变频调速技术在双速风机改造中的应用

动 按钮 Ｓ ２ Ｂ ，接触 器Ｋ 、ＫＭ３ 电保持 ，并通过 按 Ｍ２ 得
钮 Ｓ ￣ 接 触器ＫＭ２ Ｂ２ １ ３ 、ＫＭ３ 的常 闭辅助触 点对接 触器
Ｋ １ 锁 ，电动机定子 绕组作Ｙ 接 ，电动机 高速起动 Ｍ 互 Ｙ 运 转。按下Ｓ ２ Ｂ ，电动机变为低速运转 。 （ ）停 止和保护 功能 无论在 低速或者 高速运 行 ３
图２ 双速 电动机控制电路
，
制按钮 ，更 换现场 已经损坏的双速 电动机Ｊ Ｏ ６ Ｓ — Ｂ ５０ ２ ６ Ｗ为高效 节能 电动机Ｙ Ｘ ３５ １ ６ Ｂ Ｎ １Ｌ ，增￣ １０ Ｗ变 Ｎ１ｋ
频器 １ ，原 有两根动 力电缆拆除一 根 ，利 旧一根 ，增 台
（ ）低速起动运 行 合上 电源 开关Ｑ ，按 下起动 １ Ｓ
三、用变频调速控制改造原有回路
１改造基本要求 ．
经过 与操 作人 员沟 通 ，也 由于改造 时间 紧迫 ，本
Ｌ３
次 改造 基本要求是 ：在满足工艺需求的情况下 ，尽量利 用原有设备 ，操作也尽量与原操作保持一致。
２改造方案 ．
在 原有控 制柜 内进 行改 造 ，取消原 有接 触器及 控
电器动 作
电流
电动机额 定电流 电子热继 电器 Ｆ １ ／ 器 １ 变频 额 定 电流
×ｌ ｏ ｏ ％
动 作 值
Ｈｏ ８
１
禁止反转
元 ，高效节 能 电动机 为南阳 １Ｏ Ｗ ，价 格４ 万元 ，转 ｌｋ ． ９
换开关００ 万元 ，总费用Ｔ １．３ ．３ ＝ ０ 万元 。 ９
变频器参数设置一览表
参数 设定值 功能描述 参数 设定值 Ｆ２ Ｏ ｌ 外部 端子 输入 Ｆ ６ １ １ ０ Ｆ３ ０ Ｆ５ ０ Ｆ７ ０ Ｆ８ Ｏ
Ｆ０ １
２ ）维护修理费用 。根据统计 ，每年需要 更换２０ ５Ａ 接触器５ 台次 ， 台价 格为３ ０元 ，其他辅助触点 、按 每 ０ ５
铷
石油／ 化Ｉ通用机械
ｌ（ ｉ Ｐｔ ｌ ｍ＆Ｃ ｅ ｉ ｌｎｕｔ ｎ ｅｏｕ ｒｅ ｍｃ ｄｓ ｒ ａＩ ｒ
变频调速技术在双速风机 改造中的应用
荆 门石 化 动力 厂 （ 湖北 ４ ８ ０ ） 熊 君华 ４０ ０
【 要】介 绍 了 用变频调速技术对双速风机 的 摘 运
长 ，费用高 。 变频 器调速 在荆 门石化 动 力厂交流 电动 机节能 方 面 已有广泛 的应用 ，它能够实现无级调速 ，具有调速平
为６ ，转速 为４ ０／ ｉ。图１ 为双 速异步 电动 机定子绕 ８ｒ ｎ ｍ ｂ
滑 ， 速范 围宽 广 ， 调 控制方便 ， 精度高 ，效率高 ，故障 率 低 ，使用 寿命长及 节能效果好等诸 多优点 ，因此使用 变频调速技 术对双速风机控制 回路进行改造 ，以满足生 产 的长 周期运行要求 ，降低设 备故障率 ， 减少维护人工 ：
