基于變頻器的電機控制節能系統研究

張艷艷，張志清

(滕州市中等職業教育中心學校，山東 棗莊 277599)

基于變頻器的電機控制節能系統研究

張艷艷，張志清

(滕州市中等職業教育中心學校，山東 棗莊 277599)

從電機的變頻調速控制原理出發，介紹了電機拖動系統節能實現的基本控制要求，并闡述了變頻調速改造后的節能節電優勢。對改造后較為長期的運行反饋數據分析表明,該技術節能效果顯著，值得推廣。

電機；變頻改造；節能

1 水泵（風機）電機變頻調速控制原理

本次 PLC變頻電機變頻控制系統的設計采用的是DA轉換器，這種裝置在轉換性能上能發揮出較高的效率，為系統的運行帶來很大的方便。本次基于 PLC變頻電機變頻控制系統的設計則采用DAC0832轉換器[2]。水泵（風機）電機節能經濟運行工況曲線，具體詳見圖1所示：

圖1 水泵（風機）電機節能經濟運行工況曲線

圖1 中可以直觀看出，按照面積估算法可以獲得，當水泵（風機）電機拖動系統采用基于PLC和變頻器的變頻調速控制系統的技術升級改造后，其在同等流量變化調節下，整個電機拖動系統理論節約的電能資源為圖1中陰影部分H2CBH2′所示，不僅其能進行平滑穩定調節控制，同時整個系統節能節電效果十分明顯。

2 電機拖動系統節能升級改造控制要求

水泵（風機）電機采取基于PLC與變頻器的變頻調速技術升級改造中，其節能實現的基本控制要求包括以下多個方面：

（1）靈活性。全世界的經濟競爭逐漸變化為工業經濟的競爭，各國都在積極研究工業技術。以PLC為基礎的工業技術得到了全面更新。我國在改革開發初期對于 PLC技術的運用就開始了深入探討，但受到經濟、科技等條件的影響，PLC的使用范圍并未得到拓寬，這造成了PLC并未得到綜合運用。充分運用PLC對于我國電機技術發展有著重要意義，可帶動其它工業技術的革新進步。此次變頻控制系統設計選擇的是簡單的比例調節器算法，這樣能夠對系統設計過程需要運用到的原理進行調整控制，及時收集信息數據以對相關系統結構加以修改調整。

（2）轉換性。在國外研究領域中，基于PLC為控制系統的運用實例十分眾多。最常見的則是數據技術、機械制造生產技術、電子電工技術等，只要運用到電機的地方，都可以采取PLC制定"小系統"來代替人工操作。如：工業技術先進的德國，其則用PLC建立控制系統來對數控機床設備操作控制，根據編程程序來調整機床的運轉速度，從而達到不同的切削精度需要，保證了工件產品的質量。此控制系統采用閉環控制系統，閉環控制系統的優點是抑制干擾能力強，閉環控制就會利用反饋產生的控制作用去消除偏差。此控制系統的結構原理框。它包括：控制器，放大器、被控制對象電動機、及測量元件。控制器由AT89C51PLC及其接口電路實現，PLC的輸出信號是數字信號，要想能夠驅動電動機必需要用D/A轉換器把數字信號轉換為模擬信號，測量元件采用霍爾開關式傳感器。

（3）智能性。自動化變頻電機控制模式主要使用電子設備、計算機設施，對變頻電機數據資料進行收集處理，確保了變頻電機信息的準確性，給變頻電機預報帶來方便。根據前面相關知識的了解及學習，通過此元件能從整體上調控系統運行，保證變頻電機轉速的正常運行。此類結構以AT89C51PLC為控制中心，配備了鍵盤、放大器、顯示器、霍爾元件等作為輔助裝置，這樣可以對變頻電機進行綜合性的調控。如：PLC根據顯示器及放大器共同收獲到的信號，及時反饋給操控人員，使其按照標準參數完成電機調控，保證變頻電機轉速處于良好的調控狀態，避免轉速過高過快造成的不利影響。這種硬件系統在結構布局上較為合理，且實際操作起來不會造成過大的阻礙，適用于變頻電機變頻控制系統的運行[1]。

3 風機電機變頻調速節能技術升級改造應用效果分析

3.1 電機變頻調速節能改造方案

紅星污水處理廠中共配備3臺曝氣離心鼓風機（兩用一備控制模式），其型號為C125-1.7，額定流量為125m3/min，進口溫度為20℃，進口壓力為 98.07KPa，升壓為 70KPa，軸功率為162KW，配置異步電動機型號為Y315L2-2-200KW/380V F級 IP55，功率為200kW。由于該污水廠污水處理量負荷波動較大，其風機電機日常電能源轉換效率僅為35%，也就是說采用閥門變流量的靜態調控方式，整個風機電機拖動系統大約有45%以上的電能資源被浪費在閥門變流量調節過程中，能源浪費相當嚴重。選用此種連接方式是考慮PLC的綜合控制性能，與傳感器、電機、顯示器等形成多功能硬件組成，提高了控制系統的調控性能。從原理上符合電機變頻控制系統的功能要求，且能夠與PLC組合起來運行，方便了系統的虛擬化模擬操作，具體如圖2所示：

圖2 電機控制變頻調速升級改造方案

3.2 電機改造節能經濟效益分析

為了分析采用變頻調速技術升級改造后，曝氣鼓風機電機拖動系統所取得的節能經濟效益，將2臺工作用鼓風機1臺采取工頻調節運行工況，另外1臺采取變頻調速運行工況。2臺參數相同鼓風機的實際運行數據比對，如表1所示：

表1 2臺鼓風機不同運行工況下運行數據

4 結束語

基于PLC直流電機轉速控制系統的設計，能夠擺脫傳統控制系統在功能上的缺陷，實現了系統操作的自動化、智能化、一體化，結合軟硬件流程圖完成相關的操作。在工業化技術不斷發展過程中，對于變頻器產品的更新換代速度起到了促進作用，這使得很多更高級的產品得到了廣泛的運行，給現代化工作生產操作帶來了方便，這些都促進了整個工業系統指令操控效率的提升。

[1]王樹.變頻調速系統設計與應用[m].北京:機械工業出版社,2005.

[2]何超.交流變頻調速技術[M].北京:中國航空航天大學出版社，2006..

The motor converter control system based on energy saving

ZHANG Yan-yan,ZHANG Zhi-qing
(Tengzhou City Center secondary occupation education school,Zaozhuang Shandong 277599)

From the motor speed control principle,introduces the basic control of motor drive system to achieve energy-saving requirements,and expounds the advantages of variable speed energy saving transformation.After transformation of relatively long run feedback data analysis shows that the energy saving effect is remarkable,worthy of promotion.

Motor; Frequency conversion; Energy-saving

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

（責任編輯：張時瑋）

張艷艷（1977-），女，山東滕州人，講師，研究方向：維修電工。