变频器在烟草行业风机节能改造中的应用研究

山东省青州市中烟工业有限责任公司青州卷烟厂 山东 青州 262500

1 变频器在烟草行业风机节能改造中的应用原理和特点

1.1 风机节电节能原理 变频器利用半导体器件通断作用，使工频电源变成另一个频率的电能控制装置，低压变频器使用交-直-交的方式，将工频交流电源转换成直流电源后，再将直流电源变成频率和电压都可以控制的交流电源供给电动机，变频器电路有整流、中间直流环节以及逆变与控制几个部分，整流部分是三相桥式不可控整流器，逆变部分则是三相桥式逆变器，输出PWM波形，中间直流环节部分则是滤波和缓冲无功功率，利用变频器可实现电机速度的自由调节[1]。

1.2 变频器对风机调速的特点 变频器采用无级调速，利用变频器对烟草生产中空调系统风机进行节能改造，首先能实现平滑地调速，精确度较高，调速范围大且频率变化范围较大，而转差率较小、转差引起的能量损失自然变小，效率较高，有利于提高整个动力系统的功率因数。其次，动转矩变大，通过软启动来减少启动电流时带来的强烈冲击。同时也能和计算机可编程控制器联机，能根据实际生产工况自动控制。此外，改善了电动机的启动性能，利用软启动的功能避免在工频启动时因浪涌电流对电机等电网设备产生冲击而带来不利影响，在降低电源容量的基础上减小了风机的损耗。同时利用变频器参数设置可实现对过载、过压、过流等自动保护，总体来说采用变频器对风机转速调节可大大降低风机轴功率的消耗，节能效果明显。

2 变频器控制方案和控制方式的选择

2.1 变频器应用于风机改造的方案 根据电气传动相关理论，不同负载的变频器节能效果不同，其中平方转矩负载变频节能效果比较明显。对异步电机调速可使用变极调速、变转差率调速以及变频调速，而前两种调速方式损耗较大、效率也低。采用变频调速，主要是通过改变定子电源频率，从而实现电机调速的。在调速时，从高速到低速都能保持有限转差率，所以调速效率高且范围广，调速精确性高，节能效果显著。

和传统转差功率消耗性或转差功率回馈性调速方案最大的不同是，变频节能改造采用是转差功率不变的调速方案，即在调速中使转差功率一直保持不变，可提高电机运行效率。在对空调系统风机调速的过程中，采用DDC控制系统，利用变频器启动风机实现调速控制；在，空压站风机调速中，采用的是PLC变频控制方式+手动控制相结合的方式，可利用变频器启动空压机，并通过PLC实现数据采集和计算处理，由此可以判断风机的实际运行情况，通过变频器输出频率的调整来实现对风机速度的控制，实现对风量的多段速控制[2]。

2.2 风机改造中对变频器的调试 为确保控制系统运行安全可靠，在安装完成后必须对控制系统进行调试和校对。首先检查变频器基本电机参数的设置情况，以及启动频率、加减速时间和远程控制的设置情况，其次检查系统控制回路接线和信号线路接线，确保I/O信号线和控制线与PLC连接准确，并调整电机断路器过载保护值。在校对完成后，采用现场面板控制，启动风机后在本地试运行正常后再进行远程控制试运行，如果风机的频率上升后出现了过流的现象则表明电机转动惯量或电机负载出现了变化，根据设定的频率变化率调速时就可能出现转速不够、电机失速的情况，从而使电机转速和变频器输出频率不协调，引起过电流的现象。根据调试的结果，需要对电机转动惯量与负载进行加减速度时间的合理设置，使变频器频率变化率和电机转速变化率协调，如果出现了过流的现象，则需要采用限流的措施以及改变风机加速曲线使系统恢复正常。

3 变频器在烟草行业风机节能改造中应用时的注意事项

第一，必须要有良好的接地线，一旦出现电机漏电而接地线接触不良的情况下就容易使强电经过变频器地线反串进入变频器主板中，从而出现烧坏变频器的事故。第二，避免变频器被干扰，变频器的干扰信号不但会干扰其周围的其他电子设备，而且还会对自身产生干扰，对于无抗干扰功能的变频器会产生严重的损坏。为此，必须根据实际生产情况采用不同的防干扰措施。比如可以加设电抗器、滤波器等，也可以设置屏蔽线，将变频器放在铁柜中。或者注意布设时控制线不能和电源线一起走线，调低载波频率，确保良好的接地，这些都是防干扰的常见措施。第三变频器输入端空气开关上应加设压敏电阻，以被动保护的方式，在高压电经过时压敏短路、空气开关跳闸，从而实现对变频器的保护，降低变频器故障概率。第四避免将变频器安装在有震动的设备上，如果变频器安装在有震动的烟草设备，比如振槽、滚筒之上运行，变频器的主回路连接螺丝和模块紧固螺丝易松动，容易损坏变频器模块、降低使用寿命。所以在模块安装好以后应根据电流的走向拧紧主回路上的螺丝，当必须要安装在震动设备及其周围时，必须定期对回路连接螺丝与模块螺丝进行检查。第五注意经常保养变频器模块，尤其对对散热风扇的维护，避免在灰尘多的环境下出现散热器排气孔堵塞、内部电路板变脏而缩短变频器散热器使用寿命的问题。在烟草生产中，在高温高压多粉尘的条件下，必须加强对变频器散热风扇的清理维护，以免变频器内部温度过高而引起电路电源老化，使变频器模块烧坏。第六注意更换变频器主板与网卡，由于变频器在高温高湿、静电多干扰较大的环境下工作，日出现主板损坏问题，而变频器主板一旦发生故障就会影响整个变频器的使用。在现代烟草行业中，大规模使用总线控制方式，将所有变频器控制的电机设置在总线上，若出现总线故障就可以通过网络诊断来判断具体节点故障，如果是变频器网卡问题则需要及时进行替换，但应保持原变频器的参数不变[3]。

4 结语

综上所述，在烟草行业中，采用变频器控制方式不仅可以自动化控制电动机的转速，降低设备发生的故障率，而且因为采用软起停方式，减少电网冲击和对设备的机械冲击，有利于延长设备使用寿命。同时对过载、过压过流等具有自动保护功能，具有工频变频自动切换的功能，可确保生产的连续性。通过实践证明变频器在烟草行业中的应用，起到良好的节能节电效果，提高了设备的运行效率，也满足生产技术要求，而且降低了设备维护维修的成本，改善了设备功率因数，为电网节约容量，具有良好的经济效益和环境效益。