１Ｏ Ｗ ，额定 转速９０／ ｉ，磁极对￣ｐ ３ ｌｋ ６ｒ ｎ ａ ｒ ｔ＝ 。双速 电动 机属于异步 电动机 的变极调速 ，是通过改变 电动机定子 绕组 的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数 ，从而 改变电动机 的转速 。 根据 电动机转 速公式 ； ＝ ０ １ Ｓ ，可 知异 ｎ ６ｆ（ 一 ）
改造过程 ，分析 了原双速风机 的工作原理和运行 中存在
的问题 ，运 用 变频器改造 的方案，改造 前后 的技术性和 经济性 对比 ，以及进一 步用 变频 器Ｐ 控 制改造 完善 的 Ｉ Ｄ 方案。
二、双速电动机工作原理
１ ． 调速原理
双速 电动 机 型号 为Ｊ ６ Ｓ ６ ，额 定 功 率 Ｂ０５ ０ ２ Ｗ
Ｖ 、ｗ２ ２ 三个引出线端子与电源线连接，此时磁极对数
为３ ，转速 为９０／ｉ。 ６ｒ ｎ ｍ
１次，日 ５ 常维护工作量大，经常需要检查电动机接线盒
内部 电缆头过热情况 ，由于长期运行 ，维护检修均 不方
３控制电路分析 ．
双速 电动机控制 电路 如图２ 所示 。ＫＭ１ 为△接低速
便。
功能描述 频率 下 限 低速运行频率 高速运行频率 电动机极数 电动机容量
电动机 额 定
时 运 行 电流 为 １ ０ ０ Ａ。其 他 条件 相 同 ，年 运 行费 用 为
Ｑｌ１ ３ Ｕ ｔ １ ３ ＝ ． ２ １ｍ＝ ． ２×３ ０×２ ０６ ４ ７ ７ ８ ４× ． ×（０×２ ０ １ ０× ３＋ ０
实现多种功 能，使得运行更加安全和可靠。
６改造前后运行经济性分析 ．
（）改造前 改造前运行经济性分析如下。 １ １ ）运行费用。低速时运行电流为１０ ２Ａ，高速时运
行电流为 １０ ５Ａ，假设 电动机 平均每年工作３０ ，其中 ５天 低速运 行２０ ，高速运行１０ （ ３天 ２天 夏季和秋季 ），电费 ／为０ 元／Ｗ‘ ／ ． ｋ ｈ ／ ６ 。年运 行费用￣ＭＩ１ ３Ｕ ｔ １ ３ Ｊ ＝． ２ １ ７ ｍ＝ ． ２ ７ Ｘ
钮、热继电器等配件费用２００ ０ 元。年维护修理费用为
＝ ０ ３ ０×５ ２０ ０ １ ５ 元 。 ５ ＋ ０ ＝ ． 万 ９
３ ）改造前年运行修理费用Ｍ＝ － ５ ７ｊ ＭＩ ４ ． ７元。 １ ＂ （）改造后 改造后运行经济性分析如下。 ２
１ ）运 行 费 用 。低 速 时 运 行 电流 为４ Ａ，高 速 ０
一
Ｆ ２ 别实现 ，失 压和缺相保护 由接 触器ＫＭ１ Ｍ２ Ｎ Ｒ分 、Ｋ ￣ ＫＭ３ 实现 。
、
４运行 中存在问题及改造需求 ．
从控 制 电路可 以发 现 ，在控制 回路 中存 在较 多的
联 锁 ，如接触 器ＫＭＩ 与ＫＭ２ ，ＫＭ３ 之间的辅助 触点互 锁 ，高速起动按 钮Ｓ 与低速起动按钮 Ｓ ｙ 间的按钮 Ｂ２ Ｂｌ＿ 互 锁 ，若接 触器辅 助触 点粘 连或 由于氧 化接 触不 良 ， 很 容易出现 联锁失效的问题 ，轻贝 无法开机 ，重则 引起
