能力。由于轉速的降低， 對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。