一種變頻一拖二電路的設計

摘 要：針對自來水廠二級泵站負荷變動大，不穩定，經常存在大馬拉小車的情況，另一方面還必須保證恒壓供水，而且要滿足集中管理分散控制的要求，采用常規電氣元件及變頻器，設計了一種變頻一拖二電路，具有投入少、控制靈活、運行可靠、節能顯著、易于集控等特點。經過檢測及應用完全能夠滿足自來水廠二級泵站的需求。在別的行業，若工況相同，也可直接應用。

關鍵詞：工頻；變頻；變頻器；DCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.129

0 引言

自來水廠二級泵站負荷隨著用戶用水量的大小波動很大。用水高峰時，甚至需要所有水泵同時全馬力工作，用水低谷時一二臺水泵運行已經綽綽有余了，而且往往存在大馬拉小車的情況。另一方面二級泵站需要恒壓為用戶供水。為了靈活控制水壓，避免大馬拉小車，這就需要部分水泵變頻運行，以達到既節能又恒壓供水之目的。但同一臺泵負荷大時需要工頻運行，負荷小時又需要變頻運行；有些時候一臺泵需工頻運行，另一臺泵變頻運行就可以了；有時又需要這二臺泵均工頻運行。另一方面隨著自動化程度的提高，自來水廠要求水泵能在中心控制室DCS上進行控制。針對這些需求，而且最大程度的降低投資，本文設計出一種簡單經濟可靠的變頻一拖二電路。

1 一次電路設計

1.1 可滿足4種工況

工況1：M1或M2其中任何1臺工頻運行；工況2：M1和M2同時工頻運行；工況3：M1或M2其中任何1臺變頻運行；工況4：M1或M2其中1臺工頻運行，另1臺變頻運行。

1.2 熱繼電器位置

以前的設計把熱繼電器置于電流互感器LH處，在電機變頻運行時，由于諧波影響，熱繼會誤動，導致電機跳閘。有的用戶為了避免熱繼誤動跳閘，人為調高熱繼定值，造成電機工頻運行時，得不到合適的保護。更有甚者，為了防止電機高轉速變頻時跳閘，把熱繼保護值調的很大，最終熱繼失去了保護作用，形同虛設。本設計把熱繼電器改至上圖所示位置，電機工頻運行時能得到很好的保護，電機變頻運行時由變頻器對其進行保護。

1.3 元件選擇

（1）本設計變頻器容量按單臺電機容量選擇，若電機一大一小，按大者選擇；（2）其它元件按所屬回路考慮。

2 二次電路設計

2.1 電機的控制

（1）四種工作模式。把1SA1置于“機旁”，1SA2置于“工頻”，通過1SF1、1SS1、KM1可對M1進行工頻運行控制；把1SA1置于“機旁”，1SA2置于“變頻”，通過1SF2、1SS2、KM2、電位器RP可對M1進行變頻運行控制；把1SA1置于DCS，可通過DCS控制1KA對M1進行工頻控制；把1SA1置于DCS，可通過DCS控制2KA、6KA（DCS速度給定切換繼電器），調節AI2（DCS速度給定）對M1進行變頻控制；

（2）急停。無論工作于何種模式，在緊急情況下均可按下急停按鈕1SB，停運電機；（3）聯鎖。KM1與KM2聯鎖，若二者同時吸合將損壞變頻器；KM2與KM1、KM4均聯鎖，若KM2與KM4同時吸合變頻器將過載； （4）保護。電機工頻運行時過載由熱繼KH1進行保護，短路由塑殼斷路器QF1保護；電機變頻運行時由變頻器對其進行保護；變頻器由快熔FU和塑殼斷路器QF2保護；注：2#電機的控制與1#類同。

2.2 變頻器的控制

當需要機旁變頻控制時，在機旁箱上把SA1置于“機旁”，SA2置于“變頻”，按變頻起動按鈕SF2，變頻運行接觸器KM2（KM4）吸合，其輔助觸點閉合，LI1變高電位，變頻器（ATV61）起動，從零位開始順時針旋轉電位器RP，轉速給定電壓AI1+將在0～10V之間變動，對應電機頻率在0～50HZ（對變頻電機，頻率上限由電機銘牌決定）之間變化。順時針旋轉電位器，電機轉速增加，逆時針旋轉電位器，電機轉速降低。停機時，先把電位器逆時針旋到底（或旋到需要的最低起動轉速），再按變頻停止按鈕SS2。

當需要DCS變頻控制時，先在機旁箱上把SA1置于“DCS”，然后在DCS上進行操作。吸合6KA，LI5變高電位，速度給定信號由機旁箱電位器切換至DCS（AI2：4～20mA）。先給4 mA或一較低轉速信號，然后吸合2KA（4KA），KM2（KM4）吸合，變頻器起動，再緩慢增加速度給定信號，根據變頻器輸出至DCS的電機實際轉速信號（AO1：4～20mA），判斷是增加還是減少給定，直到電機轉速滿足要求。停車時先降低速度給定信號，等電機實際轉速降下來，再釋放2KA（4KA）， KM2（KM4）釋放，最后釋放6KA。轉換開關SA2工變頻位置信號也送至DCS，DCS可根據需要設置為是否機旁箱命令決定DCS控制方式。當變頻器跳閘，故障消除時，在變頻器柜及DCS上均可對變頻器進行遠程復位。FA閉合或5KA吸合，LI4變高電位，復位變頻器。雷雨季節，變頻器經常由于電網晃電而跳閘，如果每次去變頻器柜復位，既增加了勞動強度又影響了供水，所以在DCS復位顯得尤為重要。