２１￣ 第 ０２
第 ｕ．．ｊ ６ ｗｔｊ ５ 期 ｗｘｎ Ｖ ５ Ｖ ｙ
ｅ ｔ
蔚
Ｇ Ｍ 石油／ 化Ｉ通用机 械
Ｇ ｉ ｅｒｌｕ ＆ Ｃ ｅ ｃ ｌｎ ｕｔ Ｍ ｎＰ ｔ ｅ ｍ ｏ ｈ ｍｉａ ｌｄ ｓ Ｏ，
置 ，转换 开关ｋ ｌ ２ —６ ｋ 、５ 接点导 通 ，变 频器 高速运 行 ；将转换开关ｋ ￣至零位 置 ，转换开关ｋ ｌ 、３ ｋＪ Ｊ ｋ 一２ — ４ — 接点均断开 ，变频器停 止运 行。 、５ ６
５ ０ ３０ ８ ２ ０ ２ ０
１
运 行命 令 最高输出频率 Ｃ ５ ０
２ ５ ４ ０ ６ ｌ０ １
ｌ５ ８
１０ １ ０ ＝ ０ ９ ２ ）／ ００ ２ ． 万元 。 ０
额定电压 加速时间 减速时间
电子热 继
Ｃ６ ０ Ｐ１ Ｏ Ｐ２ ０
Ｐ３ Ｏ
２ ）维护修理费用 。几乎不产生维护修 理费用 ，变 频 器风扇 、电解 电容 器维护费用Ｑ 平均每 年以０２ 元 ： ． 万 计算 。 ３ ）改造后年运行修理费用Ｑ Ｑ＋ ２ ０ ９ ＝ 。 ＝ ． 万元。 Ｑ ２２ ４ ）改造投资费用 。变频器为富士ｌ０Ｗ ，价格６ １ ｋ 万
２定子绕组接线 ．
图１为电动机 定子绕组 的△接法 ，三相定子绕组的 ａ 引出线端子ｕ 、Ｖｌ １ １ 、ｗ 与电源线连接 ，Ｕ 、Ｖ 、Ｗ２ ２ ２
三个端子悬空 ，三相定子绕组接 成△形 ，此时磁极对数
线圈的绕组连接方式来实现 ，调速方法简单，运行可
靠， 机械特性较硬 。但是只能实现有级调速 ，不能平滑 调速 ，控制 回路复杂 ，故障点 多，故障率高 ，且荆门石 化动 力厂对双速 电动机线 圈不具备修理能力 ，维修周期
时 按下Ｓ ，电动机 均停止运行 。过 电流 、接地和速断 Ｂ３ 保 护 由电源开 关ＱＳ 实现 ，过载 保护 由热继 电器Ｆ ￣ ＲＩ Ｈ
将转换开关ＫＫ 切至低速位 置 ，转换开关ｋ ｌ 、３ ４ ｋ 一２
接点导通，变频器低速运行；将转换开关ｋ切至高速位 ｋ
‘ ＼： ＼； 一 （ ｃ
Ｆ４ １ Ｆ５ １
４ ５ ０
瞬停再起动 Ｈ１ ３ 频率上限
源自文库
Ｏ
．
５
瞬停再起动
等 待时 间
（ ）改造前后对比 可以看出改造后节能效果非 ３
常明显 ，每年运行 维护费用减 少了２ ． 万元 ，年 维护 ４８ ８ 运行费用仅 为改造前的４ ． ％，改造投资 费用仅需５ ４８ ４ ． ３
； 早
Ｕ Ｖ Ｗ Ｗ Ｄ Ｘ２ Ｆ Ｘｌ
ｏ ｎ ０ ｎ ｎ ｎ
ＣＯＭ
ｎ
ｌｋ ｋ １Ｉ Ｉ ｋ ｋ‘ ｋ ｋ
ｌＩＩ ２４ ６
图３ 电动机接线
电动机短路烧毁 。而双速 电动机起 动电流较大 ，频繁切 换时接 触器主触点易被弧光烧坏导 致接触不 良等故障 ，
根 据 上 述 分 析 ，若 进 行 改 造 ，需 要 接 线 简单 可
运行接触器，ＫＭ２ Ｍ３ 、Ｋ 为ＹＹ 接高速运行接触器 ，
