变频器在多台风机起动、调速系统中的应用

1前言

在工业控制领域变频调速正越来越普遍地使用于各种调速系统中，它具有体积小、重量轻、安装操作简单、数据可靠、性能稳定、节电效果显著等优点。用在风机、水泵调速控制系统中具有软起动功能，减少了对电网的污染。而单台变频器既可用于多台风机软起动又可用于对某台风机调速，这在某些应用场合具有非常重要的现实意义。

新疆南部盛产棉花，相应建有许多棉花加工厂。在加工厂中不同工序间使用风机管道传送棉花，整个工厂大约有40台功率分别为15kW至75kW的风机，每一工序由3～4台风机分别控制不同的输送风管并由同一只配电柜供电。原系统采用Y－Δ转换方式起动风机，起动时对电网有一定的冲击。由于风机无法调速，使同一工序中的棉花输送速度不能完全一致，虽该系统对输送速度的控制要求并不很高，但长时间的累计误差导致管道堵塞的现象还是时有发生。一旦发生堵塞，必须关闭多道工序的风机，这极大地影响了生产效率。针对这一情况，我们使用了PLC控制的变频调速系统，合理经济地解决了起动冲击电流和棉花堵塞的问题。

2系统介绍

21系统构成

本系统应用于四台风机组成的某一工序中,四台风机的功率均为55kW,系统主电路如图1所示。变频器输出端通过接触器Q11、Q21、Q31、Q41分别控制四台电机，同时，接触器Q12、Q22、Q32、Q42经热继电器分别将电机连接至电网。在本系统中，变频器使用了日本安川公司的VS616G555kW。

用于逻辑控制和软件连锁的PLC采用了日本三菱公司的FX2－48点，其输出点通过中间继电器J控制相对应的接触器，如图2所示。

图1系统原理图

图2PLC逻辑控制图

图3起动、切换流程框图

22工作原理

该系统改造的主要目的有两点：

(1)替代原有的Y－Δ起动方式以减少风机起动时对电网的冲击；

(2)操作工可根据情况对某台风机调速，杜绝棉花堵塞现象的发生。

以风机M1为例：起动时首先Q11闭合，风机变频软起动，当到达同步转速后，按“切换按钮”，使Q11、Q12切换，Q11接至电网。依此类推，可分别起动每台风机。如果某台风机需要调速，则由变频器直接驱动，根据要求调速。

23技术关键

本系统由于采用单台变频器多电机切换，因此切换时对变频器的保护是控制系统可靠运行的关键，系统中采用了硬件和软件相配合的双重保护。硬件连锁中，充分利用了安川变频器多机能输入、输出接点。起动过程中，当PLC接到起动信号后，将首先判别变频器是否有0Hz信号，以此保证电机必须由0Hz开始起动；为减少切换时的电流冲击，只有当变频器输出频率达到50Hz时，才可切换至电网。切换时，当Q11断开前，必须将变频器输出置零，而且Q11和Q12通过硬件连锁以保证不会同时闭合。在本系统中，将变频器8号多机能输入接点设置为“外部自由运转停止”功能用于切换时保证变频器输出为零；25号多机能输出接点设置为“0Hz信号”、28号多机能输出接点设置为“50Hz信号”供系统起动和切换时检测，输出接点输入PLC通过软件连锁，反馈至变频器输入接点。PLC保证变频器不会同时带动两台风机。风机起动、切换过程如图3所示。

24调试过程

在调试过程中发现，切换时由于接触器释放和吸合存在着的延时，电机的转速会随着负载的不同而下降，这使电机切换至电网时产生电流冲击。在这种情况下，对不同负载的风机的切换频率进行了不同的设置，令切换频率均大于50Hz，惯量小的负载切换频率设置高一些，惯量大的负载设置小一些，通过切换时检测电流设置相应的切换频率，使每台风机切换时的冲击电流能够控制在2倍以内，小于原先的Y－Δ起动方式。并且利用变频器调节风机的转速，很好地解决了棉花的堵塞问题。

3结语

本系统在新疆阿拉尔棉花加工厂运行至今已近一年，实践证明，变频器在多台风机起动、调速系统中的应用，既减少了风机起动时的冲击电流，节省了多台软起动器的投资，又解决了某台风机需要调速的要求，不但满足了生产工艺提高了生产效率，又减少了设备改造资金的投入，在棉花加工行业或相似系统中具有很好的推广价值。