2.3 DCS控制命令

DCS控制命令通過1～6KA中間繼電器隔離放大后，去控制電路。

3 通電調試

根據一二次回路圖，選擇元器件，安裝在電柜、機旁控制箱后，便可進行一二次布線，布線完成，檢查準確無誤后，再用二次線臨時連接電柜與機旁控制箱，檢查無誤后，利用四只220V白熾燈，兩兩串聯，構成兩只假負載，分別接入M1、M2主回路（A、C相），然后便可給電柜母線加調試電源，上電調試。

先合QF2，變頻器上電，對變頻器進行參數設置：

（1）運行、頻率指令均設置為控制端子控制，運行指令設置為2線制；（2）頻率指令設置為給定1（AI1+：0～10V）和給定2（AI2：4～20mA），二者可通過控制端子切換；（3）定義一個多功能輸入端子為故障復位功能，一個為頻率指令切換功能；（4）設置一個多功能輸出為故障狀態輸出；（5）定義一個模擬輸出（AO1：4～20mA）為電機實際運行頻率；（6）停止方式選擇為減速停止；（7）頻率指令低于下限時設置為報故障，電機停止；（8）設置有關電機參數，加減速時間等；注：1）調試期間需退出變頻器的缺相保護，否則負載太輕，變頻器會報警跳閘；2）用4～20mA信號發生器模擬DCS速度給定；3）一些保護及聯鎖功能在調試時穿插進行，以保證電路在異常或故障情況下可靠動作；4）調試期間必須用相序表測試工變頻運行時輸出電壓相序，若相序不一致，可改變變頻器輸出相序參數設定值或變頻器輸出側接線相序。變頻器參數設置完成后，合上QF1、QF3。先調試1#電動機回路，再調試2#電動機回路，1#、2#類同。

（1）在機旁箱進行工頻運行控制。在機旁箱上把1SA1打至“機旁”，把1SA2打至“工頻”，按下工頻起動按鈕1SF1，工頻運行接觸器KM1吸合，白熾燈亮，工頻運行指示紅燈1HR1、2亮。按下工頻停止按鈕1SS1，KM1釋放，白熾燈滅，1HR1、2滅；（2）在DCS進行工頻運行控制。在機旁箱上把1SA1打至“DCS”，在1#電機工頻控制繼電器1KA兩端加DC24V電壓，1KA吸合，KM1吸合，白熾燈亮，1HR1、2亮。撤除1KA兩端電壓，1KA釋放，KM1釋放，白熾燈滅，1HR1、2滅；（3）在機旁箱進行變頻運行控制。 在機旁箱上把1SA1打至“機旁”，把1SA2打至“變頻”，把電位器RP逆時針旋到底，按下1#電機變頻起動按鈕1SF2，變頻運行接觸器KM2吸合，變頻器起動，變頻運行指示紅燈1HR3、4亮，順時針旋轉RP，白熾燈亮度增加，頻閃增加，逆時針旋轉RP，白熾燈亮度降低，頻閃降低。按下1#電機變頻停止按鈕1SS2，KM2釋放，變頻器停止，白熾燈滅，1HR3、4滅；（4）在DCS進行變頻運行控制。在機旁箱上把1SA1打至“DCS”，把信號發生器輸出調至最小4mA，在DCS速度給定切換繼電器6KA兩端加DC24V電壓，6KA吸合，DCS速度給定有效。然后在1#電機DCS變頻控制繼電器2KA兩端加DC24V電壓，2KA吸合，變頻運行接觸器KM2吸合，變頻器起動，變頻運行指示紅燈1HR3、4亮，調高信號發生器輸出，白熾燈亮度增加，頻閃增加，調低信號發生器輸出，白熾燈亮度降低，頻閃降低。撤除2KA兩端DC24V電壓，KM2釋放，變頻器停止，白熾燈滅，1HR3、4滅。再撤除6KA兩端DC24V電壓，6KA釋放，機旁給定速度有效。

4 結語

本文設計的變頻一拖二電路，解決了以往設計電路中的一些缺點與不足，而且簡單明了，控制靈活，聯鎖安全，保護精準。經過檢測及應用，不但完全滿足自來水廠二級泵站的需求，可恒壓供水又節能，而且還運行可靠，易于集控，維護方便。另一方面比之一拖一電路，大一拖二電路（變頻器容量大，可直接拖動兩臺電機），投入少，經濟更實用。在別的行業，根據實際工況，也可引申或簡化使用（本設計已轉化成產品，應用到自來水廠，收到了一定的社會與經濟效益）。

作者簡介：曹鵬科（1971-），男，大專，工程師，主要從事：電氣自動化及成套開關柜設計。