Ｓ１ Ｂ 为△接低 速起 动按 钮 ，Ｓ ２ Ｙ Ｂ 为Ｙ 接高速起动按钮 。
Ｌｌ Ｌ２
靠，可根据生产需要进行速度调整， 保护功能齐全，维
护简单方便 。
３０× （２ ８ １０×２ ０ １０×１０ ｘ２ ０６１０ ０ ４ ． 万 ３＋ ５ ２ ） ４× ． ０ － ３ ２ ／ ２
兀 。
４变频器的参数设置 ．
使用 变频 器的 多段速 度控 制可实 现 电动机 的双速
运行，可设置Ｃ ５ ０调整变频器的低速频率 ，根据生产运
行情 况设置为２Ｈ ，设置Ｃ ６ ５ｚ ０调整变频器的高速频率 ， 根据生 产运 行情 况设 置为４ Ｈ ，运 行操 作Ｆ ５ 置为 ０ｚ ０设 １ ，电动机 极数Ｐ １ 置为６ ０设 ，电动机额定 电流Ｐ ３ 照 ０按 电动机 铭牌输 入 ，考虑 到 电动 机容量 较大 ，为保 证起 动和 停止 时不会 跳闸 ，因此 加速和减 速时 间均 设置 为 ２ｓ ０ ，为防止晃 电后 电动机跳 闸 ，设置瞬停 再起动功能 动作 。为防止操作人 员误操作使得电动机运行在极低转 速或 使得 电动 机反转 ，设置变 频器频率 下限为 １Ｈ ， ０ｚ 设置变频 器禁止反转 。具体设置值见下表。
按 钮Ｓ ，接 触 器Ｋ 得 电 自保 持 ，并通过 按 钮Ｓ １ Ｂ１ Ｍ１ Ｂ
和 接触器ＫＭ１ 的常闭辅助触 点对接触 器ＫＭ２ 、ＫＭ３ 互
加 三位转换开关一个 ，操作仍在原操作柜上进行。
锁 ，电动机 定子 绕组 △按 ，电动机低速起动运行 。如果 再 按下 按钮 Ｓ ２ Ｂ ，则 电动机 由低速变为高速运转 。 （ ）高 速起 动运 行 ２ 合上 电源 开关 ＱＳ ，按下 起
和物料 费用的消耗 。
５ ４
，
朝
￣
ｆ ． ｊ１ Ｘｌ
年籼
石油／ 化Ｉ通用机械
、
Ｇ ｉ ｅ ｏ ｕｔ ｈｍ ｃｌｎｕ聊 Ｉ Ｍ ｎＰｔ ｌ ｎ ＆Ｃ ｅ ｉ Ｉｄｓ ｒｅ ａ
组 的Ｙ 接法 ，接线端ｕ１ １ Ｙ 、Ｖ 、Ｗ １ 连接在一起 ，Ｕ 、 ２
需要经常进行检查和打磨 。据统计每年故障次数在 １ ～ ０
步电动机的转速ｎ 与定子磁极对数ｐ 成反 比，磁极对数增
【 关键词ｌ双速风机 变频器 Ｐ Ｉ Ｄ
一
、
前言
加一倍 ，电动 机额定转速 减少一 半 ，所以改 变磁极对
荆 门石 化动 力厂双 速风 机使用 双速 电动机 进行调
数可以达到改变电动机转速 的 目 。 的
速 ，双速 电动机根据工艺情况平时低转 速运 行 ，冷却水 温度高 、用量大时 ，操作人 员手动切换 风机 到高转速运 行 。调速主要是通过外部控制线路的切换来改变电动机
３变频器的选型和接线 ．
根据电动机的型号 ，选择富士Ｆ ＲＮ１ １Ｐ １ １０ １Ｓ
４ Ｘ，接线 图如 图３ Ｃ 所示 。 图中使用 变频器 多功能端子 Ｘ１ ２ 、Ｘ 来实现 多段速度运 行 ，电动机 的起动和停 止 由
转换开关Ｓ 来实现 ，当ＱＳ Ｂ１ 开关合上 ，变频器上 电后 ，