三相異步電機啟動方式改造實例

徐盛

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

星—三角啟動作為三相異步電機降壓啟動的主流方式之一，以其成本低廉、結構簡單的優(yōu)點在工廠低壓配電區(qū)域廣泛存在。

與變頻啟動相比，它又存在可靠性低、啟動曲線較硬、電機轉(zhuǎn)速無法調(diào)整、運行成本高（允許電機低頻運行的區(qū)域）缺點，因此，從效率提升、工藝控制、成本管理的角度考慮，三相異步電機由星三角啟動改為變頻啟動的技術具有廣泛需求。本文以某汽車制造企業(yè)涂裝車間工業(yè)現(xiàn)場中的電機啟動實際改造案例為導引，將該問題的分析和解決方案具體化，旨在為同類改造提供參考。

1 現(xiàn)狀及目標

車間烘爐設備某離心式循環(huán)風機，由三相異步電機（22kW，380V，1450r/min）驅(qū)動，使用羅克韋爾PLC作為控制器，電機工頻運行，啟動方式為星三角啟動。由于工藝需求，風機風量需要進行調(diào)整，目前，電機運行模式不能滿足要求，以及出于節(jié)能的考慮，需對啟動運行方式進行改造，達到風量可調(diào)，同時降低風機運行成本的目標。

2 方案概述

根據(jù)改造目標要求，結合備件庫既有備件狀態(tài)，初步制定改造方案為：將該電機的啟動方式由星三角降壓啟動改為變頻啟動；由工頻運行改為降頻運行。

3 詳細方案評估及設計

3.1 變頻器選型

根據(jù)風機功率及現(xiàn)有庫存，選用30KW三菱變頻器，型號FR-A840-00770-2-60/30kW。

3.2 電機接線方式評估

在星三角啟動配電回路中，星形接線與三角形接線的切換邏輯由外部接觸器實現(xiàn)，因此，六個電機端子均為出線端；在變頻啟動過程中，電機的啟動曲線是由頻率變化實現(xiàn)的，電機接線方式固定，根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩要求，將電機接線方式改為三角形接線方式。

圖1 星三角啟動電機接線方式

圖2 三角形接線

3.3 動力線線徑評估

基于改造成本，及現(xiàn)場重新布線存在一定困難，考慮繼續(xù)使用原電機動力線。

星三角啟動配電回路中，當電機正常運行時，由接觸器末端至電機端的動力線載流為電機相電流，改為變頻啟動后，該動力線用于主回路，即載流為電機線電流，根據(jù)三相電源的電流關系，線電流=√3相電流，載流量大幅增大，需要重新評估線徑。銘牌額定電流41.4A，參考《工業(yè)與民用供配電設計手冊》，按載流量選取線纜截面為10mm2。原電機動力線初始設計時，選用電纜截面為16mm2，載流量充足，因此，可以直接使用。三角形接法中線電流與相電流的矢量關系如圖3。

圖3 三角形接法中線電流與相電流的矢量關系

表1 控制線功能表

3.4 控制線設計

（1）現(xiàn)場使用西門子數(shù)字量輸出模塊，為源型輸出，輸出即為24V信號，可直接選用變頻器接線方式為源型。具體接線方式參照三菱變頻器接線手冊，此處不再贅言。

（2）為了不再額外增加PLC IO模塊的成本，繼續(xù)沿用原IO點，功能變更參照表1。

3.5 PLC程序修改

當電機為星三角啟動時，PLC程序的風機啟動輸出為保持信號，通過自保持程序來實現(xiàn)；改為變頻啟動后，變頻器的電機啟動端子需要的是脈沖信號，因此，需要修改PLC程序，將風機啟動信號由持續(xù)輸出改為脈沖輸出。改造后，PLC程序如圖4。

3.6 變頻器參數(shù)設置

根據(jù)電機功率和風機負載，需將加速時間設置為15s（Pr.7），減速時間設置為30s（Pr.8），具體值可參考實際運行狀態(tài)適當調(diào)整。其他參數(shù)可直接使用缺省值。

4 方案實施及驗證

電控柜內(nèi)選取位置固定變頻器后，按以上評估方案實施。根據(jù)工藝要求，頻率設置為35Hz。手動、自動啟動風機正常，運行監(jiān)控電流值平穩(wěn)，電機熱狀態(tài)良好。

5 改造效益

參照《鋼鐵企業(yè)電機設計手冊》，當電機頻率由50Hz降為35Hz時（即轉(zhuǎn)速下降30%），流量降為改造前的70%，揚程降為改造前的50%，功率降為改造前（以額定狀態(tài)計算）的35%，按年運行時間7200h，以當?shù)仄綍r段電價格0.725元/千瓦時計，年節(jié)約金額C=0.725×22×7200 ×（1-0.35）=74646元,效益可觀。風機的轉(zhuǎn)速（頻率）控制如圖5。

圖4 改造后的PLC程序

圖5 風機的轉(zhuǎn)速（頻率）控制

6 結語

本次改造在滿足工藝需求的前提下，降低了運行成本，同時，設備可靠性得以提升。三相異步電機是工業(yè)現(xiàn)場中的主要動力設施，如何優(yōu)化既有電機的啟動方式、運行方式，在各行業(yè)工業(yè)技術優(yōu)化具有普遍意義，也成為企業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換的重要內(nèi)容。