變頻與工頻切換的控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘? 要：使用變頻器給負(fù)載設(shè)備供電有很大的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)軟啟動和節(jié)能，但有時也要考慮到變頻器故障和加工工藝的要求，所以應(yīng)該設(shè)置變頻和工頻切換裝置。現(xiàn)以消防排風(fēng)系統(tǒng)為例，介紹了基于PLC的變頻和工頻切換控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，經(jīng)仿真調(diào)試，收到了比較好的效果。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;故障;工頻;變頻;切換;PLC

1? ? 變頻與工頻切換的必要性

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。它根據(jù)電機的實際需要提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。而風(fēng)機、水泵類負(fù)載，由于功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以利用變頻器進行調(diào)速，節(jié)能效果將非常顯著，此外，利用變頻器也可以實現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流對設(shè)備的損害。所以，變頻器在風(fēng)機、水泵類負(fù)載中應(yīng)用非常廣泛。

但是，對某些情況來說，需要變頻與工頻相互切換，系統(tǒng)才能更完善。比如：

（1）故障切換：有些機械在運行過程中是不允許停機的，對于這些機械，當(dāng)變頻器發(fā)生故障跳閘時，應(yīng)該立即自動切換成工頻運行。

（2）程序切換：有的機械根據(jù)工藝特點，要求交替進行滿頻率運行和低速運行。從節(jié)能的角度出發(fā)，滿頻率運行時切換為工頻為宜。

以消防排風(fēng)系統(tǒng)為例，正常情況下，大型商場或停車場的排風(fēng)系統(tǒng)采用變頻運行，可起到節(jié)能的作用，但是當(dāng)有消防要求的時候，需要將排風(fēng)系統(tǒng)由變頻切換到工頻最大排風(fēng)量運行;當(dāng)變頻器在運行過程中頻率達到50 Hz時，需要系統(tǒng)自動切換為工頻運行;再者，當(dāng)變頻器發(fā)生故障的時候，系統(tǒng)由變頻運行切換到工頻運行，變頻器故障指示燈亮;最后，當(dāng)變頻器報警時，系統(tǒng)停止變頻運行。

2? ? 硬件設(shè)計

2.1? ? 主電路設(shè)計

如圖1所示，三相工頻電源通過斷路器QF接入，接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端L1、L2、L3;接觸器KM2用于將變頻器的輸出端U、V、W接至電動機;接觸器KM3用于將工頻電源接至電動機。注意：KM2和KM3絕對不能同時接通，否則會損壞變頻器，因此，接觸器KM2和KM3之間必須有可靠的互鎖。熱繼電器FR用于工頻運行時的過載保護。

2.2? ? 控制電路設(shè)計

本文采用西門子PLC 224XP和西門子MM440變頻器來實現(xiàn)簡單的消防排風(fēng)系統(tǒng)的模擬裝調(diào)。PLC同變頻器的接線圖如圖2所示。變頻器的5端子與PLC的Q1.1相連，控制變頻器的啟停。變頻器的運行頻率由模擬信號輸入端的輸入電壓來設(shè)定。變頻器的實際輸出頻率則由模擬輸出通道的輸出電流來表示，因為變頻器輸出的是4～20 mA電流信號，而PLC 224XP的模擬量輸入通道只能是電壓信號，所以把模擬通道的輸出電流與500 Ω的電阻并聯(lián)，然后把500 Ω電阻兩端的電壓信號送入PLC的模擬輸入端，變頻器的實際輸出頻率最后儲存在PLC的AIW0字節(jié)中。而變頻器的三個輸出繼電器則分別接故障指示燈、運行指示燈和報警指示燈，以顯示變頻器的狀態(tài)。

值得注意的是，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)要由變頻運行自動切換為工頻運行，所以輸出繼電器1的常開觸點也要接到PLC的輸入點上。此處，設(shè)置P0748.0=1，所以當(dāng)變頻器故障時，繼電器得電，此處用常開觸點接故障指示燈。PLC輸入、輸出分配表如表1所示。

3? ? 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置如表2所示。

4? ? 變頻與工頻切換的程序設(shè)計

變頻與工頻切換的程序設(shè)計如圖3所示。

5? ? 系統(tǒng)調(diào)試

（1）按下變頻啟動按鈕SB1，Q0.0及Q0.1得電，即交流接觸器的KM1和KM2線圈得電，則KM1和KM2的常開主觸點閉合，為變頻器啟動做準(zhǔn)備;同時Q1.1得電，變頻器開始啟動。變頻器運行頻率由模擬輸入端的電壓設(shè)定。

（2）當(dāng)變頻器的實際運行頻率大于等于50 Hz時，PLC存儲器AIW0字節(jié)中的數(shù)據(jù)就會大于等于32 000，變頻器會切斷變頻運行，自動切換到工頻運行。

（3）當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，變頻器自動切換到工頻運行，同時變頻器故障指示燈亮。

（4）當(dāng)變頻器報警時，會自動切斷變頻運行。

6? ? 結(jié)語

本設(shè)計中，系統(tǒng)變頻與工頻的切換是基于PLC程序?qū)崿F(xiàn)的，方便，可操作性強，可擴展性強，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種方法。

收稿日期：2020-06-28

作者簡介：李莉（1981—），女，山東濟南人，碩士研究生，副教授，研究方向：電氣自動化技術(shù)。