變頻電機冷卻風機控制方式的探究

李箭

摘要：本文主要介紹了一些常見的變頻電機冷卻風機的控制方式，并結合現場實際情況進行了一種新控制方式的嘗試。通過新的控制方式的成功應用，探討了在滿足特定條件下的既節約成本又可靠的冷卻風機的控制方式。

關鍵詞：變頻電機;冷卻風機;集中控制系統;變頻器

前言

隨著控制要求的提高、技術的更新，變頻電機的使用越來越廣泛與普及。與按恒頻恒壓設計的普通異步電動機相比，變頻電機可以運行在更低的頻率之下。變頻電機可以運行于低頻狀態的一個非常重要的原因是：變頻電機采用強制冷卻，配有獨立電機驅動的冷卻風機。由此給控制帶來了一個新的問題，在控制主電機的同時，需要控制并監測冷卻風機的運行，以保證主電機運行時有足夠的散熱風量，保證電機運行安全。特別是在具有集中控制系統的應用場合，還需要考慮冷卻風機與DCS系統或PLC系統的連接與控制問題。

一、常見的控制方式

1、獨立控制

在一些應用中可以見到主電機和冷卻風機完全獨立控制，啟動時需要先啟動冷卻風機，然后再啟動主電機;停止時需要先停止主電機，然后再停止冷卻風機。在這種控制方式下，要求操作人員不能存在順序錯誤，否則將導致主電機在無散熱的情況下運行，造成設備損壞。并且在運行中如果冷卻風機出現停機故障，主電機變頻器無法檢測到，將繼續運行，導致設備損壞。獨立控制方式需要接入集中控制系統時，必須將冷卻風機狀態和控制單獨接入集中控制系統，才能實現對主電機和冷卻風機的集中控制和連鎖。此時必須增加集中控制系統的I/O點，以滿足控制要求。給集中系統的成本造成增加。

2、同起同停

在一些應用中可以看到主電機和冷卻風機通過同一控制回路控制，啟動時主電機變頻和冷卻風機同時得到啟動信號，停止時主電機變頻和冷卻風機同時得到停止信號。這樣在一定程度上減少了操作的繁瑣并且避免一定的誤操作可能性。但此種方式是仍然或存在一定的問題，比如在變頻減速時間特別長時，主電機仍然存在很長時間的無散熱工作狀態。因此在特殊場合必須在冷卻風機停止時加上延時功能。此種方式在接入集中控制系統時，只能使用硬接線方式控制變頻器的啟停。為了提高可靠性，仍然需要監視冷卻風機狀態，故而依舊存在很多控制線的布線工作和集中系統的I/O成本增加問題。

3、利用變頻器的運行狀態驅動冷卻風機

在一些應用中，利用主電機變頻器的DO功能，通過控制電路控制冷卻風機運行。此種方式下，將相應DO設置為變頻器運行時輸出，在變頻器運行時，該點輸出驅動冷卻風機運行。停機時，在變頻器減速完畢停機后，輸出斷開，冷卻風機停止運行。這種方式可以避免誤操作，在正常情況下也不會存在主電機在無散熱情況下運行，同時在接入集中控制系統時，不考慮冷卻風機狀態監視的情況下集中控制系統不需要單獨考慮冷卻風機的I/O，可通過通訊方式直接控制變頻器以減少布線節約成本。但該方式下無法監視獨立風機的運行狀態，如果出現獨立風機停機的情況，主電機將在無散熱下運行，導致設備損壞。并且該種方式不增加集中控制系統I/O的前提是不監視冷卻風機狀態。如果想將冷卻風機狀態傳遞到集中系統，仍然想要增加I/O成本。

4、其它

除了上述幾種方式，還有一些控制方式雖然少見，但在個別現場仍可以見到。比如將冷卻風機直接接在主變頻的進線開關下，只要變頻進線送電，冷卻風機即運行，不論主電機是否運行，在間歇運行系統中，冷卻風機會有很長的不必要運行時間;又如加溫度傳感器和控制器實現溫度控制等方式。這些方式不同程度的存在設備不必要的磨損、能源浪費、功能缺陷、投入較大等缺點。

二、一種新控制方式的嘗試

阜新市某凈水廠送水泵房工程，變頻柜及水泵均為用戶自行采購。我司負責集中控制系統的實施。原設計送水泵為普通電機驅動，無獨立冷卻風機。但在實際實施過程中，水泵為變頻電機，獨立散熱;變頻控制柜僅為ABB變頻器，無外圍控制回路，無法驅動冷卻風機。后用戶又自行采購了冷卻風機控制箱安裝于變頻器旁邊，將冷卻風機作為獨立回路控制，變成了上述的第一種方式。而原集中控制系統設計時僅為送水變頻預留了通訊接口，無法接入冷卻風機狀態和控制。此時最簡單的方法是變成上述的第三種方式，通過變頻器DO控制冷卻風機的運行。但是用戶希望系統更可靠并且可以在中控室監視到冷卻風機的狀態。

為了幫用戶解決問題，又要節約成本。通過對變頻器功能的研究，提出了以下嘗試。

冷卻風機的運行狀態、故障狀態接入變頻器的DI，將變頻器的DO接到冷卻風機的啟停控制回路。PLC通過通訊端口將變頻器自身的數據及DI狀態讀入，這樣既可以采集變頻器的數據，同時也解決了冷卻風機的狀態采集問題。PLC通過控制變頻器的DO端口輸出，可以直接啟停冷卻風機。這樣就解決了在不增加PLC點位的情況下，接入冷卻風機的問題。

為了解決獨立控制的不可靠問題，將接入冷卻風機運行狀態的變頻器DI設置為【運行允許】功能。將冷卻風機的運行狀態作為變頻器的允許運行條件，風機不運行，變頻器無法啟動。如果風機停機，變頻器將被強制停機。從而到達到提高可靠性、保護設備的目的。

通過以上的調整，不但沒有增加成本，同時解決了I/O點位不足問題。并規避了獨立控制時的缺點。現場使用效果良好。

三、可行性約束

以上方案雖然在沒有增加硬件投入的情況下處理了冷卻風機控制的問題，但是該方案可行的前提是必須保證變頻器的功能足夠強大。首先是硬件接口必須足夠，有足夠的DI和DO可以將風機回路信號接入;其次是具有可用的通訊接口可以將信號傳遞給PLC，并接收PLC的控制信號;同時還需要具有強大的軟件功能，可以通過通訊讀取DI狀態、可以設置DO由通訊獨立控制。本次現場的實施已經驗證了ABB變頻器可以滿足該方案的使用要求。希望以后可以尋找到更多符合使用需求的變頻器。

四、結束語

變頻電機獨立冷卻風機的控制是一個不算問題的問題，以上論述也僅為找到一種可靠、經濟、方便可行的控制方式。本文僅代表個人觀點、拋磚引玉。能力有限，不當之處在所難免，還望各位讀者老師指正。

同時感謝現場用戶對我司的信任及現場工作人員的辛苦付出。

參考文獻

[1]北京ABB電氣傳動系統有限公司 《ACS510變頻器手冊》

[2]施耐德電氣《Modbus 和 ASCII 讀/寫功能 PLC Commun ication 庫指南》